Tài liệu ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT DO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TẠI THÀNH PHỐ HUẾ GIAI ĐOẠN 2000 ĐẾN 2014

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/269394340 Application GIS and Remote Sensing to study the surface temperature changes due to land use change at Hue city from 2000 to 2014 Article · November 2014 CITATIONS READS 0 449 3 authors, including: Chuong Huynh Van Tung Gia Pham Hue University Hue University 50 PUBLICATIONS 21 CITATIONS 15 PUBLICATIONS 1 CITATION SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Tung Gia Pham on 18 December 2014. The user has requested enhancement of the downloaded file. SEE PROFILE KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM ĐỂ NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT DO BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT TẠI THÀNH PHỐ HUẾ GIAI ĐOẠN 2000 ĐẾN 2014 (APPLICATION GIS AND REMOTE SENSING TO STUDY THE SURFACE TEMPERATURE CHANGES DUE TO LAND USE CHANGE AT HUE CITY FROM 2000 TO 2014) Huynh Van Chuong1,Nguyen Duc Vinh2,Pham Gia Tung1 1 College of Agriculture and Forestry, Hue University 2 Master Student in Land managerment (2012-2014), Hue University Email:[email protected] Abstract: Temperature variability is phenomenal difference between the temperature of a city with suburban areas around the city. This paper is on GIS and remote sensing applications for analysing the surface temperature change due to changes in land use at Hue city in period of 2000 and 2014. Materials for this study were used LANDSAT and SPOT sources at different times and tools to analyze the land use changes related to surface temperature changes. The research results assessed land use change in the urban development of the city of Hue through milestones in 2000, 2005, 2010 and 2014; Study has built surface temperature change maps based on the time of land use change; make clear the relationship between surface's temperature changes and the land use change. The study also proposes strategies of urban land use of Hue city today to adapt and mitigate the effects of surface temperature variability phenomenon. Keywords: Temperature variability, urban land use, temperature change 1. GIỚI THIỆU Tác động của đô thị hóa (ĐTH) lên môi trường nhiệt là tạo ra hiệu ứng “Đảo nhiệt đô thị” (Urban Heat Island). Hiện tượng xảy ra khi vào cùng thời gian, nhiệt độ trong thành phố lớn hơn nhiệt độ của các khu vực ngoại thành, có nhiều nguyên nhân dẫn tới hiện tượng thay đổi nhiệt độ nhưng yếu tố đầu tiên là sự suy giảm lớp phủ thực vật và các bề mặt đất tự nhiên thay các vật liệu nhận tạo không thấm khiến cho lượng nước đi vào khí quyển ít hơn là từ bề mặt tự nhiên. Các nghiên cứu gần đây cho thấy sự phát triển của đảo nhiệt đô thị có thể được theo dõi sử dụng viễn thám nhiệt. Viễn thám có một lợi thế lớn hơn số đo tại chỗ của trạm khí tượng tức là thay vì đo các điểm biến nhiệt từ các điểm cố định thì cảm biến từ xa cung cấp đảo nhiệt đô thị với một giám sát liên tục với bề mặt. Cùng với quá trình đô thị hóa của cả nước cũng như chiến lược phát triển trở thành Thành phố trực thuộc Trung Ương trong thời gian đến, bộ mặt đô thị của Thành phố Huế đã có nhiều sự biến đổi to lớn cả về lượng và chất; từ đó hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã xuất hiện khá rõ nét, đặc biệt trong suốt 15 năm vừa qua. Chính vì vậy, nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ của thành phố Huế giai đoạn 2000 đến 2014 bằng công cụ GIS và viễn thám là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn, nhằm đạt các mục đích như sau: (i) phát hiện được xu hướng thay đổi nhiệt độ của thành phố Huế; (ii) xây dựng được bộ cơ sở dữ liệu về nhiệt độ và sự thay đổi lớp phủ bề mặt và (iii) đề xuất hướng sử dụng đất hợp lý và hạn chế những tác động tiêu cực của quá trình đảo nhiệt đô thị. 1 KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Vật liệu nghiên cứu Ảnh viễn thám được sử dụng là ảnh Landsat & ETM + và Landsat 8 (LCDM) , do nghiên cứu chỉ tập trung vào xác định sự thay đổi về biên độ nhiệt giữa các khu vực đất đô thị (bao gồm các loại đất như đất ở; đất công trình xây dựng…) với các khu vực khác của thành phố (bao gồm đất cây xanh; đất nông nghiệp…); mặt khác do điều kiện về nguồn dữ liệu (độ che phủ của mây) nên thời gian của các ảnh không trùng khớp với nhau. Thông tin về dữ liệu được thể hiện qua bảng sau: Bảng 1: Dữ liệu band nhiệt của ảnh viễn thám Hàng/Cột Bộ cảm Cảnh 125/49 ETM + 125 49 2000 125/49 ETM + 125 49 2005 125/49 ETM + 125 49 2010 125/49 OLI/TIRS 125 49 2014 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Năm 2000 2005 2010 2014 Tháng 11 5 7 2 Độ phân giải không gian 60 x 60 m 60 x 60 m 60 x 60 m 100 x 100 m Kênh phổ sử dụng 6.2 6.2 6.2 11 3.2.1. Thu thập thông tin thứ cấp Điều tra thu thập số liệu về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội, quá trình sử dụng đất đô thị hóa ở vùng nghiên cứu và các văn bản liên quan. Các số liệu được thu thập từ thuyết minh quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 của Thành phố Huế; biểu thống kê, kiểm kê đất đai qua các thời kỳ. 3.2.2. Thu thập thông tin sơ cấp Phỏng vấn chuyên gia về GIS, viễn thám và đô thị hóa. Phương pháp chủ yếu là sử dụng bảng phỏng vấn bán cấu trúc để tìm hiểu các thông tin liên quan đến sự thay đổi sử dụng đất trước đây của thành phố Huế. Các dữ liệu được thu thập sẽ là cơ sở để so sánh, đối chiếu với các phương pháp được áp dụng trong nghiên cứu này. 3.2.3. Phương pháp phân tích số liệu Sử dụng phần mềm Excel để tổng hợp các số liệu đã thu thập được, từ đó xác định được xu hướng biến đổi của các yếu tố sử dụng đất cũng như nhiệt độ không khí của các trạm quan trắc mặt đất. 3.2.4. Ứng dụng GIS và viễn thám Sau khi download các ảnh, lựa chọn các ảnh có độ che phủ của mây nhỏ hơn 20%, tiến hành đăng ký ảnh, đưa về hệ tọa độ UTM, xử lý sọc ảnh, tăng cường chất lượng ảnh và cắt ảnh theo địa giới hành chính của TP Huế. Sử dụng phương pháp phân loại ảnh gần đúng nhất (Maximum Likelihood Classifier – MLC) được áp dụng khá phổ biến và được xem như là thuật toán chuẩn để so sánh với các thuật toán khác được sử dụng trong xử lý ảnh viễn thám (Lê Văn Trung, 2010), phương pháp này được các nhà phân loại sử dụng nhiều nhất trong các công trình nghiên cứu thảm phủ. Mỗi pixel được tính xác suất thuộc vào một loại nào đó và nó được chỉ định gán tên loại mà xác suất thuộc vào loại đó là lớn nhất. Sử dụng ma trận sai số (hay còn gọi là ma trận nhầm lẫn) để đánh giá độ chính xác giải đoán ảnh. Số liệu thống kê, bản đồ số của các vùng nghiên cứu sẽ được thu thập và biên tập vào trong cơ sở dữ liệu GIS thống nhất về cấu trúc, hệ tọa độ, và hình thức quản lý dữ liệu, trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng ArcGIS 10.2 phiên bản trial để xử lý các dữ liệu sau khi phân loại và xây dựng các loại bản đồ chuyên đề. 2 KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 3. KẾT QUẢ, THẢO LUẬN 3.1. Sự thay đổi lớp phủ bề mặt giai đoạn 2000-2014 Dự vào dữ liệu GIS và viễn thám xây dựng được sự thay đổi lớp phủ qua các năm tương ứng với độ chính xác lần lượt là 68.7% (2000), 71.2% (2005), 73.4% (2010), 74.8 % (2014) Bảng 2: Diện tích của các lớp phủ qua các năm (DVT: ha) Lớp phủ 2000 2005 2010 2014 Đất Công trình, xây dựng 1087,00 1735,00 2288,00 3622,00 Đất trống 381,50 465,50 173,30 144,20 Đất , cây bụi 2710,00 2508,00 2488,00 1331,00 Đất mặt nước 770,40 779,90 741,70 734,80 Đất có rừng trồng sản xuất 496,80 246,80 255,50 307,60 Đất trồng cây hàng năm 1675,00 1389,00 1178,00 980,70 Kết quả cho thấy rằng, các loại đất thuộc nhóm lớp phủ đất công trình và xây dựng có sự thay đổi rất lớn trong suốt 15 năm qua, với mức tăng gấp 3 lần; trong khi đó đất trồng cây hàng năm; cây bụi và đất trống có xu hướng giảm đều qua các năm. Đất mặt nước hầu như không có sự thay đổi. (a) (c) (b) (d) Hình 1: Bản đồ lớp phủ các thời điểm (a) 2000, (b) 2005, (c) 2010, (d) 2014 3 KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 Sự thay đổi lớp phủ bề mặt diễn ra trên toàn thành phố nhưng chủ yếu tập trung tại các phường phía Nam thành phố như Trường An, Phước Vĩnh, An Cựu, Xuân phú, An Đông, Vĩ Dạ. Đây là những địa phương có vị trí địa lý thuận lợi cũng như có diện tích đất nông nghiệp lớn nên trong thời gian vừa qua có sự thay đổi mạnh mẽ trong cơ cấu sử dụng đất. So sánh với kết quả thông kê kiểm kê đất đai của phòng tài nguyên và môi trường cho thấy có sự khác biệt về số liệu; điều này là do số liệu thông kê, kiểm kê được ghi nhận trên cơ sở mục đích sử dụng đất do nhà nước quy định cho từng loại đất trong khi đó số liệu giải đoán từ ảnh viễn thám là quá trình ghi nhận lớp phủ tại thời điểm chụp ảnh dựa vào sự phản xạ của các đối tượng mặt đất. 3.2. Sự thay đổi về nhiệt độ của thành phố Bảng 3 : Nhiệt độ trung bình của các loại lớp phủ (Đơn vị : ToC) Lớp phủ Đất Công trình, xây dựng 2000 26,07 2005 21,32 2010 23,33 2014 19,37 Đất trống 24,79 21,03 23,14 18,74 Đất cây, cây bụi 24,31 20,55 21,79 18,56 Đất mặt nước 22,86 19,94 20,99 17,93 Đất có rừng trồng sản xuất 23,50 20,17 20,86 17,51 Đất trồng cây hàng năm 25,24 19,78 19,92 18,05 Hình 02: Biên độ lệch nhiệt độ của các lớp phủ so với lớp phủ Công trình, xây dựng Nhìn vào biểu đồ ta thấy lớp phủ công trình, xây dựng luôn có nhiệt độ cao nhất so với lớp phủ khác. Trong những lớp phủ đất trống, cây bụi , đất rừng , đất mặt nước có sự thay đổi về nhiệt độ những vẫn giữ được quy luật về thứ tự. Đối với lớp phủ trống cây hàng năm quy luật thay đổi về nhiệt độ không ổn định qua từng thời kỳ vì đây loại đất dễ bị biến động sang mục đích khác và hệ thống canh tác của cây trồng của loại lớp phủ này manh mún, đa dạng. Qua biểu đồ trên cho thấy, so với lớp phủ đất công trình xây dựng biên độ lệch với các lớp phủ mặt khác là không ổn định. 4 KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 (a) (c) (b) (d) Hình 3: Bản đồ nhiệt độ của các thời điểm (a) 2000, (b) 2005, (c) 2010, (d) 2014 Năm 2005 biên độ nhiệt giữa các lớp phủ so với lớp phủ đất công trình xây dựng là thấp nhất trong khi đó sự thay đổi diễn ra mạnh mẽ và năm 2010 và giảm xuống năm 2014. Đối với lớp phủ đất trồng cây hàng năm có biên độ lệch cao nhất năm 2010. Trong khi đất mặt nước, đất trồng rừng có biên độ lệch khá ổn định từ 1o – 1,8o trong trong suốt cả thời kỳ. Có thể thấy rằng quá trình đảo nhiệt đô thị ở thành phố Huế tuy có diễn ra nhưng tốc độ không lớn và không thể hiện rõ ràng như các khu vực khác trên cả nước 5 KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 3.3. Đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu các tác động của thay đổi sử dụng đất đến nhiệt độ bề mặt thành phố Huế a. Bảo vệ và tăng không gian xanh của thành phố, diện tích mặt nước. Trên tổng quan chung, cây xanh Huế làm Huế như một nhà vườn khổng lồ mà nhà cửa luất khuất trong cây là một đặc trưng. Cây xanh cũng làm cho Huế trở thành một công viên xanh mát rượi với đôi bờ sông Hương đầy cây, một núi Ngự Bình hay một Thiên An, một đồi Bằng Lãng đầy thông, những cánh rừng phía tây nam đầy cây như là lá phổi thứ hai của thành phố...Bề mặt nước của huế rất lớn gồm có dòng sông Hương chảy qua, các nhánh sông như sông An Cựu, sông Ngự Hà chảy trong lòng thành phố, các hồ lớn và nhỏ và gồm có các con kênh bao quanh đại nội nhưng vẫn còn hiện tượng chưa thông thoáng được mặt nước vẫn và bí ứa đọng nước bẩn trong nội thành tạo ra mùi khó chịu nên cần phải khai thông các dòng sông, hồ và kênh trong nội thành để tạo ra bề mặt nước được tận dùng hiện tượng điều hòa nhiệt độ của bề mặt nước được tối ưu nhất. b. Lựa chọn các hình thức xanh hiệu quả và đẹp, trong đó có nhiều công viên, mái nhà màu xanh lá cây và các bức tường, phủ xanh theo chiều dọc và các tính năng nhà nước quy định, mà hiệu quả có thể làm giảm hiệu ứng đảo nhiệt, tiếp cận với môi trường trong nhà và ngoài trời trong lành và dễ chịụ. c. Quản lý khu dân cư xanh để thiết lập một sự kết hợp của màu xanh lá cây và cơ chế quản lý môi trường và thiết lập các quy định hành chính địa phương có liên quan để đảm bảo không gian xanh. d. Phối hợp lập kế hoạch đường giao thông, hành lang độ cao và đường phố của các khí thải nhà kính là những khu vực đông dân hơn của màu xanh lá cây, và tạo ra hệ thống thông gió màu xanh lá cây, sự ra đời của không khí trong lành trong thành phố bên ngoài thành phố để cải thiện vi khí hậu. e. Nên loại bỏ đất trống, tiêu diệt bụi như một phần quan trọng của quản lý đô thị. Ngoài các tòa nhà, con đường thì tất cả các bề mặt phải được phủ bằng cỏ, ngay cả những nơi khó khăn để trồng cỏ, cũng được sử dụng thân cây ngô nghiền và miếng gỗ xẻ được che chắn để nâng cao năng lực nhiệt bề mặt. f. Khi xây dựng đại lộ, phải tạo thành một kênh xanh băng thành phố, và dần dần hình thành một vành đai xanh của thành phố để bố trí nhóm cô lập, làm suy yếu hiệu ứng đảo nhiệt; g. Phối hợp với việc sử dụng điều hòa không khí trong thành phố và các vật liệu xây dựng cách nhiệt để nâng cao chất lượng và để giảm lượng khí thải. Nâng cao hiệu suất đường đô thị và việc xây dựng đường để tạo ra mặt đường giảm sự hấp thụ nhiệt như việc nghiên cứu cách thức xây dựng kết cấu đường trải nhựa sao cho việc giảm thiểu được việc giữ nhiệt được khả thi nhất. 4. KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ Với sự phát triển kinh tế - xã hội việc chuyển mục đích các loại đất ngày càng tăng nhất là chuyển sang các mục đích công trình và xây dựng ngày càng gia tăng , cùng với sự thay đổi mục đích sử dụng đất là việc thay đổi nhiệt độ ngày càng phức tạp, cùng với sự thay đổi nhiệt độ do biến đổi khí hậu thì việc thay đổi nhiệt độ cục bộ do sự phát triển là một điều tất yếu và thành phố Huế là một nhân tố điển hình cho sự phát triển này và việc sử dụng viễn thám – GIS là một kênh thông tin khá hữu ích trong việc nghiên cứu về tài nguyên môi trường, khí hậu, cảnh quan và trong các nghiên cứu về đô thị, và là một kênh thông tin nghiên cứu sự thay đổi các đặc tính vật lý của môi trường đất – khí quyển xung quanh. Việc khảo sát vấn đề nhiệt đô thị sẽ giúp cho việc tìm hiểu nguyên nhân gây nên sự tăng nhiệt độ, cũng như các quá trình lan truyền ô nhiễm không khí trong tầng biên khí quyển. Bản đồ phân bố nhiệt độ đô thị và các phân tích quan hệ nhiệt - thảm phủ có thể được dùng làm tham khảo 6 KỶ YẾU HỘI THẢO ỨNG DỤNG GIS TOÀN QUỐC 2014 cho quy hoạch đô thị và giải pháp để làm giảm “đảo nhiệt”, phục vụ cho cuộc sống con người ngày càng tốt hơn trong môi trường ngày càng xanh sạch hơn. Mặc dù có sự thay đổi lớn trong cấu trúc không gian đô thị, tuy nhiên hiện tượng đảo nhiệt ở thành phố Huế diễn không mạnh mẽ. Điều này là một tín hiệu tốt cho sự phát triển, một thành phố du lịch. Tài liệu tham khảo Trần Thị Ân, Nguyễn Thị Diệu, Trương Phước Minh; (2011) Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt đất thành phố Đà Nẵng từ dữ liệu ảnh Vệ Tinh LandSat 7 ETM+, Hội thảo ứng dụng Gis toàn quốc 2011,tr 14- 21 Huynh Van Chuong (2007). Multi-crteria Land Suitability Evaluation for Selected Fruit Crops in Hilly Region of Central Viet Nam; ISBN 978-3-8322-6846-6 Thomas Hardin; (2012) Thermal remote sensing for land surface temperature monitoring: Maraqeh County, Iran, IGARSS 2012 Lương Chính Kế; (2010) Phát hiện ô nhiễm môi trường không khí bằng ảnh vệ tinh SPOT, Trung tâm Viễn thám Quốc gia. Nguyễn Khắc Thời, Phạm Vọng Thành; (2012) Giáo trình viễn thám, Đại học Nông nghiệp Hà Nội; NXB ĐHNN Hà Nội Phạm Gia Tùng, Huỳnh Văn Chương, Nguyễn Đức Anh; (2012) Xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất của huyện Phú Vang, tỉnh Thừa Thiên Huế bằng ảnh Landsat, Tạp chí Khoa học Đất, số 39 Nguyễn Quang Tuấn; (2008) Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong việc thành lập bản đồ hiện trạng thảm thực vật, Tạp chí khoa học Đại học Huế, số 58,2010 Lê Văn Trung; (2006); Viễn thám; NXB Đại học Thủy lợi Hà Nội Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan, Lên Văn Trung; (2011) Nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt đô thị dưới tác động của quá trình đô thị hóa ở thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp viễn thám, Tạp chí các Khoa học về Trái Đất, 33(3) tr 347-359 7 View publication stats