ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------oOo--------------
ĐẶNG THỊ MAI NHUNG
ỨNG DỤNG VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ
ẢNH HƢỞNG CỦA ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ ĐẾN
ĐẶC TRƢNG MƢA TẠI THÀNH PHỐ
HỒ CHÍ MINH
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trƣờng
Mã số: 60.85.01.01
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP.Hồ Chí Minh, năm 2017
Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG –HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: TS TRẦN THỊ VÂN
Cán bộ nhận xét 1: TS. Lƣơng Văn Việt
Cán bộ nhận xét 2: TS. Phạm Thị Mai Thy
Luận văn thạc sĩ đã đƣợc bảo vệ tại trƣờng Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TPHCM
ngày 11 tháng 8 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm :
1.
PGS. TS Lê Văn Trung
2.
TS. Lƣơng Văn Việt
3.
TS. Phạm Thị Mai Thy
4.
TS. Lâm Đạo Nguyên
5.
TS. Võ Thanh Hằng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do- Hạnh phúc
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------oOo--------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên: ĐẶNG THỊ MAI NHUNG
Giới tính: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh : 21/3/1991
Nơi sinh: Bulgaria
Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trƣờng
Khóa: 2014
MN: 60850101
I. TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA
ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ ĐẾN ĐẶC TRƢNG MƢA TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ
MINH.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nhiệm vụ: Khảo sát phân bố theo không gian và thời gian của nhiệt độ bề
mặt đất và lƣợng mƣa từ tƣ liệu viễn thám kết hợp số đo mặt đất, từ đó xem
xét ảnh hƣởng của hiệu ứng đảo nhiệt đô thị đến đặc trƣng mƣa đặc thù cho
TPHCM, nhằm hỗ trợ quy hoạch đô thị bền vững.
2. Nội dung:
Nghiên cứu đặc tính dữ liệu vệ tinh trích xuất nhiệt độ bề mặt đất và đo
mƣa, kết hợp giải thuật tính toán để trích xuất dữ liệu.
- Đánh giá phân bố của nhiệt độ bề mặt đất và sự phát triển của đảo nhiệt đô
thị giai đoạn 2005-2015, xem xét sự phát triển theo không gian và thời
gian kết hợp định lƣợng giá trị.
- Đánh giá phân bố mƣa đô thị trong giai đoạn nghiên cứu, qua đó phát hiện
các đặc trƣng mƣa dƣới ảnh hƣởng của hiệu ứng đảo nhiệt đô thị tại
TPHCM.
- Đề xuất các giải pháp giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị và ảnh hƣởng
tác động đến lƣợng mƣa đô thị.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 16/01/2017
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 18/06/2017
IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. TRẦN THỊ VÂN
-
TPHCM, ngày ….tháng……năm 2017
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
TS. Trần Thị Vân
PGS.TS. Lê Văn Khoa
TRƢỞNG KHOA
LỜI CẢM ƠN
---------oOo--------
Trong quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự giúp
đỡ của rất nhiều người. Tôi xin chân thành gởi làm cảm ơn đến:
Gia đình, xin gởi lòng biết ơn sâu sắc đến Ba Mẹ và những người thân
của tôi đã luôn bên cạnh, động viên và nhắc nhở tôi trong suốt quá trình học
tập cũng như thực hiện luận văn.
Cô Trần Thị Vân, người đã cung cấp cho tôi những tài liệu tham khảo bổ
ích và trực tiếp hướng dẫn phương pháp cũng như nội dung của đề tài. Cô
thường xuyên góp ý, đề xuất những ý tưởng và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn
thành luận văn của mình.
Quý thầy cô Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, Trường Đại học Bách
Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những
kiến thức quý báu trong suốt những năm học tập ở trường.
Thầy Nguyễn Minh Giám và bạn Trần Phú Cường đã hỗ trợ cung cấp số
liệu và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Trong quá trình thực hiện, mặc dù đã cố gắng hết sức để hoàn thiện luận
văn, trao đổi và tiếp thu ý kiến đóng góp của Quý Thầy Cô và bạn bè, tham
khảo nhiều tài liệu song cũng không thể tránh khỏi sai sót. Tôi rất mong nhận
được những thông tin đóng góp, phản hồi quý báu từ quý Thầy Cô.
Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả mọi người.
Đặng Thị Mai Nhung
TÓM TẮT
Đảo nhiệt đô thị và mƣa đô thị là những vấn đề môi trƣờng đang đƣợc chú
ý quan tâm hiện nay đặc biệt ở khu vực đô thị. Mặc dù vấn đề này diễn ra ngày
càng mạnh mẽ nhƣng các biện pháp quản lý, ngăn ngừa và giảm thiểu tác động
vẫn còn nhiều hạn chế. Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng ảnh vệ
tinh quang học khảo sát nhiệt độ bề mặt đất từ các kênh hồng ngoại nhiệt cho
khu vực phía Bắc Thành Phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2005-2015. Từ đó đánh giá
hiệu ứng đảo nhiệt đô thị bề mặt (SUHI) xuất hiện trên thành phố. Lƣợng mƣa
đƣợc khảo sát cụ thể là mƣa đƣợc chiết xuất từ ảnh vệ tinh GEO-IR và hệ thống
quan trắc trực tuyến GWADI với thuật toán PERSSIAN mang đặc tính không
gian, đƣợc hiệu chỉnh và so sánh với dữ liệu mƣa đo đƣợc từ các trạm đo mặt
đất. Mối tƣơng quan giữa nhiệt độ bề mặt (LST) và mƣa đô thị đƣợc xem xét
nhằm tìm mối quan hệ giữa chúng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, đối với phía
Bắc thành phố Hồ Chí Minh, biến động nhiệt độ có xu hƣớng ngày càng tăng và
mở rộng dần diện tích những vùng có nhiệt độ cao ra các vùng ngoại ô. Trong
giai đoạn 2005-2015, xu hƣớng hình thành đảo nhiệt đô thị bề mặt với 3 phân
vùng (03 huyện, 13 quận nội thành cũ và 19 quận nội thành) cho thấy sự khác
biệt rõ ràng giữa nhiệt độ bề mặt đất của khu vực đô thị và khu vực nông thôn.
Dƣới ảnh hƣởng của đảo nhiệt, lƣợng mƣa cũng thể hiện sự phân hóa rõ rệt giữa
khu vực đô thị và nông thôn với tâm mƣa dịch chuyển về trung tâm thành phố.
Đồng thời tại khu vực nội thành cƣờng độ mƣa và số cơn mƣa với vũ lƣợng >
100 mm cũng tăng trong khi thời gian mƣa lại ngắn hơn. Số ngày mƣa trong
năm đang có xu thế giảm dần, khiến cho mùa khô kéo dài hơn, đặc biệt là giảm
chậm ở khu đô thị. Từ đó, luận văn đã đề xuất các giải pháp thích hợp để giảm
nhẹ sự hình thành đảo nhiệt đô thị bề mặt cho khu vực trong tình hình nóng ấm
toàn cầu và thích ứng với tình trạng mƣa lớn đột ngột dễ gây ngập lụt đô thị. Kết
quả nghiên cứu của luận văn có thể sử dụng để hỗ trợ công tác quy hoạch và
quản lý môi trƣờng đô thị bền vững trong xu hƣớng đô thị hóa ngày càng cao.
i
ABSTRACT
Urban heat island and urban rain are the serious environmental problems
that are being noticed in urban area. Although this takes place more intensely,
but the management, prevention and mitigation methods are still limited. The
thesis presents the results of studying the application of optical satellite images
to investigate the surface temperature of the infrared radiation channels for the
Northern region of Ho Chi Minh City for the period of 2005-2015. From there, it
assesses the surface urban heat island (SUHI) effect that appears in the city.
Rainfall was investigated specifically as rain extracted from GEO-IR satellite
imagery and GWADI online monitoring system with PERSSIAN algorithm with
spatial characteristics, which was calibrated and compared with rainfall data
from monitoring stations. The correlation between land surface temperature
(LST) and urban rainfall is considered to find a relationship between them. The
results show that, for northern Ho Chi Minh City, temperature fluctuations tend
to increase and gradually widen the area of high temperature into the suburbs. In
the period of 2005-2015, the trend of surface heat island formation with 3
subdivisions (03 rurals, 13 original urban districts and 19 new urban districts)
showed a clear difference between surface temperature in urban area and rural
area. Rainfall also shows a distinct difference between urban and rural areas
with a shift of the rainfall center to the center of the city, along with an increase
in rainfall intensity and rainfalls with an amounts higher than 100 mm was
discovered in the inner city. From these results, the thesis has proposed
appropriate solutions to mitigate the formation of surface heat islands for the
region in the global warming context and to adapt to the heavy rainfall that
causes urban floods. Results of the research can be used support sustainable
urban planning and management in the increasingly urbanization trend.
ii
LỜI CAM ĐOAN
------oOo-----Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn
trực tiếp của TS. Trần Thị Vân. Ngoại trừ những nội dung đã đƣợc trích dẫn, các
số liệu, kết quả đƣợc trình bày trong luận văn này là hoàn toàn chính xác, trung
thực và chƣa từng đƣợc công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác trƣớc
đây.
Tôi xin lấy danh dự của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày
tháng
năm 2017
Học viên
Đặng Thị Mai Nhung
iii
MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT........................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................. viii
DANH MỤC HÌNH ẢNH .................................................................................. x
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 12
1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................... 12
2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 14
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................ 14
4. Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 15
5. Phƣơng pháp thực hiện................................................................................. 15
6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn......................................................... 17
6.1. Ý nghĩa khoa học ................................................................................. 17
6.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 18
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .................... 19
1.1. ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ............................................................................... 19
1.1.1. Đảo nhiệt đô thị ................................................................................. 19
1.1.2. Tác động của đảo nhiệt đô thị ........................................................... 21
1.2. MƢA ......................................................................................................... 23
1.2.1. Khái niệm và đặc trƣng ..................................................................... 23
1.2.2. Vai trò của nƣớc mƣa ........................................................................ 25
1.2.3. Mƣa đô thị ......................................................................................... 26
1.3. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU .................................................................... 28
1.3.1. Nghiên cứu trên thế giới.................................................................... 28
1.3.2. Nghiên cứu ở Việt Nam .................................................................... 34
1.4. TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU.............................................. 38
1.4.1. Vị trí địa lý ........................................................................................ 38
1.4.2. Đặc điểm địa hình ............................................................................. 40
1.4.3. Khí hậu .............................................................................................. 39
1.4.4. Kinh tế xã hội .................................................................................... 39
1.4.5. Tình hình phát triển đô thị hóa tại TPHCM ...................................... 40
1.4.6. Hiện trạng mƣa đô thị tại TPHCM.................................................... 40
Chƣơng 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .... 44
2.1. CƠ SỞ KHOA HỌC ................................................................................. 44
2.1.1. Cơ sở viễn thám quan trắc nhiệt........................................................ 44
2.1.2. Cơ sở viễn thám quan trắc mƣa ........................................................ 51
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................. 54
2.2.1. Phƣơng pháp xác định nhiệt độ bề mặt ............................................. 54
2.2.2. Phƣơng pháp xác định mƣa từ vệ tinh .............................................. 58
iv
2.2.3. Các phép hiệu chỉnh cần thiết trong tiền xử lý dữ liệu viễn thám .... 62
2.2.4. Đánh giá sai số kết quả xử lý dữ liệu viễn thám ............................... 64
2.3. DỮ LIỆU SỬ DỤNG ................................................................................ 64
2.3.1. Ảnh vệ tinh quang học trích xuất nhiệt độ bề mặt ............................ 64
2.3.2. Dữ liệu mƣa và trạm đo mƣa ............................................................ 65
2.4. QUY TRÌNH THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU ............................................ 67
Chƣơng 3: PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT VÀ ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ ... 69
3.1. QUY TRÌNH CHIẾT XUẤT NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ................................ 69
3.1.1. Quy trình chiết xuất nhiệt độ bề mặt ................................................. 69
3.1.2. Tiền xử lý ảnh ................................................................................... 70
3.1.3. Cơ sở đánh giá nhiệt độ bề mặt ......................................................... 71
3.2. PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ ĐÔ THỊ BỀ MẶT PHÍA BẮC TPHCM
GIAI ĐOẠN 2005-2015........................................................................... 71
3.2.1. Đánh giá sai số kết quả xử lý ảnh nhiệt vệ tinh ................................ 71
3.2.2. Phân bố nhiệt độ bề mặt theo lớp phủ ............................................... 73
3.2.3. Phân bố nhiệt độ bề mặt theo khu vực .............................................. 74
3.3. PHÂN BỐ ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ BỀ MẶT ............................................ 77
Chƣơng 4: ĐẶC TRƢNG MƢA VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI ĐẢO
NHIỆT ĐÔ THỊ BẮC TPHCM ...................................................................... 80
4.1. QUY TRÌNH XÂY DỰNG BẢN ĐỒ MƢA TỪ DỮ LIỆU VỆ
TINH ........................................................................................................ 80
4.2. ĐẶC TRƢNG MƢA TPHCM GIAI ĐOẠN 2005-2015 ......................... 82
4.2.1. Phân bố không gian mƣa đô thị từ dữ liệu mƣa vệ tinh .................... 82
4.2.2. Xu thế biến đổi lƣợng mƣa từ dữ liệu mƣa vệ tinh ........................... 87
4.2.3. Xu thế biến đổi mƣa theo số đo mặt đất từ trạm KTTV ................... 90
4.2.4. Xu thế cƣờng độ mƣa ........................................................................ 97
4.2.5. Đánh giá độ lệch giữa lƣợng mƣa vệ tinh GWADI và lƣợng mƣa từ
trạm khí tƣợng thủy văn .................................................................. 99
4.3. GIẢI THÍCH SỰ HÌNH THÀNH VÀ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ
MƢA ĐÔ THỊ TPHCM ......................................................................... 100
4.3.1. Cơ chế hình thành ........................................................................... 100
4.3.2. Tác nhân đảo nhiệt đô thị ................................................................ 105
Chƣơng 5: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM NHẸ TÁC ĐỘNG VÀ
THÍCH ỨNG .................................................................................................. 107
5.1. CHIẾN LƢỢC CHUNG CHO GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG
CỦA ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ BỀ MẶT .................................................. 107
5.2. GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU TÁC ĐỘNG CỦA ĐẢO NHIỆT
ĐÔ THỊ BỀ MẶT .................................................................................. 108
5.2.1. Tăng cƣờng mở rộng mảng xanh đô thị ........................................ 108
v
5.2.2. Quy hoạch và cấu trúc xây dựng đô thị ......................................... 109
5.2.3. Quản lý nƣớc mƣa và các biện pháp thấm đất .............................. 115
5.2.4. Công tác quản lý và giáo dục ........................................................ 118
5.3. GIẢI PHÁP CHO VIỆC THÍCH ỨNG VÀ QUẢN LÝ NGẬP
LỤT DO MƢA ....................................................................................... 119
5.3.1. Giải pháp quản lý tổng thể............................................................. 119
5.3.2. Giải pháp ứng phó và thích ứng .................................................... 123
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 127
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 130
PHỤ LỤC ........................................................................................................ 141
vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AHIs
Đảo nhiệt khí quyển (Atmospheric Heat Island)
AUHI
Đảo nhiệt khí quyển đô thị (Atmospheric Urban Heat
Island)
BĐKH
Biến đổi khí hậu
EPA
Cơ quan bảo vệ môi trƣờng Mỹ
ĐPX
Độ phát xạ
GEO-IR
Ảnh hồng ngoại từ vệ tinh địa tĩnh
GDA
Phân tích khác biệt về địa lý (Geographical Differential
Analysis)
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
LEO
Vệ tinh quỹ đạo thấp
LST
Nhiệt độ bề mặt đất (Land surface temperature)
KTTV
Khí tƣợng thủy văn
NDVI
Chỉ số phân biệt thực vật chuẩn hóa
SUHI
Đảo nhiệt đô thị bề mặt (Surface urban heat island)
TPHCM
Thành phố Hồ Chí Minh
UHI
Đảo nhiệt đô thị (Urban heat island)
WMO
Tổ chức khí tƣợng Quốc tế
vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Đặc trƣng cơ bản của SUHI và AUHI ................................................ 20
Bảng 2.1: Bảng dữ liệu ảnh thu nhận .................................................................. 65
Bảng 2.2: Thông tin các trạm đo mƣa do Đài KTTV khu vực Nam Bộ
quản lý ............................................................................................... 66
Bảng 3.1: Sai số tính nhiệt độ qua các thời điểm chụp ảnh ................................ 73
Bảng 3.2: Phân khu vực quận/huyện ở TPHCM................................................. 76
Bảng 3.3: Nhiệt độ bề mặt trung bình vào 2 thời điểm chụp ảnh ....................... 76
Bảng 3.4: Nhiệt độ trung bình (oC) các quận huyện thuộc khu vực
Bắc TPHCM ...................................................................................... 76
Bảng 3.5: Diện tích không gian của SUHI (ha) vào 2 thời điểm chụp ............... 77
Bảng 4.1: Lƣợng mƣa tích lũy từ dữ liệu vệ tinh trong vòng 11 năm
giai đoạn 2005-2015 .......................................................................... 84
Bảng 4.2: Lƣợng mƣa tích lũy năm giai đoạn 2005-2015 Bắc
TPHCM từ dữ liệu vệ tinh ................................................................. 88
Bảng 4.3: Lƣợng mƣa tích lũy năm theo từng vùng giai đoạn 20052015 ................................................................................................... 89
Bảng 4.4: Hàm xu thế biến đổi lƣợng mƣa tích lũy năm giai đoạn
2005-2015 .......................................................................................... 89
Bảng 4.5: Lƣợng mƣa tích lũy năm tại các trạm đo KTTV giai đoạn
2005-2015 .......................................................................................... 90
Bảng 4.6: Mức giảm lƣợng mƣa tích lũy trung bình năm tại các trạm
KTTV giai đoạn 2005-2015 .............................................................. 91
Bảng 4.7: Thống kê số ngày mƣa qua các năm tại 05 trạm KTTV .................... 92
Bảng 4.8: Hàm xu thế biến đổi số ngày mƣa qua các năm tại 05 trạm
KTTV ................................................................................................. 93
Bảng 4.9: Số ngày mƣa >100 mm qua các thời kỳ ............................................. 95
Bảng 4.10: Thống kê số ngày mƣa qua các thời kỳ ............................................ 95
Bảng 4.11: Thống kê ngày có mƣa rất to ứng với nhiệt độ đo đƣợc tại
Trạm Mạc Đĩnh Chi ........................................................................... 96
Bảng 4.12: Thống kê ngày có mƣa rất to ứng với nhiệt độ đo đƣợc tại
Trạm Tân Sơn Hòa .......................................................................... 96
Bảng 4.13: Cƣờng độ mƣa lớn nhất theo thời đoạn, giai đoạn 19832015 ................................................................................................. 97
viii
Bảng 4.14: Xu thế gia tăng cƣờng độ mƣa giai đoạn 1983-2015 ....................... 98
Bảng 4.15. Thống kê sai số lƣợng mƣa năm qua các thời điểm ......................... 99
Bảng 4.16: Lƣợng mƣa năm từ dữ liệu vệ tinh tƣơng ứng tại các trạm
đo mặt đất ...................................................................................... 100
Bảng 4.17: Hệ số tƣơng quan (r) giữa giá trị mƣa vệ tinh từ hệ thống
GWADI và từ trạm KTTV ............................................................ 100
ix
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Minh họa hình ảnh đảo nhiệt trên khu đô thị ...................................... 19
Hình 1.2: Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ không khí trên khu
đô thị .................................................................................................. 21
Hình 1.3: Sơ đồ hình thành (a) mƣa địa hình và (b) mƣa đô thị ......................... 27
Hình 1.4: Khu vực nghiên cứu phía Bắc của TPHCM ....................................... 38
Hình 1.5: Sơ đồ thủy lực khu vực TPHCM ........................................................ 41
Hình 2.1: Các kênh đƣợc sử dụng trong viễn thám ............................................ 45
Hình 2.2: Phổ điện từ thể hiện các kênh sử dụng trong các vùng hấp
thụ của khí quyển của viễn thám quang học ...................................... 46
Hình 2.3: Trích xuất đặc điểm đám mây ............................................................. 60
Hình 2.4: SOFM của 400 nhóm mây .................................................................. 61
Hình 2.5: Các đƣờng quan hệ Tb-R của các nhóm mây G0-G6 ......................... 61
Hình 2.6: Bản đồ các trạm đo mƣa do Đài KTTV khu vực Nam Bộ
quản lý ............................................................................................... 67
Hình 2.7: Quy trình thực hiện nghiên cứu .......................................................... 68
Hình 3.1: Sơ đồ quy trình chiết xuất nhiệt độ bề mặt trên ảnh vệ tinh ............... 69
Hình 3.2: Phân bố nhiệt độ bề mặt từ ảnh vệ tinh vào các thời điểm
chụp.................................................................................................... 74
Hình 3.3: Phân khu vực quận/huyện ở TPHCM ................................................. 75
Hình 3.4: Vị trí các SUHI điển hình khu vực Bắc TPHCM vào các
thời điểm chụp ảnh ............................................................................ 79
Hình 4.1: Đƣa dữ liệu mƣa trạm đo vào phần mềm ArcMap ............................. 81
Hình 4.2: Chuyển đổi tọa độ ............................................................................... 81
Hình 4.3: Tạo bản đồ sai số ................................................................................. 82
Hình 4.4: Kết quả tính toán dữ liệu mƣa hiệu chỉnh ........................................... 82
Hình 4.5: Phân bố không gian lƣợng mƣa tích lũy năm khu vực Bắc
TPHCM giai đoạn 2005-2015 ........................................................... 86
Hình 4.6: Phân bố lƣợng mƣa tích lũy trong vòng 11 năm Bắc
TPHCM giai đoạn 2005-2015 ........................................................... 87
Hình 4.7: Xu thế lƣợng mƣa tích lũy năm Bắc TPHCM giai đoạn
2005-2015 từ dữ liệu vệ tinh ............................................................. 88
x
Hình 4.8: Khác biệt dao động lƣợng mƣa tích lũy năm giữa quận và
huyện.................................................................................................. 89
Hình 4.9: Khác biệt dao động lƣợng mƣa tích lũy năm giữa 3 vùng đô
thị và nông thôn ................................................................................. 90
Hình 4.10: Xu thế biển đổi lƣợng mƣa đo tại các trạm quan trắc giai
đoạn 2005-2015 ............................................................................... 91
Hình 4.11: Biểu đồ số ngày mƣa của từng trạm giai đoạn 2005-2015 ............... 93
Hình 4.12: Tác nhân gây mƣa đô thị ................................................................. 102
Hình 4.13: Cấu trúc đô thị có khả năng gây thời tiết cực đoan......................... 102
Hình 4.14: Vị trí địa lý TPHCM trên bản đồ thế giới ....................................... 104
Hình 4.15: Minh họa sơ đồ hình thành mƣa đối lƣu ......................................... 104
Hình 5.1: Mối quan hệ giữa mặt phủ không thấm và dòng chảy bề
mặt ................................................................................................... 107
Hình 5.2: Hệ thống thu nƣớc mƣa..................................................................... 117
Hình 5.3: Mái nhà xanh ..................................................................................... 117
Hình 5.4: Hệ thống thấm ................................................................................... 117
Hình 5.5: Vỉa hè thấm ....................................................................................... 118
Hình 5.6: Bồn trữ nƣớc tạm thời ....................................................................... 118
Hình 5.7: Các giải pháp quản lý công trình và phi công trình .......................... 121
xi
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện tƣợng “đảo nhiệt đô thị” – urban heat island (UHI), đƣợc định nghĩa là hiện
tƣợng mà tại cùng thời điểm, nhiệt độ trung bình ở khu vực phát triển đô thị với nhiều
công trình nhân tạo cao hơn ở khu vực công viên và nông thôn có môi trƣờng tự nhiên
xung quanh (EPA, 2008a). Hiện tƣợng tăng nhiệt độ cục bộ này tạo nên một khu vực
trung tâm nhƣ một “ốc đảo” có nhiệt độ cao hơn các nơi khác nên đƣợc gọi là “đảo
nhiệt đô thị”. Hiện tƣợng này tạo nên sự dao động nhiệt độ trên toàn thành phố: nhiệt
độ thấp ở khu vực nhiều cây xanh nhƣ công viên, và tăng cao ở các khu vực nhiều
công trình nhà ở.
Do sinh nhiệt quá mức cùng với bề mặt gồ ghề từ các công trình xây dựng, các
thành phố lớn gây ra dòng chảy khí quyển cục bộ bên trong thành phố. Các tòa nhà
cao tầng đóng vai trò nhƣ những ngọn núi khi dòng không khí thổi qua, gây nên các
dòng đối lƣu. Các dòng đối lƣu này gây ra một sự gia tăng đáng kể của lƣợng mƣa tại
chỗ và vùng lân cận của thành phố. Hội tụ không khí do các bề mặt thành phố có độ
cao khác nhau, nhƣ các tòa nhà, cùng với nhiệt độ bên trong thành phố tăng cao cũng
thúc đẩy không khí sản xuất ra những đám mây và mƣa.
Trung bình mỗi tỉnh thành chỉ có từ 1 đến vài ba trạm khí tƣợng, số đo tại đây
chỉ thể hiện tình hình khí tƣợng tại điểm đo với bán kính lan tỏa không lớn, và thƣờng
thì đƣợc dùng để thông báo tình hình thời tiết cho toàn tỉnh hoặc một khu vực. Số liệu
đo từ nguồn này có thuận lợi là độ phân giải thời gian cao (đo hàng ngày và đo nhiều
đợt trong ngày) và dữ liệu đƣợc ghi chép trong thời gian dài, nhƣng độ phân giải
không gian thì thô do số điểm đo ít và thƣa thớt, không thể cung cấp dữ liệu khí hậu
chi tiết để có thể nhận dạng các khu vực nhỏ giữa các trạm quan sát trong một khu vực
đô thị. Vì vậy, chúng không đảm bảo tính chính xác cho toàn vùng.
Trong khi đó, việc sử dụng viễn thám để nghiên cứu vấn đề này có rất nhiều tiềm
năng do ảnh vệ tinh có khả năng cung cấp đƣợc nhiều thông tin hữu ích trên một phạm
vi rộng lớn và theo chu kì. Ngoài ra, viễn thám còn là một kỹ thuật nổi bật hơn các
phƣơng pháp thông thƣờng trong quá trình đánh giá nhờ khả năng cung cấp thông tin
nhanh chóng và chi phí hợp lí. Do đó, việc áp dụng viễn thám trong nghiên cứu về sự
thay đổi lƣợng mƣa là hoàn toàn phù hợp, công nghệ này có thể hỗ trợ trong việc phân
12
tích đặc trƣng mƣa để theo dõi lƣợng mƣa, hỗ trợ cho việc cảnh báo, xây dựng các
chính sách quản lý môi trƣờng bền vững ở hiện tại và tƣơng lai.
Thành phố Hồ Chí Minh (TPHCM) là một đô thị lớn, sôi động, kinh tế phát triển
nhanh cùng với tăng trƣởng dân số và sự ra đời của nhiều doanh nghiệp. Trong những
năm gần đây, ở nƣớc ta nhiệt độ môi trƣờng đô thị ngày càng tăng cao, thƣờng xuyên
có những ngày nhiệt độ trên 35oC, có khi đỉnh điểm đạt tới 38-39oC. Là một trong 10
thành phố ở Việt Nam bị ảnh hƣởng nhiều nhất do mực nƣớc biển dâng (Carew-Reid
& Jeremy, 2007) và có chỉ số dễ tổn thƣơng do ảnh hƣởng của BĐKH là 6/10, bị ảnh
hƣởng của mực nƣớc biển dâng là 10/10, TPHCM hiện nay cũng phải đang đối mặt
với nhiều thách thức do BĐKH nhất là tình trạng nắng nóng và mƣa trái mùa. TPHCM
đang tiếp tục mở rộng nhanh chóng ra các khu vực ngoại vi trung tâm và mật độ đô thị
ngày càng tăng. Việc gia tăng áp lực đối với không gian xây dựng đô thị dẫn tới các
khu vực đất để xây dựng các không gian xanh và hệ thống nƣớc tự nhiên cũng bị cắt
giảm. Do hệ thống nƣớc tự nhiên và thảm thực vật tự nhiên bị thu hẹp do quá trình đô
thị hóa nên ngập lụt xảy ra thƣờng xuyên hơn do lƣợng mƣa và dòng chảy của sông
cao. Lƣợng mƣa đƣợc dự báo sẽ tiếp tục giảm trong mùa khô và tăng lên trong mùa
mƣa đồng thời với hiện tƣợng tăng nhiệt độ dẫn đến tình trạng nhiệt độ trung tâm
Thành phố cao hơn so với vùng ngoại vi, nông thôn và suy giảm chất lƣợng không khí
và nƣớc. Thay đổi chế độ mƣa và lƣợng mƣa dẫn đến hiện tƣợng ngập lụt sẽ ngày
càng thƣờng xuyên trong mùa mƣa, thiếu nƣớc trong mùa khô. Thay đổi dòng chảy
của hệ thống sông ngòi dẫn đến sự gia tăng tần suất vỡ bờ bao và lũ lụt. Mực nƣớc
biển dâng dẫn đến nguy cơ ngập lụt và nhiễm mặn tăng lên. Trong các tác động này,
cần nghiên cứu và đánh giá đầy đủ về hiệu ứng đảo nhiệt.
Với các lý do trên, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ viễn thám để đánh giá
biến đổi các yếu tố liên quan khí hậu thủy văn nhƣ đảo nhiệt, mƣa đô thị dƣới tác
động của biến đổi cảnh quan đô thị là sự cần thiết, nhằm giúp hiểu biết sâu sắc thêm
sự tƣơng quan chặt chẽ giữa các kiểu lớp phủ đất trong không gian đô thị và chu trình
thủy văn của một khu vực đô thị, để có đƣợc các giải pháp đề xuất quản lý môi trƣờng
và phục vụ quy hoạch đô thị. Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ tốt cho công tác quy hoạch
phát triển đô thị bền vững hơn trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay. Vì vậy, đề tài
“Ứng dụng viễn thám đánh giá ảnh hưởng của đảo nhiệt đô thị đến đặc trưng mưa
tại thành phố Hồ Chí Minh” đƣợc thực hiện.
13
2. Mục tiêu nghiên cứu
Khảo sát phân bố theo không gian và thời gian của nhiệt độ bề mặt đất và lƣợng
mƣa từ tƣ liệu viễn thám kết hợp số đo mặt đất, từ đó xem xét ảnh hƣởng của hiệu ứng
đảo nhiệt đô thị đến đặc trƣng mƣa đặc thù cho TPHCM, nhằm hỗ trợ quy hoạch đô
thị bền vững.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
Đặc trƣng nhiệt độ bề mặt đất trích xuất từ ảnh hồng ngoại nhiệt từ vệ tinh
quang học LANDSAT để đánh giá hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.
Đặc trƣng mƣa đƣợc trích xuất từ ảnh hồng ngoại GEO-IR, (vệ tinh địa tĩnh Geostationary Earth Orbiting – GEO). Ảnh chụp từ vệ tinh GEO có độ phân
giải 1km x 1km đối với bƣớc sóng khả kiến và 4km x 4km đối với bƣớc sóng
hồng ngoại (GEO-IR). Ảnh vệ tinh GEO cho thông tin về nhiệt độ bề mặt
(phía trên) của các đám mây để tính toán lƣợng mƣa với nhận định rằng
cƣờng độ mƣa tỉ lệ nghịch với nhiệt độ bề mặt đám mây – hay đám mây có
nhiệt độ bề mặt càng thấp thì gây mƣa càng lớn.
Phạm vi nghiên cứu:
Thành phố Hồ Chí Minh, tập trung phần phía bắc thành phố (không kể đến
Huyện Nhà Bè và Huyện Cần Giờ). Nơi đây có sự phát triển mạnh mẽ của đô thị trong
nhiều năm qua với sự đa dạng của địa hình, có khác biệt rõ nét giữa khu vực nội thành
và vùng ven. Đồng thời, các hoạt động nhân sinh từ quá trình đô thị hóa và công
nghiệp hóa cũng khiến cho đặc điểm mƣa có nhiều biến đổi sẽ là nghiên cứu điển hình
cho đề tài của luận văn.
Thời gian nghiên cứu:
Khảo sát trong vòng 11 năm giai đoạn 2005 – 2015, là thời kỳ đƣợc biết khi
TPHCM đã phát triển mạnh mẽ quá trình đô thị hóa. Hiện nay thành phố đã trở thành
một trong những đô thị lớn nhất của Việt Nam và đang vƣớng nhiều hệ quả của quá
trình đô thị hóa đó. Đồng thời, đây cũng là khoảng thời gian tƣơng đối đủ dài để đảm
bảo cho các nghiên cứu về đặc trƣng khí hậu.
14
4. Nội dung nghiên cứu
(1) Tổng quan các tài liệu, cơ sở khoa học, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc
về ứng dụng viễn thám giám sát nhiệt độ và lƣợng mƣa.
(2) Nghiên cứu đặc tính dữ liệu vệ tinh trích xuất nhiệt độ bề mặt đất và đo mƣa, kết
hợp giải thuật tính toán để trích xuất dữ liệu.
(3) Đánh giá phân bố của nhiệt độ bề mặt đất và sự phát triển của đảo nhiệt đô thị giai
đoạn 2005-2015, xem xét sự phát triển theo không gian và thời gian kết hợp định
lƣợng giá trị.
(4) Đánh giá phân bố mƣa đô thị trong giai đoạn nghiên cứu, qua đó phát hiện các
đặc trƣng mƣa dƣới ảnh hƣởng của hiệu ứng đảo nhiệt đô thị tại TPHCM.
(5) Đề xuất các giải pháp giảm thiểu hiệu ứng đảo nhiệt đô thị và ảnh hƣởng tác
động đến lƣợng mƣa đô thị, nhằm hỗ trợ quy hoạch đô thị bền vững, thích ứng
trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay cho thành phố.
5. Phƣơng pháp thực hiện
(1) Phương pháp tổng quan tài liệu, thu thập dữ liệu
Phƣơng pháp này dùng để tổng hợp thông tin tài liệu về vấn đề nghiên cứu
trong đề tài. Các thông tin đƣợc thu thập từ các bài báo khoa học, luận văn, luận
án, các sách, tập san cũng nhƣ từ các nguồn thông tin đáng tin cậy trên mạng
Internet và các cơ quan quản lý liên quan nhƣ: Sở Tài Nguyên Môi Trƣờng, Chi
cục Bảo vệ môi trƣờng…
Các thông tin và số liệu trong đề tài cần thu thập bao gồm:
Các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về hiện tƣợng đảo nhiệt và việc ứng
dụng viễn thám và các phƣơng pháp trong tính toán nhiệt độ bề mặt, chỉ số
thực vật và mƣa.
Số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, diễn biến nhiệt độ, lƣợng mƣa
ở thành phố Hồ Chí Minh.
Dữ liệu lƣợng mƣa nhiều năm 2005 – 2015.
(2) Phương pháp viễn thám
Phƣơng pháp viễn thám trong nghiên cứu này bao gồm 2 nhánh:
15
- Viễn thám hồng ngoại nhiệt tính nhiệt độ bề mặt đối tƣợng để xác định hiệu
ứng UHI dựa trên nguyên lý bức xạ: Sử dụng ảnh nhiệt để phát hiện ra UHI. Năng
lƣợng mà một vật thể trên mặt đất bức xạ là hàm số của hai thông số: nhiệt độ và
độ phát xạ. Nhiệt độ có ảnh hƣởng lớn đến cƣờng độ bức xạ phát ra từ vật đen. Dải
sóng 3-4 μm, đặc biệt là 8-14 μm là có giá trị đối với sự cảm nhận nhiệt của Trái
Đất. Hai định luật quan trọng là Stefan-Boltzman và Planck mô tả về mối quan hệ
giữa bức xạ và nhiệt độ. ĐPX là đặc tính của vật chất kiểm soát dòng năng lƣợng
bức xạ, hay còn gọi là khả năng phát xạ của vật chất. ĐPX của vật đen tuyệt đối là
1, còn đối với các vật chất khác luôn luôn nhỏ hơn 1. Nếu vật tự nhiên và vật đen
có cùng LST thì vật tự nhiên phát xạ kém hơn vật đen. Phƣơng pháp chi tiết sẽ
đƣợc trình bày theo đề mục bên dƣới.
- Viễn thám hồng ngoại xác định lƣợng mƣa từ mây dựa trên thuật toán
PERSIANN-CCS. Ảnh vệ tinh GEO cho thông tin về nhiệt độ bề mặt (phía trên)
của các đám mây để tính toán lƣợng mƣa với nhận định rằng cƣờng độ mƣa tỉ lệ
nghịch với nhiệt độ bề mặt đám mây – hay đám mây có nhiệt độ bề mặt càng thấp
thì gây mƣa càng lớn. Thuật toán tính mƣa từ dữ liệu viễn thám sử dụng mạng thần
kinh nhân tạo với hệ thống phân loại mây PERSIANN-CCS đƣợc phát triển dựa
vào thuật toán PERSIANN có bổ sung kỹ thuật phân loại mây để nâng cao kết quả
tính toán.
Số liệu mƣa đƣợc tính toán từ ảnh vệ tinh bằng thuật toán PERSIANN-CCS bao
gồm 4 bƣớc chính: (1) phân tách ảnh GEO-IR, (2) trích xuất đặc điểm của các đám
mây, (3) phân loại các đám mây, và (4) tính toán mƣa. Quy trình phân loại mây và
tính toán mƣa sử dụng thuật toán PERSIANN-CCS.
(3) Phương pháp GIS
GIS với chức năng tích hợp sẽ thực hiện việc chồng ghép những lớp thông tin
khác nhau thông qua việc sử dụng nhiều nguồn dữ liệu đƣợc xây dựng trên bản đồ
cơ sở địa hình, giúp phân tích đánh giá định lƣợng tƣơng quan giữa các yếu tố
tham gia. Ngoài ra, nó cho phép chiết xuất những lớp thông tin khác nhau để làm
việc riêng với chúng, cũng nhƣ cho phép tìm kiếm, xử lý và cho ra những mối quan
hệ giữa những lớp chuyên đề khác nhau.
16
- Xem thêm -
.PDF 
146 
9 
111 
