TÍNH TOÁN CHỈ SỐ NHIỆT ĐỂ NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM

Trong những năm gần đây, thành phố Hồ Chí Minh đang phải đối mặt với tình trạng tăng lên của nhiệt độ bề mặt đô thị so với các vùng lân cận, hình thành nên “đảo nhiệt” trong lớp biên khí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN CHỈ SỐ NHIỆT ĐỂ NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ TẠI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM

NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG CHUYÊN NGÀNH: TIN HỌC MÔI TRƯỜNG

SVTH : NGUYỄN LÊ OANH NỮ

KHÓA HỌC : 2014-2018

TP Hồ Chí Minh - 2018

LỜI CẢM ƠN

Ở trang đầu của luận văn, em xin gửi lời cám ơn chân thành và sâu sắc nhất đến với gia đình, thầy cô, các anh chị và các bạn– những người đã luôn động viên, giúp đỡ,

hỗ trợ và khích lệ em trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô TS Dương Thị Thúy Nga đã hướng dẫn và giúp đỡ em tận tình để hoàn thành đề tài khóa luận tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả quý thầy cô Khoa Môi Trường trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô chuyên ngành Tin Học Môi Trường đã cho em một nền tảng kiến thức vững chắc để hoàn thành đề tài này và phục vụ cho sự nghiệp mai sau

Cuối cùng, em xin chân thành kính gởi lời cảm ơn đến: Cha, Mẹ, Anh ,chị, Bạn bè… đã luôn tin tưởng, làm chỗ dựa tinh thần cho em, luôn ủng hộ, động viên và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể toàn tâm học tập trong suốt quãng đường sinh viên Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM, ngày 21 tháng 06 năm 2018 Sinh viên

Nguyễn Lê Oanh Nữ

TÓM TẮT

Thành phố Hổ Chí Minh là một trong những trung tâm kinh tế – xã hội quan trọng bậc nhất của cả nước Trong những năm gần đây, thành phố Hồ Chí Minh đang phải đối mặt với tình trạng tăng lên của nhiệt độ bề mặt đô thị so với các vùng lân cận, hình thành nên “đảo nhiệt” trong lớp biên khí quyển đồng thời cũng gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng đối với dân cư Chính vì lý do đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm

đề cập đến đặc trưng chỉ số nhiệt và nhiệt độ bề mặt đất được trích xuất từ ảnh vệ tinh Landsat, từ đó xem xét diễn biến sự hình thành đảo nhiệt đô thị bề mặt Viễn thám hồng ngoại nhiệt đo lường bức xạ bề mặt trái đất có thể giúp khôi phục giá trị nhiệt độ bề mặt trên toàn vùng nghiên cứu theo từng pixel dựa trên đặc tính của chỉ số thực vật NDVI Thông qua mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm, tiến hành tính toán chỉ số nhiệt và dùng nó đánh giá hiện tượng đảo nhiệt Thời gian khảo sát gồm 10 thời điểm thu nhận ảnh từ năm 2007-2011 và 2014-2018 Kết quả cho thấy, biến động nhiệt độ trên thành phố có xu hướng ngày càng tăng và mở rộng dần diện tích của những vùng có nhiệt độ cao hướng ra các vùng ngoại ô Trong giai đoạn 2007-2018, xu hướng hình thành đảo nhiệt đô thị bề mặt với 5 vị trí điển hình cho thấy sự khác biệt rõ ràng giữa nhiệt độ bề mặt của khu vực đô thị và khu vực nông thôn Từ đó, hỗ trợ việc đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động của đảo nhiệt đô thị nhằm bảo vệ môi trường đô thị và cuộc sống

cư dân thành phố Hồ Chí Minh ngày càng tốt hơn

Từ khóa: Đảo nhiệt đô thị TPHCM, chỉ số nhiệt, nhiệt độ bề mặt LST, chỉ số thực

vật NDVI

ABSTRACT

Ho Chi Minh City is one of the most important socio-economic centers in the country In recent years, Ho Chi Minh City has been experiencing an increase in urban surface temperatures compared to neighboring areas, forming "heat island" in the atmospheric boundary layer, Out serious environmental problems for the population For this reason, this study was conducted to address the characteristics of surface heat and temperature indexes extracted from Landsat satellite imagery, thus considering the evolution of urban heat island formation Remote sensing of surface-to-surface radiation can help to restore the surface temperature values across the study area by pixel based

on the characteristics of the NDVI plant index Through the relationship between temperature and humidity, conduct a heat index calculation and use it to evaluate the thermal island phenomenon The time taken for the survey was 10 shooting time between 2007-2011 and 2014-2018 The results show that the temperature fluctuations

in the city tend to increase and expand the area of high temperature areas to the outskirts

In the period 2007-2018, the trend of surface heating of the urban surface with five typical locations shows the clear difference between the surface temperature of urban and rural areas Since then, solutions to mitigate the effects of urban heat island have been proposed to protect the urban environment and the lives of residents of Ho Chi Minh City better and better

Keywords: TPHCM urban heat island, heat index, surface temperature LST, NDVI

vegetation index

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh

NDVI Normalized difference vegetation index_Chỉ số thực vật

LST Land Surface Temperature_Nhiệt độ bề mặt

HI Heat index_ Chỉ số nhiệt

UHI Urban heat island_ Đảo nhiệt đô thị

NWS National Weather Service

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Bản đồ hành chính TP Hồ Chí Minh 4

Hình 1.2: Thước đo giá trị chỉ số nhiệt HI 12

Hình 1.3: Hình ảnh mô tả hiện tượng đảo nhiệt đô thị 13

Hình 1.4: Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt 13

Hình 1.5: Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt 14

Hình 1.6: Cấu trúc hình học đô thị và sự tiếp nhận năng lượng 15

Hình 1.7: Các ảnh hưởng tiêu cực của đảo nhiệt đô thị 19

Hình 1.8: Tốc độ phát triển nhiệt đô thị ở một số thành phố lớn trên thế giới 21

Hình 1.9: Trung bình nhiệt độ tháng 9 trong suốt mười năm tại khu vực Kanto từ năm 1907 đến 2007 Nhật Bản 22

Hình 1.10: Biểu đồ nhiệt độ trung bình thấp nhất hằng năm tại trạm Phoenix và trạm tượng đài quốc gia Casa Grande tại bang Arizona, Hoa Kỳ 22

Hình 2.1: Qúa trình viễn thám 27

Hình 2.2: Quang phổ điện từ 28

Hình 2.3: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào diệp lục 28

Hình 2.4: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào độ ẩm 29

Hình 2.5: Đặc tính phản xạ phổ của đất dựa vào độ ẩm 29

Hình 2.6: Đặc tính hấp thụ và phản xạ của nước 30

Hình 2.7: Đặc tính phản xạ phổ của nước đục và nước trong 30

Hình 2.8: Sơ đồ quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài 33

Hình 2.9: Sơ đồ các bước tính nhiệt độ bề mặt 36

Hình 2.10: Sơ đồ tính nhiệt độ bề mặt cho Landsat 5 TM 37

Hình 2.11: Sơ đồ tính nhiệt độ bề mặt cho Landsat 8 41

Hình 3.1: Khu vực thành phố hồ chí minh trên vệ tinh Landsat 49

Hình 3.2: Ảnh trước khi ghép (các mảnh tạo nên TPHCM) 50

Hình 3.3: Các mảnh tạo nên TPHCM 50

Hình 3.4: Ảnh viễn thám trước khi nén và sau khi nén 51

Hình 3.5: Ảnh viễn thám cắt theo ranh giới TPHCM 52

Hình 3.6: Bản đồ phân bố chỉ số thực vật NDVI qua các năm 55

Hình 3.7: Biểu đồ sự thay đổi giá trị NDVI trung bình quận, huyện TPHCM qua các năm 58

Hình 3.8: Bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt tại TPHCM qua các năm 62

Hình 3.9: Biểu đồ giá trị nhiệt độ trung bình theo từng quận huyện 2007-2011 67

Hình 3.10: Biểu đồ giá trị nhiệt độ trung bình theo từng quận huyện 2008-2011 67

Hình 3.11: Biểu đồ thể hiện diễn biến phần trăm diện tích theokhoảng nhiệt qua các năm 70

Hình 3.12: Mối quan hệ của chỉ số thực vật và nhiệt độ theo từng quận huyện năm 2007 và năm 2018 72

Hình 3.13: Tương quan độ ẩm và nhiệt độ 73

Hình 3.14: Bản đồ phân bố chỉ số nhiệt tại TPHCM qua các năm 76

Hình 3.15: Đồ thị biễu diễn trung bình chỉ số nhiệt quận,huyến qua các năm (1) 78

Hình 3.15: Đồ thị biễu diễn trung bình chỉ số nhiệt quận,huyện qua các năm (2) 79

Hình 3.16: Biểu đồ thể hiện phần trăm diện tích khu vực TP HCM theo các mức chỉ số nhiệt của một số năm 81

Hình 3.17: Mối quan hệ giữa chỉ số thực vật và chỉ số nhiệt tại các quận qua 2 năm 2007 82

Hình 3.18: Bản đồ phân bố chỉ số nhiệt tại TPHCM năm 2008 83

Hình 3.19: Bản đồ phân bố chỉ số nhiệt tại TPHCM năm 2015 84

Hình 3.20: Bản đồ phân bố chỉ số nhiệt tại TPHCM năm 2017 85

Hình 3.21 Vị trí các UHI điển hình tại thời điểm chụp ảnh vào các năm 2008, 2015 và 2017 86

Hình 3.22: Hiện tượng đảo nhiệt đô thị 89

Hình 3.23: Biểu đồ thể hiện đảo nhiệt tại TPHCM năm 2008 89

Hình 3.24: Biểu đồ thể hiện đảo nhiệt tại TPHCM năm 2015 90

Hình 3.25: Biểu đồ thể hiện đảo nhiệt tại TPHCM năm 2017 90

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 5 9

Bảng 1.2: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8 10

Bảng 1.3: Đặc điểm cơ bản của hiện tượng đảo nhiệt đô thị bề mặt và khí quyển 17

Bảng 2.1: Dữ liệu cần thu thập 34

Bảng 2.2: Gía trị Lmax, Lmin 37

Bảng 2.3: Gía trị K1,K2 cho landsat 5 38

Bảng 2.4: Gía trị độ phát xạ εv và εs cho landsat 5 40

Bảng 2.5: Gía trị ML, AL 41

Bảng 2.6: Gía trị K1,K2 cho landsat 8 42

Bảng 2.7: Gía trị độ phát xạ εv và εs cho landsat 8 42

Bảng 2.8: Những ảnh hưởng do sự biến đổi độ ẩm 44

Bảng 2.9: Mức độ ảnh hưởng của chỉ số nhiệt HI 45

Bảng 3.1: Nguồn ảnh vệ tinh Landsat 49

Bảng 3.2: Bảng thống kê giá trị NDVI trung bình qua các năm 55

Bảng 3.3: Bảng thống kê giá trị NDVI theo từng quận huyện (1) 56

Bảng 3.3: Bảng thống kê giá trị NDVI theo từng quận huyện (2) 57

Bảng 3.4: Trung bình nhiệt độ khu vực TPHCM qua các năm 63

Bảng 3.5: Sai số tính nhiệt độ qua các thời điểm chụp ảnh 63

Bảng 3.6: Bảng thống kê giá trị nhiệt độ theo từng quận huyện 2007-2011 65

Bảng 3.7: Bảng thống kê giá trị nhiệt độ theo từng quận huyện 2014-2018 66

Bảng 3.9: Giá trị chỉ số nhiệt trung bình tại TPHCM qua các năm 76

Bảng 3.10: Bảng giá trị chỉ số nhiệt trung bình theo quận, huyện qua các năm (1) 77

Bảng 3.10: Bảng giá trị chỉ số nhiệt trung bình theo quận, huyện qua các năm (2) 78

Bảng 3.11: Phần trăm diện tích khu vực TP CHM theo các mức chỉ số nhiệt của một số năm.(Đơn vị: %) 80

Bảng 3.12: Bảng giá trị HI trung bình theo quận, huyện qua các năm theo thứ tự tăng dần 88

MỤC LỤC TRANG

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ii

ABSTRACT iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu 3

Chương 1. TỔNG QUAN 4

1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu 4

1.1.1 Vị trí địa lý 4

1.1.2 Đặc điểm địa hình 5

1.1.3 Thủy văn 5

1.1.4 Khí hậu, thời tiết 6

1.2 Tổng quan viễn thám 7

1.3 Tổng quan chỉ số nhiệt 10

1.4 Tổng quan hiện tượng đảo nhiệt đô thị 13

1.4.1 Hiện tượng đảo nhiệt 13

1.4.2 Nguyên nhân 13

1.4.3 Phân loại 17

1.4.4 Tác động 19

1.5 Tình hình nghiên cứu 21

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21

1.5.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam 24

Chương 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.1 Cơ sở khoa học 26

2.2 Nội dung và quy trình 32

2.3 PP nghiên cứu 33

2.3.1 Thu thập dữ liệu 33

2.3.2 Xử lí ảnh 34

2.3.3 Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt 36

2.3.4 Nghiên cứu chỉ số nhiệt 43

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 49

3.1 Dữ liệu viễn thám 49

3.2 Xử lý ảnh 50

3.3 Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt 52

3.3.1 Chỉ số thực vật 52

3.3.2 Nhiệt độ bề mặt 60

3.3.3 Mối liên hệ giữa chỉ số thực vật và nhiệt độ bề mặt 71

3.4 Nghiên cứu chỉ số nhiệt 73

3.4.1 Tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm 73

3.4.2 Chỉ số nhiệt 74

3.4.3 Mối quan hệ giữa chỉ số thực vật và chỉ số nhiệt 82

3.5 Đánh giá hiện tượng đảo nhiệt 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93

TÀI LIỆU THAM KHẢO 95

PHỤ LỤC i

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Thành phố Hồ Chí Minh (HCM) là một đô thị lớn của cả nước, là trung tâm của khu vực miền Nam, phát triển kinh tế nhanh cùng với tăng trưởng dân số và sự ra đời của nhiều doanh nghiệp Thành phố HCM đang tiếp tục mở rộng nhanh chóng các khu vực ngoại vi trung tâm và mật độ đô thị ngày càng tăng Bê tông hóa và kính hóa làm tăng nguy cơ hấp thụ nhiệt dưới mặt đất, khiến lớp không khí cách mặt đất 100m đổ lại trở nên nóng hơn, nung nóng mặt đất lâu hơn Quá nhiều nhà cao tầng trong khi tỷ lệ không gian trống giữa các tòa nhà và trên các tuyến đường ngày càng ít làm cho đối lưu không khí ngày càng bị hạn chế, tạo ra chế độ tiểu khí hậu cục bộ, vừa gây ô nhiễm không khí vừa làm tăng oi bức Trong khi đó, diện tích tuyệt đối và tỷ lệ cây xanh, vốn

có chức năng hấp thụ cả khí CO2 lẫn hấp thu nhiệt lại không được đảm bảo Điều đó tác động đến sự biến đổi vi khí hậu, rõ nét nhất là sự tăng lên của nhiệt độ bề mặt đô thị so với các vùng lân cận, hình thành nên “đảo nhiệt” (heat island) trong lớp biên khí quyển bên trên của thành phố, đồng thời cũng gây nên những vấn đề môi trường nghiêm trọng đối với cư dân

Chắc bạn đã từng thấy thuật ngữ “RealFeel” được sử dụng trong dự báo thời tiết vào những ngày mùa hè nóng ẩm, nhưng bạn có biết tại sao nó được đo lường và tại sao

nó quan trọng đối với sức khỏe của chúng ta? Trong điều kiện đơn giản nhất, chỉ số nhiệt (HI) là nhiệt độ "cảm thấy", hoặc cảm giác nóng thực sự khi độ ẩm tương đối được tính theo nhiệt độ không khí thực tế Cơ thể của bạn sẽ tự nguội đi do sự bốc hơi từ làn

da Vào một ngày nóng ẩm, mồ hôi ít bốc hơi, và làm giảm khả năng tự làm mát cơ thể Chỉ số nhiệt là nhiệt độ bằng cách kết hợp nhiệt độ không khí với độ ẩm tương đối Ví

dụ, nếu nhiệt độ không khí là 94ºF và độ ẩm tương đối là 70%, chỉ số nhiệt là 119ºF Khi tăng nhiệt vượt quá mức độ mà cơ thể có thể loại bỏ, nhiệt độ cơ thể bắt đầu tăng lên, và các bệnh liên quan đến nhiệt và rối loạn có thể phát triển Và những rủi ro về sức khỏe liên quan đến sự kết hợp nhiệt độ và độ ẩm có khả năng gây ra chết người Đây là

lý do tại sao nó rất quan trọng để chú ý đến, không chỉ đến nhiệt độ, mà còn đến chỉ số nhiệt vào những ngày nóng nhất của mùa hè và những khu vực trung tâm nơi mà nhiệt

độ cao đột biến so với khu vực ngoại thành

Công nghệ GIS-Viễn Thám được nghiên cứu và phát triển từ vài thập kĩ nay trên thế giới Những thành tựu từ những nghiên cứu của các công nghệ này đã góp phần to lớn vào công tác quản lý môi trường trên thế giới Vấn đề tính toán và đánh giá sự thay đổi nhiệt độ bề mặt trái đất cũng đang được quan tâm, nhất là trong bối cảnh biến đổi khí hậu đang ảnh hưởng rất lớn đến sựu nóng dần của trái đất Môi trường nhiệt xung quanh các khu vực đô thị được đặc trưng bởi hiện tượng “đảo nhiệt” (heat island) làm ảnh hưởng đến nhu cầu năng lượng, sức khoẻ và các điều kiện về môi trường Các quan trắc mặt đất chỉ phản ảnh điều kiện nhiệt của khu vực cục bộ xung quanh trạm đo Thực

tế, chúng ta không thể thiết lập nhiều trạm quan trắc khí tượng với mật độ dày đặc Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thám, dữ liệu viễn thám có độ phân giải không gian cao hơn và phần phủ mặt đất lớn hơn, đồng thời cho phép thu nhận thông tin bề mặt trái đất ngay cả những vùng con người không thể đi đến được, ảnh vệ tinh ngày càng đa dạng, cung cấp nhiều thông tin mà trước kia không thể có và được xem là công cụ mạnh

mẽ trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên, đánh giá biến động, trính xuất các dữ liệu trên ảnh vệ tinh nhanh chóng và chính xác khiến viễn thám ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực Với ưu điểm khả năng cung cấp thông tin đa thời gian, nhanh chóng, chính xác của ảnh vệ tinh cùng với công cụ xử lý năng động nên viễn thám được chọn để quan sát diễn biến nhiệt độ và đánh giá đảo nhiệt tại thành phố HCM Chính vì thế, đề tài: “Tính toán chỉ số nhiệt để nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt tại thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp viễn thám” được thực hiện Nhằm hỗ trợ trong việc cung cấp các thông tin về diễn biến đảo nhiệt ở các quận trung tâm cho người dân, giúp người dân thành phố chủ động phòng tránh tác động của nhiệt độ cao đến sức khỏe bản thân Đồng thời cũng sẽ hỗ trợ các nhà hoạch định chính sách và quản lý môi trường có thể đưa ra được những chiến lược và chính sách phù hợp nhằm giảm thiểu tác động của đảo nhiệt đô thị

2.1 Mục tiêu chung

Đánh giá hiện tượng đảo nhiệt tại thành phố HCM thông qua chỉ số nhiệt (HI) bằng phương pháp viễn thám

2.2 Mục tiêu cụ thể

Đề tài nhằm những mục tiêu nghiên cứu sau:

- Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt đô thị trên cơ sở ứng dụng viễn thám

- Thành lập bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt thành phố HCM

- Đánh giá diễn biến sự thay đổi nhiệt độ bề mặt

- Thiết lập mối tương quan giữa nhiệt độ và độ ẩm

- Nghiên cứu chỉ số nhiệt (HI)

- Thành lập bản đồ phân bố chỉ số nhiệt thành phố HCM

- Dùng chỉ số nhiệt để quan sát diễn biến và đánh giá hiện tượng đảo nhiệt tại thành phố HCM, góp phần phục vụ quy hoạch phát triển đô thị bền vững

▪ Về không gian: Nghiên cứu trong phạm vị TP Hồ Chí Minh

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lý

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong toạ độ địa lý khoảng 10o10' – 10o38' vĩ độ bắc

và 106o22' – 106o54' kinh độ đông Phía Bắc giáp tỉnh Bình Dương, Tây Bắc giáp tỉnh Tây Ninh, Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Đồng Nai, Đông Nam giáp tỉnh Bà Rịa -Vũng Tàu, Tây và Tây Nam giáp tỉnh Long An và Tiền Giang (Hình 1.1)

Thành phố Hồ Chí Minh cách thủ đô Hà Nội gần 1.730 km đường bộ, nằm ở ngã

tư quốc tế giữa các con đường hàng hải từ Bắc xuống Nam, từ Ðông sang Tây, là tâm điểm của khu vực Đông Nam Á Trung tâm thành phố cách bờ biển Đông 50 km đường chim bay

Đây là đầu mối giao thông nối liền các tỉnh trong vùng và là cửa ngõ quốc tế Với hệ thống cảng và sân bay lớn nhất cả nước, cảng Sài Gòn với năng lực hoạt động 10 triệu tấn /năm Sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất với hàng chục đường bay chỉ cách trung tâm thành phố 7 km

Hình 1.1: Bản đồ hành chính TP Hồ Chí Minh

1.1.2 Đặc điểm địa hình

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Ðông Nam bộ và đồng bằng sông Cửu Long Ðịa hình tổng quát có dạng thấp dần từ Bắc xuống Nam và

từ Ðông sang Tây Nó có thể chia thành 3 tiểu vùng địa hình

Vùng cao nằm ở phía Bắc - Ðông Bắc và một phần Tây Bắc (thuộc bắc huyện Củ Chi, đông bắc quận Thủ Ðức và quận 9), với dạng địa hình lượn sóng, độ cao trung bình 10-25 m và xen kẽ có những đồi gò độ cao cao nhất tới 32 m, như đồi Long Bình (quận 9)

Vùng thấp trũng ở phía Nam-Tây Nam và Ðông Nam thành phố (thuộc các quận

9, 8,7 và các huyện Bình Chánh, Nhà Bè, Cần Giờ) Vùng này có độ cao trung bình trên dưới 1m và cao nhất 2 m, thấp nhất 0,5 m

Vùng trung bình, phân bố ở khu vực Trung tâm Thành phố, gồm phần lớn nội thành cũ, một phần các quận 2, Thủ Ðức, toàn bộ quận 12 và huyện Hóc Môn Vùng này có độ cao trung bình 5-10 m

Nhìn chung, địa hình Thành phố Hồ Chí Minh không phức tạp, song cũng khá đa dạng, có điều kiện để phát triển nhiều mặt

1.1.3 Thủy văn

Về nguồn nước, nằm ở vùng hạ lưu hệ thống sông Ðồng Nai - Sài Gòn, thành phố

Hồ Chí Minh có mạng lưới sông ngòi kênh rạch rất phát triển Hàng năm sông Đồng Nai cung cấp 15 tỷ m3 nước và là nguồn nước ngọt chính của thành phố Hồ Chí Minh

Về nguồn nước, nằm ở vùng hạ lưu hệ thống sông Ðồng Nai - Sài Gòn, thành phố

Hồ Chí Minh có mạng lưới sông ngòi kênh rạch rất phát triển Hàng năm sông Đồng Nai cung cấp 15 tỷ m3 nước và là nguồn nước ngọt chính của thành phố Hồ Chí Minh

Bề rộng của sông Sài Gòn tại Thành phố thay đổi từ 225 m đến 370 m và độ sâu tới 20 m Sông Ðồng Nai nối thông qua sông Sài Gòn ở phần nội thành mở rộng, bởi hệ thống kênh Rạch Chiếc Sông Nhà Bè hình thành từ chỗ hợp lưu của sông Ðồng Nai và sông Sài Gòn, các trung tâm thành phố khoảng 5 km về phía Ðông Nam Nó chảy ra biển Ðông bằng hai ngả chính - ngả Soài Rạp dài 59 km, bề rộng trung bình 2 km, lòng sông cạn, tốc độ dòng chảy chậm; ngả Lòng Tàu đổ ra vịnh Gành Rái, dài 56 km, bề rộng trung bình 0,5 km, lòng sông sâu, là đường thủy chính cho tàu bè ra vào bến cảng Sài Gòn

Ngoài trục các sông chính kể trên ra, thành phố còn có mạng lưới kênh rạch chằng chịt, như ở các rạch Láng The, Bàu Nông, rạch Tra, Bến Cát, An Hạ, Tham Lương, Cầu Bông, Nhiêu Lộc-Thị Nghè, Bến Nghé, Lò Gốm, Kênh Tẻ, Tàu Hũ, Kênh Ðôi và ở phần phía Nam Thành phố thuộc địa bàn các huyện Nhà Bè, Cần Giờ mật độ kênh rạch khá dày đặc; cùng với hệ thống kênh cấp 3-4 của kênh Ðông-Củ Chi và các kênh đào An

Hạ, kênh Xáng

Về thủy văn, hầu hết các sông rạch Thành phố Hồ Chí Minh đều chịu ảnh hưởng dao động triều bán nhật của biển Ðông Mỗi ngày, nước lên xuống hai lần, theo đó thủy triều thâm nhập sâu vào các kênh rạch trong thành phố, gây nên tác động không nhỏ đối với sản xuất nông nghiệp và hạn chế việc tiêu thoát nước ở khu vực nội thành

Mực nước triều bình quân cao nhất là 1,10 m Tháng có mực nước cao nhất là tháng 10-11, thấp nhất là các tháng 6-7 Về mùa khô, lưu lượng của nguồn các sông nhỏ,

độ mặn 4% có thể xâm nhập trên sông Sài Gòn đến quá Lái Thiêu, có năm đến đến tận Thủ Dầu Một và trên sông Ðồng Nai đến Long Ðại Mùa mưa lưu lượng của nguồn lớn, nên mặn bị đẩy lùi ra xa hơn và độ mặn bị pha loãng đi nhiều

Vào mùa mưa, lượng nước được điều tiết giữ lại trên hồ, làm giảm thiểu khả năng úng lụt đối với những vùng trũng thấp; nhưng ngược lại, nước mặn lại xâm nhập vào sâu hơn Tuy nhiên, nhìn chung, đã mở rộng được diện tích cây trồng bằng việc tăng vụ mùa canh tác Ngoài ra, việc phát triển các hệ thống kênh mương, đã có tác dụng nâng cao mực nước ngầm trên tầng mặt lên 2-3 m, tăng thêm nguồn cung cấp nước phục vụ cho sản xuất và sinh hoạt của thành phố

1.1.4 Khí hậu, thời tiết

Thành phố Hồ Chí Minh nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo Cũng như các tỉnh ở Nam bộ, đặc điểm chung của khí hậu-thời tiết TPHCM là nhiệt độ trong năm cao và có hai mùa mưa - khô rõ rệt tác động chi phối môi trường cảnh quan sâu sắc Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Theo tài liệu quan trắc nhiều năm của trạm Tân Sơn Nhất, qua các yếu tố khí tượng chủ yếu; cho thấy những đặc trưng khí hậu Thành Phố Hồ Chí Minh như sau:

Lượng bức xạ dồi dào, trung bình khoảng 140 Kcal/cm2/năm Số giờ nắng trung bình/tháng 160-270 giờ Nhiệt độ không khí trung bình 27oC Nhiệt độ cao tuyệt đối 400C, nhiệt độ thấp tuyệt đối 13,8oC Tháng có nhiệt độ trung bình cao nhất là tháng 4

(28,8oC), tháng có nhiệt độ trung bình thấp nhất là khoảng giữa tháng 12 và tháng 1 (25,7oC)

Hàng năm có tới trên 330 ngày có nhiệt độ trung bình 25-28oC Ðiều kiện nhiệt

độ và ánh sáng thuận lợi cho sự phát triển các chủng loại cây trồng và vật nuôi đạt năng suất sinh học cao; đồng thời đẩy nhanh quá trình phân hủy chất hữu cơ chứa trong các chất thải, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường đô thị

Lượng mưa cao, bình quân/năm 1.949 mm Năm cao nhất 2.718 mm (1908) và năm nhỏ nhất 1.392 mm (1958) Số ngày mưa trung bình/năm là 159 ngày Khoảng 90% lượng mưa hàng năm tập trung vào các tháng mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11; trong

đó hai tháng 6 và 9 thường có lượng mưa cao nhất Các tháng 1,2,3 mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể Trên phạm vi không gian thành phố, lượng mưa phân bố không đều, có khuynh hướng tăng dần theo trục Tây Nam - Ðông Bắc Ðại bộ phận các quận nội thành và các huyện phía Bắc thường có lượng mưa cao hơn các quận huyện phía Nam và Tây Nam

Ðộ ẩm tương đối của không khí bình quân/năm 79,5%; bình quân mùa mưa 80%

và trị số cao tuyệt đối tới 100%; bình quân mùa khô 74,5% và mức thấp tuyệt đối xuống tới 20%

Về gió, Thành phố Hồ Chí Minh chịu ảnh hưởng bởi hai hướng gió chính và chủ yếu là gió mùa Tây - Tây Nam và Bắc - Ðông Bắc Gió Tây -Tây Nam từ Ấn Ðộ Dương thổi vào trong mùa mưa, khoảng từ tháng 6 đến tháng 10, tốc độ trung bình 3,6 m/s và gió thổi mạnh nhất vào tháng 8, tốc độ trung bình 4,5 m/s Gió Bắc- Ðông Bắc từ biển Đông thổi vào trong mùa khô, khoảng từ tháng 11 đến tháng 2, tốc độ trung bình 2,4 m/s Ngoài ra có gió tín phong, hướng Nam - Ðông Nam, khoảng từ tháng 3 đến tháng

5 tốc độ trung bình 3,7 m/s Về cơ bản TPHCM thuộc vùng không có gió bão Năm

1997, do biến động bởi hiện tượng El-Nino gây nên cơn bão số 5, chỉ một phần huyện Cần Giờ bị ảnh hưởng ở mức độ nhẹ

1.2 Tổng quan viễn thám

Viễn thám (Remote Sensing) là môn khoa học thu nhận thông tin về hình dáng, kích thước và tính chất của một vật thể, một đối tượng từ khoảng cách cố định, không tiếp xúc trực tiếp với chúng Những thiết bị viễn thám đa phần là các vệ tinh nhân tạo được phóng lên không trung Trên thế giới hiện nay có rất nhiều vệ tinh nhân tạo đảm

nhận công việc viễn thám, tiêu biểu là vệ tinh Landsat của Mỹ, SPOT của Pháp, IKONOS và VNREDSAT-1 của Việt Nam Bản thân các vệ tinh viễn thám là vật mang, trên đó có lắp đặt các thiết bị gồm các tấm pin năng lượng mặt trời, bộ phát sóng điện từ(nếu là viễn thám chủ động), bộ cảm, các máy quét camera… Thực chất của quá trình viễn thám là quá trình thu nhận sóng điện từ Năng lượng của sóng điện từ khi lan truyền qua môi trường khí quyển sẽ bị các phân tử khí hấp thụ dưới các hình thức khác nhau tùy thuộc vào từng bước sóng cụ thể Trong viễn thám, người ta thường quan tâm đến khả năng truyền sóng điện từ trong khí quyển, vì các hiện tượng và cơ chế tương tác giữa sóng điện từ với khí quyển sẽ tác động mạnh đến thông tin do bộ cảm biến thu nhận được Khí quyển có các đặc điểm quan trọng đó là tương tác khác nhau đối với bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau Các loại khí như oxy, nito, cacbonic, ozon, hoi nước

và cá phân tử lơ lững trong khí quyển là tác nhân chính ảnh hưởng đến sự suy giảm năng lượng sóng điện từ trong quá trình lan truyền Sản phẩm của quá trình viễn thám là những bức ảnh chụp từ vệ tinh Trong đó, ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu của nhiều lĩnh vực từ nghiên cứu hiện trạng đến giám sát biến động và được sử dụng phổ biến nhất

Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên được phóng lên quỹ đạo năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng lên quỹ đạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Đến thời điểm này chỉ còn 2 vệ tinh hoạt động là vệ tinh Landsat 7 và Landsat 8 Tuy nhiên do vệ tinh Landsat 7 bị hỏng 1

số đầu thu nên từ năm 2003 đến nay ảnh bị sọc, gây khó khăn trong việc nghiên cứu và theo dõi Vì vậy để thực hiện mục tiêu đánh giá đảo nhiệt khu vực TPHCM qua các năm trong gian đoạn từ năm 2007 đến 2018 cần sử dụng ảnh của cả 2 vệ tinh Landsat 5, và Landsat 8 Landsat 5 đã được phóng vào quỹ đạo từ năm 1984; ban đầu các kỹ sư thiết

kế chỉ dự định cho Landsat 5 làm việc trong vòng 3 năm; tuy nhiên tính đến nay nó đã bay vòng quanh trái đất hơn 150.000 vòng và gửi về 2,5 triệu tấm ảnh trong gần 3 thập

kỷ qua

1.2.1 Vệ tinh Landsat 5

Landsat 5 là vệ tinh nhân tạo đưa ra bởi NASA từ căn cứ không quân Vandenberg

đã được phóng vào quỹ đạo từ ngày 1 tháng 3 năm 1984 để thu thập hình ảnh về mặt của trái đất Ban đầu các kỹ sư thiết kế chỉ dự định cho Landsat 5 làm việc trong vòng

3 năm; tuy nhiên tính đến nay nó đã bay vòng quanh trái đất hơn 150.000 vòng và gửi

về 2,5 triệu tấm ảnh trong gần 3 thập kỷ qua Landsat 5 là vệ tinh quan sát trái đất hoạt động lâu nhất, mặc dù nó không phải là vệ tinh “lớn tuổi” nhất còn bay trong quỹ đạo

Do hư hỏng nặng, Landsat 5 đã ngưng hoạt động từ cuối năm 2012 Vệ tinh Landsat 5

có thiết bị thu nhận TM Từ bảng 1.1 ảnh TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại với độ phân giải không gian 30m×30m và một giải phổ hồng ngoại nhiệt ở kênh 6, độ phân giải 120m×120m để đo nhiệt độ bề mặt

Bảng 1.1: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 5

(micrometers)

Độ phân giải (meters)

mặt trái đất Bộ cảm OLI cung cấp hai kênh phổ mới, kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tượng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước

Bảng 1.2: Đặc trưng Bộ cảm của ảnh vệ tinh Landsat 8

(micrometers)

Độ phân giải (meters)

cơ bản là 1,6 kilopascal [kPa] (0,23 psi) Ví dụ, điều này tương ứng với nhiệt độ không khí 25°C (77°F) và độ ẩm tương đối là 50% Ở áp suất khí quyển chuẩn (101.325 kPa),

đường cơ sở này cũng tương ứng với điểm sương là 14°C (57°F) và tỷ lệ pha trộn 0,01 (10g hơi nước trên mỗi kg không khí khô) Một giá trị nhất định của độ ẩm tương đối đều gây ra sự gia tăng trong chỉ số nhiệt ở mức nhiệt độ cao hơn Ví dụ, ở khoảng 27ºC (81°F), chỉ số nhiệt sẽ ngang bằng với nhiệt độ thực tế nếu độ ẩm tương đối là 45%, nhưng ở 43°C (109°F), bất kỳ độ ẩm tương đối nào trên 18% đều sẽ làm cho chỉ số nhiệt cao hơn 43°C

Phương trình mô tả là hợp lệ chỉ khi nhiệt độ là 27°C (80°F) hoặc nhiều hơn, và

độ ẩm tương đối là 40% hoặc nhiều hơn Tuy nhiên, một phân tích gần đây của iWeatherNet cho rằng giả thiết sai lầm do mối quan hệ giữa chỉ số nhiệt/độ ẩm tương đối và nhiệt độ cân bằng tương ứng (điểm mà nhiệt độ không khí và chỉ số nhiệt bằng nhau) là phi tuyến Chỉ số nhiệt và số liệu humidex được dựa trên các phép đo nhiệt độ được thực hiện trong bóng râm chứ không phải mặt trời, do đó phải cẩn thận hơn khi ở dưới ánh mặt trời Chỉ số nhiệt cũng không chịu ảnh hưởng đến tác động của gió, làm giảm nhiệt độ rõ ràng, trừ khi không khí ở trên nhiệt độ cơ thể Ngoài trời trong điều kiện mở, khi độ ẩm tương đối tăng, sương mù đầu tiên và cuối cùng là một lớp mây dày hơn phát triển, làm giảm lượng ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp lên bề mặt Vì vậy, có một mối quan hệ nghịch đảo giữa nhiệt độ tiềm năng tối đa và độ ẩm tương đối tối đa tiềm năng Do yếu tố này, người ta đã từng tin rằng chỉ số nhiệt cao nhất có thể đạt được

ở bất cứ nơi nào trên Trái Đất là khoảng 71°C (160°F) Tuy nhiên, tại Dhahran, Saudi Arabia vào ngày 8 tháng 7 năm 2003, điểm sương là 35°C (95°F) trong khi nhiệt độ là 42°C (108°F), dẫn đến chỉ số nhiệt là 78°C (172° F)

Đa số mọi người đều hiểu rằng khi nhiệt độ không khí tăng thì chỉ số nhiệt cũng tăng Nhưng tại sao lại liên quan tới độ ẩm Vì mồ hôi không thể thoát tốt khi độ ẩm cao

Do đó, các ảnh hưởng làm lạnh của mồ hôi giảm bớt khi độ ẩm tăng, và cơ thể của chúng không thể tự làm nguội một cách tự nhiên

Chỉ số nhiệt được dựa trên công trình của RG Steadman và xuất bản vào năm 1979 dưới tiêu đề "Sự đánh giá của Sultriness, Phần 1 và 2” Hình 1.2 dưới đây được sử dụng

để cung cấp cho bạn các giá trị Chỉ số nhiệt Các giá trị này chỉ dành cho các vị trí râm Khi tiếp xúc với trực tiếp dưới ánh nắng mặt trời có thể làm tăng giá trị chỉ số nhiệt lên đến 15°F (8 C) Ngoài ra, khi gió mạnh, đặc biệt là với không khí rất nóng, khô, có thể cực kỳ nguy hiểm vì gió làm tăng thêm sức nóng cho cơ thể

Hình 1.2: Thước đo giá trị chỉ số nhiệt HI

Làm thế nào để đọc biểu đồ? Thực hiện theo các dòng nhiệt độ cho đến khi nó cắt đường độ ẩm tương đối Sau đó đọc chỉ số nhiệt trên đường cong Ví dụ, nhiệt độ không khí là 100°F (38°C) và Độ ẩm tương đối là 40% Đi theo đường nhiệt độ 100°F (38°C) cho đến khi nó cắt đường ẩm tương đối 40% Sau đó, đường cong cũng cắt là chỉ số nhiệt của 110°F (43°C), hoặc rất nóng (Hình 1.2)

1.4 Tổng quan hiện tượng đảo nhiệt đô thị

1.4.1 Hiện tượng đảo nhiệt

Đảo nhiệt đô thị (tiếng Anh: Urban heat island) là một khu vực đô thị ấm hơn đáng

kể so với các khu vực ngoại ô xung quanh (hình 1.3) Sự chênh lệch nhiệt độ vào ban đêm thường lớn hơn thời gian ban ngày, và dễ cảm nhận được khi gió yếu Đảo nhiệt đô thị diễn ra rõ rệt tùy theo mùa, chủ yếu trong mùa hè và mùa đông

Hình 1.3: Hình ảnh mô tả hiện tượng đảo nhiệt đô thị

Mức độ che phủ thực vật thấp ở khu vực đô thị (hình 1.4) Trong khi đó, thực vật

và không gian mở là dạng cảnh quan nổi bật ở khu vực nông thôn Cây cối và các loài thực vật tạo bóng mát giúp giảm nhiệt độ bề mặt, chúng cũng giúp nhiệt độ không khí giảm xuống nhờ quá trình bốc hơi nước Bên cạnh đó, bề mặt của khu vực đô thị là những mặt không thấm, khô như mái nhà, đường phố, khu đỗ xe Tại các thành phố phát triển, thảm thực vật dần bị thay thế bởi các bề mặt vỉa hè, đường phố và những tòa nhà

Sự thay đổi bề mặt che phủ này là nguyên nhân dẫn đến các khu đô thị bị mất bóng mát

và độ ẩm Điều này làm giảm khả năng bốc hơi nước dẫn đến gia tăng nhiệt độ bề mặt

và không khí Hình dưới cho thấy sự khác biệt về khả năng bốc hơi nước và thấm nước giữa khu vực có mức độ che phủ thực vật cao và khu vực không có cây xanh tại đô thị

- Thành phần vật liệu bề mặt đô thị

Nhiệt độ bề mặt đô thị thì phụ thuộc một phần vào độ phản xạ ánh sáng mặt trời, phát thải nhiệt và nhiệt dung Ở các khu vực đô thị, bề mặt được cấu tạo từ các vật liệu khác nhau, điều này ảnh hưởng đến mức độ phản xạ cũng như hấp thụ hay phát xạ của năng lượng mặt trời

Hình 1.5: Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt

Ánh sáng mặt trời đến Trái đất có 5% tia cực tím, 43% ánh sáng nhìn thấy từ ánh sáng đỏ đến tím, 52% tia hồng ngoại Hình trên cho ta thấy sự tương quan của các sóng

và cường độ năng lượng Phần lớn năng lượng mặt trời nằm ở các bước sóng dài trong

vùng nhìn thấy, do đó sự phản xạ năng lượng (hay albedo, là phần trăm năng lượng bị phản xạ bởi mặt đất) có liên quan mật thiết tới màu sắc của bề mặt Bề mặt tối có xu hướng albedo thấp hơn bề mặt sáng.Vật liệu bề mặt khu vực đô thị chủ yếu là mái nhà, vỉa hè, đường phố nên albedo sẽ thấp hơn khu vực nông thôn xung quanh Điều này dẫn đến khả năng phản xạ nhiệt của bề mặt thấp đồng thời hấp phụ cao khiến cho gia tăng nhiệt độ bề mặt và không khí Một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt

đó là nhiệt dung của vật liệu tức là khả năng dự trữ nhiệt của vật liệu Rất nhiều vật liệu xây dựng như đá, thép có nhiệt dung cao hơn các vật liệu ở khu vực nông thôn như cát, sỏi Kết quả là các khu vực thành thị sẽ giữ năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt bởi cơ

sở hạ tầng của các khu vực này Những khu vực trung tâm, nhiệt bị hấp phụ vào bề mặt

có khả năng lớn hơn gấp đôi khu vực nông thôn lân cận

- Cấu trúc hình học của khu vực đô thị

Hình 1.6: Cấu trúc hình học đô thị và sự tiếp nhận năng lượng

Cấu trúc hình học của khu vực đô thị là yếu tố thể hiện kích thước, chiều, hướng

và khoảng không của các tòa nhà trong khu vực đô thị Cấu trúc hình học đô thị ảnh hưởng đến hướng gió, khả năng hấp thụ năng lượng, và có những bề mặt có khả năng phát thải ra bước sóng phản xạ dài quay trở lại không khí Ở các khu vực phát triển, những bề mặt và cấu trúc thường có những đối tượng ảnh hưởng đến việc thoát nhiệt

như các toà nhà cao Đặc biệt vào buổi tối, không khí phía trên của khu vực trung tâm thường cao hơn khu vực nông thôn Đối với yếu tố cấu trúc hình học của khu vực đô thị, các nhà nghiên cứu tập trung vào khía cạnh mái che đô thị (urban canopy) nghĩa là những khoảng cách hẹp giữa các tòa nhà cao tầng Ban ngày, các mái che đô thị có thể

có những ảnh hưởng trái ngược Một mặt, các tòa nhà cao tầng có thể tạo ra bóng mát, giảm nhiệt độ bề mặt và không khí Mặt khác, khi ánh nắng mặt trời chiếu đến khu vực này, năng lượng mặt trời sẽ bị phản xạ và hấp thụ vào tường của các nhà cao tầng, điều này làm giảm albedo của khu đô thị và có thể dẫn đến gia tăng nhiệt độ Vào ban đêm, nhìn chung những mái che đô thị này làm cản trở sự làm mát bởi vì những tòa nhà

và cấu trúc có thể ngăn cản nhiệt độ thoát ra khỏi cơ sở hạ tầng đô thị

- Nhiệt phát thải từ các hoạt động của con người

Nhiệt lượng này có nhiều nguồn phát thải nhưng chủ yếu từ sử dụng các thiết bị làm mát, làm nóng, phương tiện giao thông vận tải, quá trình công nghiệp Hiện tại trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh có gần 500.000 ô tô các loại, trên 6 triệu xe gắn máy các loại (chưa kể đến là các xe ô tô và xe gắn máy đăng ký ở các địa phương khác nhưng đang lưu thông trên địa bàn) và khoảng 1.300 xe buýt, trên 5.000 xe phương tiện giao thông cơ giới Lượng nhiên liệu (xăng, dầu) dùng cho giao thông mỗi ngày được đốt cháy và một phần nhiệt năng trực tiếp thải vào không khí với nhiệt độ của lượng khí thải tại đầu ống thải đều trên 100°C Đối với cơ sở hạ tầng và các hoạt động đô thị với việc

sử dụng nhiều năng lượng từ các toà nhà và phương tiện giao thông vận tải phát thải ra nhiệt Nhiệt thải từ hoạt động này không đáng kể vào mùa hè nhưng vào mùa đông nó đóng góp một phần lớn vào hiện tượng đảo nhiệt đô thị

- Các yếu tố khác

Thời tiết: Hai yếu tố đầu tiên của thời tiết ảnh hưởng đến đảo nhiệt đô thị là: gió

và mây Nhìn chung, đảo nhiệt đô th ịthường kéo dài trong khi lặng gió và không mây bởi vì những điều kiện này làm tối đa năng lượng mặt trời tới bề mặt và tối thiểu lượng nhiệt được đối lưu trở lại Ngược lại, gió mạnh và nhiều mây che phủ ngăn chặn hiện tượng đảo nhiệt

Địa lý khu vực: Khí hậu và địa hình là những yếu tố của địa lý khu vực của thành

phố ảnh hưởng đến đảo nhiệt đô thị Ví dụ, phần lớn địa hình là nước sẽ cân bằng nhiệt

độ và có thể tạo ra gió để đối lưu nhiệt độ Gần các dãy núi có thể ngăn cản gió đến thành phố hoặc tạo ra những loại gió mà có thể vượt qua một thành phố

1.4.3 Phân loại

Ở Việt Nam việc tính toán các chỉ số chất lượng môi trường chủ yếu là dùng phần mềm Excel Đảo nhiệt xảy ra cả trên bề mặt độ thị và khí quyển Hai loại đảo nhiệt đô thị này khác nhau ở cách hình thành, các phương pháp kĩ thuật được sử dụng để xác định và đo đạc, ảnh hưởng và phương pháp để giảm thiểu chúng

Bảng 1.3: Đặc điểm cơ bản của hiện tượng đảo nhiệt đô thị bề mặt và khí quyển

- Rõ rệt vào ban ngày và mùa hè

- Có thể không rõ ràng hoặc không xuất hiện vào ban ngày

- Rõ rệt nhất vào ban đêm hoặc trước khi mặt trời mọc và mùa đông

Biến động:

Ban ngày: 1 -3 ºC Ban đêm: 7-12 °C

PP mô tả Hình ảnh nhiệt - Biểu đồ đẳng nhiệt

- Biểu đồ đường nhiệt độ

- Đảo nhiệt đô thị bề mặt

Vào mùa hè, ánh mặt trời làm khô nóng bề mặt các đô thị như mái nhà, vỉa hè , làm nhiệt độ bề mặt tại các khu vực không thấm nước của đô thị có thể cao hơn khong khí khoảng từ 27-50oC, trong khi đó nhiệt độ bề mặt của các khu vực cây xanh, thảm

cỏ, bề mặt thấm ướt hay có bóng râm- thường ở khu vực ngoại ô xung quanh-xấp xỉ bằng nhiệt độ không khí Đảo nhiệt đô thị bề mặt thường xuất hiện đặc trưng vào cả ban ngày và đêm, nhưng hiện tượng này được nhing thấy rõ ràng nhất vào ban ngày khi có mặt trời chiếu sáng Đảo nhiệt đô thị bề mặt có thể xác định và đo đạc gián tiếp qua ảnh

vệ tinh bằng phương pháp viễn thám, ghi lại năng lượng được phản chiếu và phát thải

ra từ mặt đất bao gồm bề mặt mái nhà, vỉa hè, thảm thực vật, mặt đất và nước Tất cả các bề mặt tỏa ra năng lượng nhiệt được phát sinh từ bước sóng dài Các công cụ trên ảnh vệ tinh hay các loại viễn thám có thể xác định và đo dặc những bước sóng dài đưa

ra biểu thị của nhiệt độ Tuy nhiên, đo đạc bề mặt nhiệt độ bởi phương pháp viễn thám

có một vài giới hạn Thứ nhất là do không chụp được các bức xạ phát thải theo chiều dọc tường của các tòa nhà, bởi vì các thiết bị hầu hết chỉ quan sát được những phát thải theo chiều ngang của bề mặt như mặt đường, mái nhà hay ngọn cây Thứ hai, dữ liệu viễn thám đại diện cho bức xạ đã xuyên qua không khí hai lần, bước sóng dài từ mặt trời tới trái đất sau đó là từ trái đất đến khí quyển Như vậy, dữ liệu phải được hiệu chỉnh để ước tính chính xác tính chất bề mặt bao gồm cả phản xạ năng lượng mặt trời và nhiệt

độ

- Đảo nhiệt đô thị khí quyển

Đảo nhiệt đô thị khí quyển thường yếu vào cuối buổi sáng và suốt cả ngày và trở nên mạnh sau khi mặt trời lặn bởi sự tỏa nhiệt từ bề mặt cơ sở hạ tầng đô thị Nhiệt độ trung bình năm của một thành phố từ một triệu dân trở lên có thể ấm hơn khu vực xung quanh khoảng 1-3oC Tuy nhiên vào những ngày trời quang, lặng gió, sự chênh lệch nhiệt độ có thể lên đến 12oC Nhiệt độ khí quyển thường được đo ở độ cao cách mặt đất 1,5m đó là đểm tiêu chuẩn đo đạc thời tiết Tất cả các nguồn duec liệu đều có thể sử dụng cho việc nghiên cứu dảo nhiệt khí quyển bao gồm các trạm quang trắc thời tiết quốc giá, trạm thời tiết quân đội, mạng lưới các trạm quan trắc ở dô thị và các vùng miền hay dữ liệu đo đạc thực tế, các dữ liệu trên một số thiết bị máy móc trên ô tô hoặc máy bay Tương tự như những đo đạc bề mặt, đo đạc nhiệt độ không khí cũng có những hạn chế Mối liên hệ giữa nhiệt độ bề mặt và không khí giảm khi độ cao tăng Do đó, khả năng nhiệt độ không khí phản ánh tin cậy nhiệt độ bề mặt phụ thuộc vào độ cao của vị trí đo đạc Sử dụng phương pháp đo đạc không khí để đánh giá đảo nhiệt cũng bị ảnh hưởng bởi vài yếu tố:

+ Dữ liệu nhiệt độ cần phải có được từ các trạm quan trắc cả vùng đô thị và các khu vực lân cận gần đô thị

+ Các nghiên cứu phải cân nhắc sự thay đổi của thiết bị đo đạc, mẫu chọn, phương pháp ghi nhận dữ liệu và các trạm vi khí hậu

+ Việc so sánh giữa nhiệt độ đô thị và cá vùng lân cận trở nên ít có giá trị như các khu vực xung quanh sân bay bị đô thị hóa, bởi vì sân bay thường được coi như một nguồn khu vực lân cận đô thị

Hình 1.7: Các ảnh hưởng tiêu cực của đảo nhiệt đô thị

- Ảnh hưởng đến sức khỏe con người

Tăng nhiệt độ bề mặt ban ngày, giảm nhiệt độ làm mát ban đêm, và gia tăng mức

độ ô nhiễm không khí do hiện tượng đảo nhiệt đô thị có thể gây tác động đến sức khỏe con người như hô hấp khó khăn, sự khó chịu, tử vong liên quan đến nhiệt độ Đảo nhiệt

đô thị cũng có thể tăng cường ảnh hưởng của các sóng nhiệt trong trời gian nóng bất thường và thường ẩm Dân số nhạy cảm như trẻ em và người già thường gặp rủi ro về sức khỏe trong những thời điểm như vậy Năm 1995, vào giữa tháng 7 nhiệt độ quá cao

ở vùng Trung Tây nước Mỹ là nguyên nhân gây ra 1,000 cái chết Trung tâm Kiểm soát

bệnh tật đã thống kê từ năm 1979 tới 1999, nhiệt độ quá cao đã gây ra 8,000 cái chết ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ Các con số này vượt quá tỷ lệ tử vong gây ra do bão, sấm sét,

lũ lụt và động đất cộng lại

- Tăng ô nhiễm khí thải và phát thải khí nhà kính

Sự gia tăng nhiệt độ chính là nguyên nhân gia tăng nhu cầu sử dụng năng lượng điều đó dẫn đến gia tăng ô nhiễm khí thải và phát thải các khí nhà kính Hiện nay, năng lượng điện đa số được sản xuất từ nhiệt điện hoặc thủy điện Do đó, ô nhiễm từ các nhà máy sản xuất này bao gồm khí SO2, NOx, Hg, CO, bụi Những khí thải này ảnh hưởng đến sức khỏe con người và là tác nhân gây ra những vấn đề về chất lượng không khí như mưa axit

- Suy giảm chất lượng nước

Nhiệt độ bề mặt tăng cao là nguyên nhân gây suy giảm chất lượng nước mà nguyên nhân chính là do ô nhiễm nhiệt Nhiệt độ bề mặt đường, mái nhà đạt mức 27 –50ºC hơn nhiệt độ không khí Nhiệt độ nước bề mặt ở đô thị cao hơn khu vực nông thôn khoảng 11-17°C vào lúc giữa trưa mùa hè khi nhiệt độ bề mặt đô thị cao hơn nhiệt độ không khí khoảng 11-19°C Khi mưa xuống nhiệt độ bề mặt này sẽ làm gia tăng nhiệt độ mặt nước Nghiên cứu ở Arlington, Virginia, ghi nhận nhiệt độ bề mặt nước tăng 4ºC trong khoảng bốn mươi phút sau khi có những cơn mưa mùa hè Nhiệt độ nước ảnh hưởng đến tất cả các khía cạnh của môi trường nước, đặc biệt là sự trao đổi chất, sinh sản của rất nhiều sinh vật nước Sự thay đổi nhiệt độ nhanh chóng thay đổi hệ sinh thái nước gây ra sốc nhiệt cho các sinh vật trong nước

- Gia tăng tiêu thụ năng lượng

Gia tăng nhiệt độ đô thị đặc biệt vào mùa hè là nguyên nhân tăng nhu cầu năng lượng cho hệ thống làm mát và thêm áp lực cho mạng lưới điện trong những thời điểm nhu cầu sử dụng cao nhất, điều này nhìn chung xảy ra vào những ngày hè nóng khi các khu văn phòng, nhà ở sử dụng hệ thống làm mát, đèn chiếu sáng và các máy móc thiết

bị Nhu cầu sử dụng năng lượng tăng 1,5 đến 2% cho khoảng 0,6°C nhiệt độ gia tăng Như gia tăng khoảng 32-42% năng lượng cho hệ thống làm mát vào mùa hè tại Luân Đôn Tuy nhiên, đối với mùa đông có thể giúp giảm thiểu việc sử dụng năng lượng chỉ bằng khoảng 66-85% so với khu vực ngoài đảo nhiệt

1.5 Tình hình nghiên cứu

1.5.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Trên thế giới, đã có rất nhiều tác giả nghiên cứu về đảo nhiệt đô thị Nhưng do tính phức tạp của hiện tượng này, đến nay vẫn chưa có một phương pháp chung cho các nghiên cứu về đảo nhiệt đô thị

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị được Luke Howard mô tả lần đầu tiên khi ông phát hiện nhiệt độ không khí tại thành phố Luân Đôn cao hơn khu vực nông thôn 3.7oF vào ban đêm và 0.34oF vào ban ngày Sự chênh lệch nhiệt độ vào ban đêm thường lớn hơn

sự chênh lệnh nhiệt độ vào ban ngày và rõ nhất khi tốc độ gió yếu Hiện tượng này cũng sảy ra rõ rệt giữa mùa đông và mùa hè Nhiệt độ không khí trung bình của thành phố có

từ khoảng 1 triệu dân trở lên có thể cao hơn khu vực xung quanh từ 1-3ºC; vào những đêm lặng gió và quang mây sự chênh lệch nhiệt độ này có thể lên tới 12ºC Thậm chí, hiện tượng UHI cũng có thể xuất hiện ở các thành phố và các đô thị nhỏ, mặc dù không

rõ rệt Hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã diễn ra mạnh mẽ ở nhiều đô thị lớn trên thế giới như Tokyo, Thượng Hải, Lốt An-giơ-let, San Đi-ê-gô Nhiệt độ không khí ở các đô thị này tăng khoảng 0,2-0,8ºC trong một thập kỷ (Hình 1.8) Hình 1.9 cho thấy kết quả nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Tokyo, Nhật Bản Theo đó, từ cuối thập niên 80, nhiệt độ không khí trung bình tháng 9 tại thành phố này đã gia tăng và cao hơn các thành phố lân cận từ 1-3ºC

Hình 1.8: Tốc độ phát triển nhiệt đô thị ở một số thành phố lớn trên thế giới

Hình 1.9: Trung bình nhiệt độ tháng 9 trong suốt mười năm tại khu vực Kanto từ

Hình 1.10: Biểu đồ nhiệt độ trung bình thấp nhất hằng năm tại trạm Phoenix và

trạm tượng đài quốc gia Casa Grande tại bang Arizona, Hoa Kỳ

Phương pháp tính chỉ số nhiệt thay đổi theo các nghiên cứu môi trường, G Brooke Anderson và cộng sự trên Environ Health Perspect xuất bản năm 2013 đã nghiên cứu 21 thuật toán chỉ số nhiệt riêng biệt và đã tạo được phần mềm mã nguồn mở để tính chỉ số nhiệt bằng thuật toán của Dịch vụ thời tiết quốc gia Hoa Kì (U.S National Weather Service_NWS) NWS đã liên kết các giá trị chỉ số nhiệt khác nhau với các mối đe dọa sức khỏe môi trường, và sử dụng nó để cảnh báo khi nhiệt quá mức, ví dụ như chỉ số nhiệt 40,6° C/105 F cho thấy "nguy hiểm" của các rối loạn liên quan đến nhiệt (NOAA 2012) Ngoài ra, chỉ số nhiệt còn được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu sức khỏe môi trường, nghiên cứu phơi nhiễm không khí, nghiên cứu phơi nhiễm nhiệt độ ngoài trời, phát triển hệ thống cảnh báo nhiệt quy mô lớn, và được sử dụng cho nhiều nghiên cứu trên toàn thế giới ví dụ như nghiên cứu ở Hoa Kì (Zanobetti và Schwartz 2006) NWS cũng đã sử dụng thuật toán phức tạp của riêng mình cho dự báo và cảnh báo nhiệt và đã tạo ra một trang web tính toán chỉ số nhiệt bằng thuật toán này, tuy nhiên chỉ cho một giá trị chỉ số nhiệt tại một thời điểm

Giám sát nhiệt độ bề mặt đất có tầm quan trọng hàng đầu trong nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt Nhiệt độ bề mặt có mối liên hệ trực tiếp với bức xạ bề mặt và trao đổi năng lượng, bản chất khí hậu và hoạt động của con người Trước khi công nghệ viễn thám ra đời, hiện tượng đảo nhiệt được nghiên cứu bởi các quan sát trên mặt đất từ các trạm quan trắc hoặc các nhiệt kế gắn trên xe Với sự bùng nổ của công nghệ vệ tinh, các thiết bị quan sát Trái Đất từ không gian rất nhanh chóng được ứng dụng để nghiên cứu các quá trình xảy ra trên bể mặt Trái Đất Không những thế, các ảnh và dữ liệu thu thập

từ vệ tinh còn có thể giúp ta khảo sát những sự thay đổi trên bề mặt Trái Đất, trong đó

có khảo sát và dự báo về sự thay đổi của nhiệt độ Ảnh vệ tinh Landsat được sử dụng khá hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau: thành lập bản đồ chuyên đề, phân tích biến động, phân biệt các loại khoáng vật, phân biệt các loại khoáng vật, phân biệt hiện trạng thực phủ, và đặc biệt dữ liệu từ band 6 của Landsat 5 và band 10 của Landsat 8 là cơ

sở quan trọng để thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt đất, giúp cho việc giám sát hiệu quả hiệu ứng nhà kính, tác động của quá trình đô thị hóa đến việc gia tăng nhiệt độ cũng như diễn biến trạng thái nhiệt độ trong những khoảng thời gian khác nhau ở những khu vực khác nhau Vì vậy, với sự ra đời của vệ tinh và máy bay, viễn thám hồng ngoại nhiệt đã cung cấp những phát triển mới cho việc nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị

1.5.2 Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam

Cho đến nay, các nghiên cứu ở Việt Nam đa số dựa trên những dữ liệu quan trắc thời tiết tại các tram khí tượng riêng biệt, trung bình mỗi tỉnh thành chỉ có vài trạm quan trắc, từ đó nội suy qua vùng lân cận Số liệu đo từ nguồn này có lợi là độ phân giải thời gian cao và dữ liệu được ghi chép trong thời gian dài, nhưng độ phân giải không gian không chi tiết do số điểm đo ít và thưa thớt, không thể cung cấp khả năng dữ liệu chi tiết để có thể nhận dạng được các khu vực tăng cường nhiệt độ bề mặt 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, mặc dù độ phân giải thời gian thấp và ghi chép lịch sử ngắn hơn,

dữ liệu viễn thám có khả năng cung cấp các phương tiện để thu được quan sát đồng nhất thường xuyên về phản xạ và phát xạ của bức xạ từ mặt đất ở tỷ lệ từ vĩ mô đến vi mô với độ phân giải không gian từ thấp đến cao Ngoài ra, viễn thám nhiệt có khả năng thực hiện phân tích chi tiết sự thay đổi nhiệt độ bề mặt cho một vùng mà không bị hạn chế bởi số điểm đo như trạm khí tượng

Ở Việt Nam, trong những năm gần đâu đã có một số nghiên cứu ứng dụng viễn thám hồng ngoại nhiệt trong việc ước tính giá trị nhiệt độ cho khu vực độ thị Theo như nghiên cứu của Nguyễn Đức Thuận và Phạm Văn Vân đã “ Ứng dụng công nghê viễn thám và hệ thống thông tin địa lý nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt 12 quận nội thành, thành phố giai đoạn 2005-2015” Nhóm tác giả sử dụng đặc trưng thông tin các kênh phổ của dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat của khu vực 12 quận nội thành Hà Nội cho 3 giai đoạn năm 2005, 2010 và 2015, để từ đó đưa ra kết luận mối quan hệ tỉ lệ thuận giữa nền nhiệt độ thị và tốc độ đô thị hóa

Một số dấu hiệu hiện tượng đảo nhiệt được ghi nhận và bước đầu nghiên cứu tại 2 đô thị đặc biệt là TP HCM và Hà Nội:

- Hà Nội: Hà Nội là thành phố lớn nhất Việt Nam về diện tích và đứng thứ nhì về dân số Trên 9 quận nội thành của Hà Nội có 45 nghìn cây xanh, nhưng lại tập trung chủ yếu ở 4 quận cũ là Ba Đình, Hoàn Kiếm, Hai Bà Trưng và Đống Đa Theo cảnh báo của GS.TSKH Nguyễn Đức Ngữ (Trung tâm Khoa học Công nghệ khí tượng, thủy văn và môi trường), Hà Nội sẽ chịu "hiệu ứng đảo nhiệt", nhiệt độ khi đó sẽ cao hơn các vùng xung quanh, có thể đạt những kỷ lục mới cùng với sự kéo dài hơn của mùa nóng, sự gia

tăng các đợt và số ngày nắng nóng Hiện tượng nắng nóng được ghi nhận tháng 5 và 6 năm 2015 tại khu vực Hà Nội cũng như cả khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, cao nhất trong hơn 40 năm qua (từ năm 1971 trở lại đây)

- TP HCM: Dưới tác động của quá trình đô thị hóa tại TPHCM giai đoạn năm 1989 đến năm 2006 đã làm tăng cường các bề mặt không thấm, từ đó gây tác động đến nền nhiệt độ chung trên toàn thành phố theo xu hướng tăng nóng Kết quả ứng dụng viễn thám trích xuất nhiệt độ bề mặt đô thị đã xác định được độ lớn và không gian mở rộng của các “Đảo nhiệt đô thị bề mặt”, với độ chênh lệch nhiệt độ bề mặt giữa khu vực đô thị và nông thôn khoảng 11°C –12°C trên ảnh năm 2006 Độ lớn không gian của các đảo nhiệt đô thị bề mặt tăng từ 6 đến 26 lần, đặc biệt đảo nhiệt lớn nhất tập trung ở khu vực nội thành với diện tích gần 29.000ha Đảo nhiệt đô thị tác hại đến môi trường và sức khỏe con người rất lớn Vì vậy, cần thiết phải thực hiện hạ thấp nhiệt độ của đảo nhiệt để giúp thành phố thân thiện hơn với môi trường, bảo đảm sức khỏe con người, giảm nhu cầu năng lượng, giảm lãng phí nguồn nước theo mục tiêu phát triển bền vững Ngoài ra, theo Tạp chí khoa học trường ĐH Cần Thơ, tập 49, Trần Thị Vân và cộng sự đã nghiên cứu đến đặc trưng nhiệt độ bề mặt đất trích xuất từ ảnh vệ tinh Landsat tại 3 thời điểm thu nhận ảnh năm 1995, 2005 và 2015, từ đó xem xét diễn biến sự hình thành đảo nhiệt đô thị bề mặt cho khu vực Bắc thành phố Hồ Chí Minh, không tính huyện Nhà Bè và Cần Giờ Từ đó, đề xuất các giải pháp giảm thiểu tác động của đảo nhiệt đô thị nhằm bảo vệ môi trường đô thị và cuộc sống cư dân thành phố Hồ Chí Minh ngày càng tốt hơn

Vì vậy, việc ứng dụng dữ liệu vệ tinh để tính toán chỉ số nhiệt phục vụ đánh giá hiện tượng đảo nhiệt trên toàn diện tích khu vực thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn năm

2007 đến năm 2018 là một hướng đi mới, có ý nghĩa lớn đối với khu vực và tiết kiệm được chi phí đo đạc cũng như các chi phí phát sinh trong quá trình nghiên cứu

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Cơ sở khoa học

Công nghệ viễn thám, một trong những thành tựu khoa học vũ trụ đã đạt đến trình

độ cao và đã trở thành kỹ thuật phổ biến được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực kinh tế xã hội ở nhiều nước trên thế giới Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác, sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trư­ờng ngày càng gia tăng nhanh chóng không những trong phạm vi Quốc gia, mà cả phạm vi Quốc tế Những kết quả thu được từ công nghệ viễn thám giúp các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường Vì vậy viễn thám được sử dụng như là một công nghệ đi đầu rất có ưu thế hiện nay Hệ thống viễn thám thường bao gồm

7 phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau (Hình 2.1) Theo trình tự hoạt động của hệ thống, chúng ta có:

+ Nguồn năng lượng: Thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng lượng tới đối tượng + Những tia phát xạ và khí quyển: Vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên sẽ phải tương tác với vùng khí quyển nơi năng lượng đi qua Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí không gian nào đó vì năng lượng còn phải đi theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm

+ Sự tương tác với đối tượng: Sự tương tác này có thể là truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyển

+ Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản

xạ từ đối tượng, chúng ta cần có một bộ cảm từ xa để tập hợp lại và thu nhận sóng điện

từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đối tượng

+ Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận-xử lý nơi dữ liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh Ảnh này chính là dữ liệu thô

+ Giải đoán và phân tích ảnh: Ảnh thô sẽ được xử lý để có thể sử dụng được Để lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên ảnh tương ứng với đối tượng nào Công đoạn để có thể “nhận biết” này gọi là giải đoán ảnh

+ Ứng dụng: Đây là phần tử cuối cùng của quá trình viễn thám, được thực hiện khi ứng dụng thông tin mà chúng ta đã chiết được từ ảnh để hiểu rõ hơn về đối tượng mà chúng ta quan tâm, để khám phá những thông tin mới, kiểm nghiệm những thông tin đã

xạ ở bước sóng 0,5mm, nó tương đương với band dải màu xanh lá cây (green) của dải nhìn thấy, Cực đại của năng lượng bức xạ xuất hiện ở band nhiệt vùng hồng ngoại (IR) với bước sóng 0,7mm (Hình 2.2) Viễn thám ghi lại năng lượng ở vùng sóng cực ngắn, hồng ngoại nhìn thấy và cả phần bước sóng dài ở vùng cực tím - sóng điện từ mang thông tin

Hình 2.2: Quang phổ điện từ

• Đặc tính phản xạ phổ

Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như điều kiện ánh sáng, môi trường, khí quyển, bề mặt đối tượng cũng như bản thân đối tượng đó (độ ẩm, lớp nền, thực vật, chất mùn, cấu trúc bề mặt) Các đối tượng trên mặt đất chủ yếu là lớp phủ thực vật, nước, đất trồng (hay cát, đá, công trình xây dựng, mỗi loại này có phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại cái bước sóng khác nhau

- Đặc tính phản xạ phổ của thực vật

Hình 2.3: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào diệp lục

Phản xa ̣ ma ̣nh ở vùng sóng hồng ngoa ̣i gần(λ>720nm),hấp thu ̣ ma ̣nh ở vùng sóng đỏ(λ=680->720nm) được thể hiện ở hình 2.3 Ở vùng ánh sáng nhìn thấy,vùng hồng ngoại và câ ̣n hồng ngoa ̣i khả năng phản xa ̣ phổ khác nhau,phần lớn năng lượng bi ̣ hấp thụ bởi chất diê ̣p lu ̣c có trong lá cây,1 phần nhỏ thấu qua lá còn la ̣i bi ̣ phản xa ̣ Ở vùng

cận hồng ngoa ̣i,cấu trúc lá làm khả năng phản xa ̣ phổ tăng lên rõ rê ̣t Ở vùng hồng ngoại,nhân tó ảnh hưởng lớn tới khả năng phản xa ̣ phổ của lá là hàm lượng nước trong

lá.Khi đô ̣ ẩm trong lá cao,năng lượng hấp thu là cực đa ̣i (Hình 2.4)

Hình 2.4: Đặc tính phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào độ ẩm

- Đặc tính phản xạ phổ của đất

Hình 2.5: Đặc tính phản xạ phổ của đất dựa vào độ ẩm

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến phản xa ̣ phổ của đất là cấu trúc bề mă ̣t đất, đô ̣ ẩm

củ a đất, hợp chất hữu cơ, vô cơ Đất có phần trăm phản xạ tăng dần theo chiều dài bước sóng (Hình 2.5)

- Đặc tính phản xạ phổ của nước

Phụ thuô ̣c vào bước sóng của bức xa ̣ chiếu tới, thành phần vâ ̣t chất có trong nước, bề

mặt nước và tra ̣ng thái của nước

Hình 2.6: Đặc tính hấp thụ và phản xạ của nước

Phần lớn năng lượng bức xa ̣ mă ̣t trời chiếu tới đều bi ̣ nước hấp thu ̣ hết cho quá trình tăng nhiê ̣t đô ̣ (hình 2.6) Phần năng lượng phản xa ̣ trên bề mă ̣t kết hợp với phần năng lượng sinh ra sau quá trình tán xa ̣ với các ha ̣t vâ ̣t chất lơ lửng trong nước phản xa ̣

lại,ta ̣o thành năng lượng phản xa ̣ của nước.Vì vâ ̣y, năng lượng phản xa ̣ của các loa ̣i nước

là thấp và giảm dần theo chiều tăng của bước sóng.Bức xa ̣ mă ̣t trời hầu như bi ̣ nước hấp thụ hoàn toàn ở vùng hồng ngoa ̣i và câ ̣n hồng ngoa ̣i Nước biển, nước ngo ̣t và nước cất

có chung đă ̣c tính thấu quang tuy nhiên đô ̣ thấu quang của nước đu ̣c giảm rõ rê ̣t và bước

sóng càng dài thì đô ̣ thấu quang càng lớn

Hình 2.7: Đặc tính phản xạ phổ của nước đục và nước trong