NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ ĐÔ THỊ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM VÀ GIS, TRƯỜNG HỢP KHU VỰC TP HCM

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

o0o




TRẦN THỊ VÂN







NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ
ĐÔ THỊ DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA
QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA BẰNG
PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM VÀ GIS,
TRƯỜNG HỢP KHU VỰC TPHCM





CHUYÊN NGÀNH: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 62.85.15.01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT









Tp. Hồ Chí Minh – Năm 2011

Công trình được hoàn thành tại:
VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH








Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. HOÀNG THÁI LAN
2. PGS. TS. LÊ VĂN TRUNG

Phản biện độc lập:
1. TSKH. LƯƠNG CHÍNH KẾ
2. TS. PHẠM QUANG VINH










Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp nhà nước họp tại
Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
vào hôi giờ ngày tháng năm



Có thể tìm hiểu luận án tại :
- Thư viện Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
- Thư viện Khoa học tổng hợp Tp. Hồ Chí Minh



- 1 -

Đ
Đ
Ặ
Ặ
C
C


Đ
Đ
I
I
Ể
Ể
M
M


C
C
H
H
U
U
N
N
G
G

C
C
Ủ
Ủ
A
A


L
L
U
U
Ậ
Ậ
N
N


Á
Á
N
N

1. Tính cần thiết của luận án
Dân số thế giới hiện nay ngày càng tăng nhanh khiến bề mặt Trái Đất thay đổi
ở mức độ nhanh chóng. Một trong các bề mặt bị thay đổi nhiều nhất trên hành tinh là
những nơi mà con người tập hợp lại và xây dựng các thành phố cho họ. Đô thị hóa
(ĐTH) đã dẫn đến sự mở rộng không gian đô thị theo nhu cầu phát triển về nhà ở
cũng như các khu vực phục vụ cuộc sống. Đô thị phát triển dẫn theo sự xuất hiện
ngày càng nhiều các bề mặt không thấm (MKT), đồng thời làm thay đổi các đặc tính

nhiệt của đất, quỹ năng lượng ở bề mặt Trái Đất, thay đổi các tính chất tuần hoàn
của khí quyển xung quanh, tạo ra một lượng lớn nhiệt thải từ các hoạt động nhân
sinh và dẫn đến một loạt các thay đổi trong hệ thống môi trường đô thị. Các tác động
của ĐTH lên môi trường nhiệt là tạo ra hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (UHI). Hiệu ứng
này hầu hết bắt nguồn gần bề mặt Trái Đất và sẽ lan truyền lên trên vào trong khí
quyển. Vì vậy, nhiệt độ bề mặt (NĐBM) là tham số quan trọng trong việc đặc trưng
hóa sự trao đổi năng lượng giữa bề mặt đất và khí quyển. Đồng thời, NĐBM đất là
một biến quan trọng được sử dụng cho nhiều ứng dụng như khí hậu, thủy văn, nông
nghiệp, sinh địa hóa và các nghiên cứu biến động.
Cho đến nay, các nghiên cứu ở Việt Nam mới chỉ dựa vào những dữ liệu quan
trắc thời tiết tại các trạm khí tượng riêng biệt, trung bình mỗi tỉnh thành chỉ có từ 1
đến vài ba trạm, từ đó nội suy từ các vùng lân cận. Số liệu đo từ nguồn này có thuận
lợi là độ phân giải thời gian cao và dữ liệu được ghi chép trong thời gian dài, nhưng
độ phân giải không gian thì thô do số điểm đo ít và thưa thớt, không thể cung cấp
khả năng dữ liệu chi tiết để có thể nhận dạng các khu vực tăng cường nhiệt 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 các quan sát đồng nhất và 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
NĐBM cho một vùng mà không bị hạn chế bởi số điểm đo như trạm khí tượng.
Phương pháp năng lượng dựa trên viễn thám sẽ là lý tưởng khi kết hợp với số liệu
quan trắc thời tiết tại các trạm khí tượng để thiết lập mối liên kết giữa N
ĐBM và sự
thay đổi hiện trạng bề mặt đất. Bên cạnh đó sự hình thành đảo nhiệt trên các bề mặt
đô thị (SUHI) cũng sẽ được phát hiện và có khả năng định lượng tốt hơn.
Các ảnh viễn thám sử dụng trong khí tượng và khí hậu hầu hết có kênh nhiệt
với độ phân giải thấp khoảng 1km, được sử dụng cho các nghiên cứu ở mức vĩ mô:

mộ
t quốc gia hay toàn cầu. Các dòng ảnh viễn thám của vệ tinh tài nguyên có kênh
nhiệt với độ phân giải cao hơn sẽ cho khả năng quan sát giá trị nhiệt độ mặt đất theo
từng pixel chi tiết hơn, phù hợp quy mô vi khí hậu. Do đó, nghiên cứu khả năng
kênh nhiệt của các ảnh vệ tinh tài nguyên để giám sát nhiệt độ mặt đất sẽ thích hợp
cho các ứng dụng ở mức đô thị. Tuy nhiên, việc áp dụng chúng vào những hoàn
cảnh cụ thể rất cần thiết được nghiên cứu để tìm ra những cách tiếp cận hợp lý cũng


- 2 -
như đánh giá khả năng của chúng một cách đúng đắn. Vì vậy, việc nghiên cứu sự
thay đổi NĐBM đô thị dưới tác động của quá trình ĐTH bằng phương pháp viễn
thám với sự hỗ trợ của hệ thông tin địa lý (GIS) mang tính cấp thiết cao và đề tài đã
đặt ra cách tiếp cận áp dụng vào trường hợp cụ thể cho khu vực đô thị TPHCM.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu biến đổi nhiệt độ bề mặt đô thị trên cơ sở ứng dụng viễn thám và
GIS, qua đó phân tích và thiết lập mối tương quan giữa sự thay đổi nhiệt độ và quá
trình đô thị hóa cho khu vực TPHCM, góp phần phục vụ quy hoạch phát triển đô thị
bền vững.
3. Giới hạn phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: là NĐBM đối tượng trích xuất từ ảnh vệ tinh tài
nguyên có kênh nhiệt với độ phân giải trung bình từ 60m đến 120m. Vấn đề về đô
thị được đề cập đến nhằm làm rõ ảnh hưởng của quá trình ĐTH đến biến đổi nhiệt
độ thể hiện qua sự hình thành các “đảo nhiệt đô thị”.
- Không gian nghiên cứu: là thành phố Hồ Chí Minh và khu vực nội thành, nơi
đây có đặc điểm địa hình và cảnh quan phong phú, bên cạnh sự phát triển đô thị tăng
tốc trong vài thập niên gần đây khiến cho trường nhiệt độ tại đây rất đa dạng, có sự
khác biệt rõ rệt giữa khu vực nội thành và vùng ven.
- Thời gian nghiên cứu: chỉ giới hạn trong giai đoạn 1989-2006 do yêu cầu tính
đầy đủ của dữ liệu để minh chứng cho các giải pháp đề xuất. Ngoài ra, mối quan hệ

giữa biến động nhiệt độ và quá trình ĐTH chỉ được xem xét ở góc độ của các yếu tố
tác động về mặt tự nhiên có khả năng trích xuất trực tiếp từ tư liệu viễn thám.
4. Luận điểm bảo vệ
- Giá trị bức xạ từ ảnh vệ tinh được cảm nhận bởi bộ cảm biến nhiệt, bằng phương pháp
xử lý ảnh số viễn thám, cho phép xác định nhiệt độ bề mặt đối tượng trên mặt đất có
hiệu chỉnh độ phát xạ đối tượng với các thuật toán phù hợp nhằm chính xác hóa kết quả
tính toán.
-
Việc phân tích quan hệ giữa quá trình đô thị hóa và biến động nhiệt độ ở TPHCM trên
cơ sở các biến bề mặt được trích xuất trực tiếp từ ảnh vệ tinh, vừa bảo đảm tính khách
quan vừa cho phép đưa ra thông tin định lượng phục vụ quy hoạch và quản lý đô thị
theo mục tiêu phát triển bền vững
5. Tính mới của luận án
Luận án đã góp phần xây dựng cơ sở
khoa học trong ứng dụng công nghệ viễn thám
và GIS trong giám sát biến động nhiệt độ; tạo hướng tiếp cận mới vào điều kiện cụ thể của
đô thị Việt Nam. Kết quả đạt được cho phép thu nhận thông tin. xử lý, đánh giá một số
yếu tố khí tượng của khu vực từ ảnh vệ tinh được chi tiết hơn và toàn cảnh hơn, cụ thể:
- Đề xuất đối tượng vật lý “Mặt không thấm” để phân tích, đánh giá và làm rõ đặc
điểm địa mạo của môi trường đô thị ở TPHCM, làm cơ sở nhận dạng trong xử lý
ảnh số về đối tượng đô thị. Đây cũng là đặc tính liên quan đến các quá trình khí
hậu thủy văn, rất hữu ích trong nghiên cứu tác động đến môi trường
- Đề xuất quy trình xác định ĐPX bề mặt của đối tượng mặt đất và thành lập ảnh
phân bố ĐPX bề mặt chi tiết để hiệu chỉnh cho giá trị NĐBM từ ảnh vệ tinh theo
công nghệ xử lý ảnh số


- 3 -
- Luận án cũng đã thành công trong việc xây dựng quy trình xác định NĐBM đất
cho các loại dữ liệu viễn thám thụ động, không phụ thuộc vào số lượng kênh phổ

hồng ngoại nhiệt (do đặc điểm thiết kế của từng loại bộ cảm biến) và tăng cường
độ phân giải ảnh kết quả, thích hợp ứng dụng cho nghiên cứu ở mức độ đô thị.
- Hiệu ứng “Đảo nhiệt đô thị” ở TPHCM lần đầu tiên đã được nghiên cứu chi tiết,
định lượng, qua đó cũng đã xác định được phân bố không gian cũng như hình
thái mặt cắt đứng của đảo nhiệt đô thị ở TPHCM.
- Kết quả quan trọng và nổi bật nhất của luận án là đã xây dựng được mối tương
quan giữa các yếu tố bề mặt chỉ thị quá trình ĐTH và sự biến đổi nhiệt độ nhằm
để hiểu rõ hơn các nguyên nhân gây nên sự gia tăng nhiệt độ đô thị, góp phần hỗ
trợ cho công tác quản lý hiệu quả môi trường đô thị.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học:
- Hệ thống hóa cơ sở khoa học và phương pháp luận trong nghiên cứu phân bố
trường nhiệt độ và tác động của diễn biến phát triển đô thị đến sự thay đổi nhiệt
độ, góp phần minh chứng ưu thế của công tác nghiên cứu ứng dụng công nghệ vũ
trụ.
- Tạo cơ sở khoa học và phát triển công nghệ viễn thám kết hợp hệ thông tin địa lý
trong hỗ trợ các quan trắc khí tượng và môi trường.
- Làm rõ được mối quan hệ giữa quá trình phát triển đô thị và sự thay đổi nhiệt độ,
tạo nền tảng trong các nghiên cứu về biến đổi khí hậu.
Ý nghĩa thực tiễn:
- Kết quả nghiên cứu của luận án về phân bố không gian đô thị và NĐBM qua các
năm sẽ là một trong những cơ sở thực tiễn giúp cho quy hoạch phát triển đô thị
bền vững khi xem xét đến các đặc trưng của môi trường khí hậu, đặc biệt trong
bối cảnh biến đổi khí hậu làm cho môi trường ngày càng nóng bức như hiện nay.
- Kết quả phân tích về độ lớn và hình thái “đảo nhiệt đô thị” sẽ là định hướng cho
các chiến lược quy hoạch và quản lý để làm giảm hiện tượng trên, góp phần cải
thiện môi trường và cuộc sống con người ngày càng tốt hơn.
- Từ các kết quả nghiên cứu của lu
ận án, phương pháp thực hiện có tính khả thi cao
và có thể ứng dụng rộng rãi cho các khu vực đô thị tương tự trong điều kiện của

Việt Nam, đồng thời có thể mở rộng ứng dụng trong các lĩnh vực khác như nông
nghiệp, lâm nghiệp, môi trường khi có xem xét đến điều kiện lớp phủ bề mặt và
tình trạng nhiệt của đối tượng.

N
N
Ộ
Ộ
I
I


D
D
U
U
N
N
G
G


L
L
U
U
Ậ
Ậ
N
N

Á
Á
N
N



Chương 1:
T
T
Ồ
Ồ
N
N
G
G


Q
Q
U
U
A
A
N
N

N
N
G
G
H
H
I
I
Ê
Ê
N
N


C
C
Ứ
Ứ
U
U

1.1. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BẰNG ẢNH VỆ
TINH
NĐBM đất bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi ĐPX bề mặt và hiệu ứng của khí
quyển. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu tính tách 2 giá trị này, nhưng hầu hết


- 4 -
chúng đều ứng dụng cho các bộ cảm biến nhiệt có từ 2 kênh trở lên. Các phương
pháp ước tính NĐBM có mục đích là bù cho các hiệu ứng khí quyển và hiệu ứng

góc. Chúng đều yêu cầu biết trước thông tin phát xạ bề mặt và tính toán đồng thời
với hiệu ứng khí quyển. Điều này sẽ gặp khó khăn khi không có đầy đủ số đo về khí
quyển song hành vào thời kỳ quan trắc của vệ tinh, nhất là đối với các ảnh lịch sử.
Các phương pháp tính ĐPX bề mặt sử dụng dữ liệu viễn thám từ các kênh
hồng ngoại trung và hồng ngoại nhiệt, thậm chí cả kênh khả kiến và hồng ngoại gần.
Một số phương pháp giả thiết ban đầu ĐPX là hằng số (NEM, NOR) hoặc nhiệt độ
là hằng số (phương pháp tỷ số phổ), lúc đó biến không biết được tính và biến hằng
số đã được giả thiết sẽ được tính lại tiếp sau đó. Một số phương pháp bỏ qua khái
niệm phản xạ bề mặt hoặc yêu cầu biết trước thông tin bề mặt. TES kết hợp với
nhiều phương pháp nhưng không thể được ứng dụng nếu không đủ số kênh phổ
hồng ngoại nhiệt cần thiết (4-5 kênh) và chủ yếu chỉ dùng cho loại ảnh ASTER.
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây đã có một số nghiên cứu ứng dụng
viễn thám hồng ngoại nhiệt trong việc ước tính giá trị nhiệt độ cho khu vực đô thị,
nhưng hầu hết đều chỉ dừng ở mức tính toán nhiệt độ sáng trên vệ tinh mà chưa xem
xét đến yếu tố ĐPX để chuyển về NĐBM thực; hoặc tính đến NĐBM nhưng sử
dụng giá trị ĐPX là hằng số cho toàn bộ ảnh; hoặc sử dụng số liệu ĐPX kết quả và
các hệ số hiệu chỉnh có sẵn từ các tác giả nước ngoài. Điều này dễ dẫn đến kết quả
tính chưa chính xác so với thực tế. Hơn nữa, hầu hết các nghiên cứu này chưa xem
xét đến kiểm chứng kết quả tính với số đo quan trắc thực tế.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ĐÔ THỊ HÓA
Trên thế giới, nếu như vấn đề đô thị và đô thị hóa đã được nghiên cứu từ lâu
và hiện nay vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu, thì ở Việt Nam chỉ mới bắt đầu
không lâu ở những năm giữa thập niên 90. Đối với TPHCM, đã có 1 số tác giả
nghiên cứu về quá trình đô thị hóa cho các quận vùng ven của thành phố trên quan
điểm khoa học lịch sử của những năm 1975 đến năm 1996. Những năm sau này
cũng đã có những nghiên cứu về các vấn đề kinh tế-xã hội của các quận đô thị hóa
của TPHCM qua các đề tài nghiên cứu của các tác giả thuộc Viện Kinh tế. Tuy
nhiên, xem xét biến động về mặt không gian, đánh giá đô thị hóa vẫn chưa có nghiên
cứu cụ thể nào và vẫn còn nhiều bất cập.
Từ cuối những năm 1980 Sài Gòn – TPHCM mới thực sự bước vào quá trình

ĐTH. Xét về quan điểm ĐTH, TPHCM có thể được chia làm 3 khu vực chủ yếu:
Khu vực đô thị, Khu vực ĐTH, Khu vực ngoại thành. Việc xác định các quận huyện
thuộc khu vực nào trong 3 khu vực trên còn tùy thuộc vào từng thời kỳ phát triển đô
thị. TPHCM có nhiều đợt điều chỉnh đơn vị hành chính cấp cơ sở vào năm 1979,
1989, 1997 và 2004. Việc điều chỉnh các đơn vị hành chánh và thành lập mới các
quận theo từng thời kỳ là điều minh chứng cho tiến trình ĐTH đang diễn ra hàng
ngày với tốc độ cao tại TPHCM. Để xét mức độ ĐTH theo không gian, luận án đã
chọn mốc thời gian năm 1997 để thể hiện các hình ảnh, vì trước và sau thời gian này
việc hình thành các khu đô thị cũng như khu ĐTH khá rõ rệt (Bảng 1.1).


- 5 -
Bảng 1.1. Phân khu đô thị và ĐTH ở TPHCM
Phân khu Khu vực Không gian Tên quận
Trước 1997
1 Đô thị 8 quận nội thành 1, 3, 4, 5, 6, 10, 11, Phú Nhuận
2 Khu ĐTH 4 quận ven 8, Tân Bình, Gò Vấp, Bình Thạnh
Sau 1997
1+2 Đô thị
12 quận nội thành cũ và 1
quận tách từ Tân Bình cũ
1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 11, Phú Nhuận, Tân
Bình, Gò Vấp, Bình Thạnh, Tân Phú
3 Khu ĐTH
5 quận mới và 1 quận tách
từ huyện Bình Chánh
Quận 2, 7, 9, 12, Thủ Đức, Bình Tân

Chương 2:
C

C
Ơ
Ơ


S
S
Ở
Ở


P
P
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G


P
P
H
H
Á

Á
P
P


L
L
U
U
Ậ
Ậ
N
N


V
V
À
À


H
H
Ệ
Ệ


P
P
H

H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
G


P
P
H
H
Á
Á
P
P


N
N
G
G
H
H
I
I
Ê

Ê
N
N


C
C
Ứ
Ứ
U
U

2.1. CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN NGHIÊN CỨU ĐÔ THỊ
Mặt không thấm (MKT), là diện tích bề mặt cứng mà nó ngăn cản hoặc trì
hoãn nước thâm nhập vào trong đất, khiến cho nước chảy tràn bề mặt với lượng rất
lớn hoặc ở tỷ lệ dòng chảy tăng cao. Các MKT là các mặt xây dựng nhân tạo như
mái nhà, lối đi bộ, đường giao thông, bãi đỗ được phủ bởi các vật liệu không thấm
như nhựa đường, bê tông, đá và các vật liệu xây dựng. Quá trình ĐTH ở các thành
phố thường liên quan đến các MKT, bởi vì chúng liên quan đến quá trình bê tông
hóa bề mặt. Các MKT này làm thay đổi tính chất khí hậu đô thị và nguồn tài nguyên
nước của thành phố.
2.2. CƠ SỞ KHOA HỌC LIÊN QUAN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ
2.2.1. Nhiệt độ và ĐPX trong năng lượng bức xạ Trái Đất
Năng lượng mà một vật thể trên mặt đất bức xạ là hàm số của hai thông số:
nhiệt độ và ĐPX. Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến cường 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 lượng
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, trong phạm vi từ 0,7-0,95. Nếu

vật tự nhiên và vật đen có cùng NĐBM thì vật tự nhiên phát xạ kém hơn vật đen.
2.2.2. Đảo nhiệt đô thị
Đảo nhiệt đô thị (UHI) xảy ra khi vào cùng thời gian, nhiệt độ trong vòng
thành phố lớn hơn là nhiệt độ của các khu vực ngoại thành xung quanh, đây là các
dạng thay đổi khí hậu địa phương do tác động của con người. Có nhiều yếu tố đóng
góp vào việc hình thành UHI nhưng yếu tố đầu tiên là sự suy giảm lớp phủ thực vật
và thay thế bề mặt đất bằng các vật liệu không thấm khiến cho lượng nước đi vào
khí quyển ít hơn là từ bề mặt tự nhiên. Hiện nay nhiều ý kiến đã đồng ý rằng UHI
thể hiện hình dạng đáng kể nhất của thay đổi khí hậu gây nên bởi hoạt động nhân
sinh không chỉ ở cấp địa phương mà còn ở cấp vùng và toàn cầu. Việc thay đổi cảnh
quan do ĐTH làm thay đổi hướng tự nhiên của năng lượng vào các hệ thống khí
quyển, mặt đất và thủy văn.


- 6 -
2.3. CƠ SỞ VIỄN THÁM VÀ THÔNG TIN ĐỐI TƯỢNG
Viễn thám là khoa học nghiên cứu về các phương pháp thu thập, đo đạc và
phân tích thông tin của vật thể quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng.
Nguồn năng lượng chính thường sử dụng trong viễn thám là bức xạ Mặt Trời. Các
vật thể đều có khả năng phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các
cách thức khác nhau và tạo ra đặc trưng phổ. Phần sóng điện từ được phản xạ hoặc
bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin chủ yếu trong viễn thám.
2.3.1. Thông tin đối tượng từ dữ liệu viễn thám trong dải phổ phản xạ
Thông tin viễn thám trong dải phổ phản xạ có liên quan trực tiếp đến năng
lượng phản xạ từ các đối tượng nhờ sự phân dị bức xạ của các đối tượng khác nhau
trên ảnh vệ tinh. Các thông tin này phản ảnh 3 nhóm đối tượng đất, nước và thực vật
ở các trạng thái khác nhau tùy thuộc vào thời điểm bay chụp. Mỗi loại đối tượng có
hành vi phản xạ khác nhau với sóng điện từ tại các bước sóng khác nhau.
2.3.2. Bức xạ bề mặt đối tượng từ viễn thám hồng ngoại nhiệt
Vùng bước sóng điện từ 3-35μm là vùng hồng ngoại trong viễn thám mặt đất.

Trong vùng này, bức xạ phát ra bởi Trái Đất do tình trạng nhiệt của chúng lớn hơn
nhiều so với bức xạ phản xạ bởi Mặt Trời. Viễn thám của các hiệu ứng nhiệt độ trực
tiếp được thực hiện bằng cách cảm nhận bức xạ phát ra từ vật thể trong vùng hồng
ngoại nhiệt của quang phổ. Phần lớn năng lượng bề mặt đất được các bộ cảm biến
nhiệt thu nhận trong dải bước sóng 10,5-12,5µm, vì vậy hầu hết chúng đều được
thiết kế để thu nhận phát xạ từ bề mặt đất trong dải này, và được dùng để ước tính
NĐBM đất và các quá trình nhiệt khác.
Bức xạ hồng ngoại nhiệt được phát ra từ bề mặt tương quan với nhiệt độ động
năng và ĐPX bề mặt. Tuy nhiên, có hai vấn đề chính cần phải giải quyết để đạt được
nhiệt độ và ĐPX bề mặt từ dữ liệu hồng ngoại nhiệt. Thứ nhất, bức xạ đo được ở bộ
cảm biến bị ảnh hưởng bởi khí quyển từ quá trình hấp thụ và phát xạ lại do các khí,
chủ yếu là hơi nước trong vùng hồng ngoại của phổ điện từ. Vì vậy, để đạt được
NĐBM, cần phải hiệu chỉnh khí quyển qua việc sử dụng mô hình truyền bức xạ. Thứ
hai, bản chất không xác định được của các số đo nhiệt độ và ĐPX. Nếu bức xạ nhiệt
được đo trong N kênh, thì sẽ có N+1 tham số không biết gồm N lớp ĐPX (đố
i với N
kênh) và 1 lớp NĐBM. Vì vậy, ước tính ĐPX và nhiệt độ trong dữ liệu hồng ngoại
nhiệt đa phổ cần các giả thiết bổ sung để giải biến không xác định. Các giả thiết này
thường liên quan đến các đo đạc ĐPX trong phòng thí nghiệm hoặc trên thực tế.
2.3.3. Các hiệu ứng đối với thông tin viễn thám
Hiệu ứng khí quyển và hiệu ứng nhiệt ngày đêm
2.3.4. Đ
ánh giá biến động từ ảnh vệ tinh
Đánh giá biến động có thể thực hiện từ nguồn tư liệu bản đồ sẵn có lưu trữ
nhiều năm. Tuy nhiên, điều này sẽ gặp khó khăn vì: (1) bản đồ này ở dạng giấy, có
thể bị co giãn, mất nét…; (2) nếu như có sẵn bản đồ số thì sẽ gặp phải vấn đề tỷ lệ,
hệ quy chiếu và hệ thống chú giải của từng thời kỳ phát triển. Do đó sẽ khó khăn
đồng nhất dữ liệu bản đồ sẵn có này theo hệ thống và theo cùng mức độ chi tiết.
Trong khi đó, viễn thám cung cấp nguồn tư liệu ảnh dồi dào, có kho lưu trữ
ảnh lịch sử và hệ thống chú giải có thể được xây dựng thống nhất vào thời điểm thực

- 7 -
hiện nghiên cứu. Việc chồng ghép ảnh sẽ dễ dàng thực hiện khi đưa về cùng độ phân
giải và nắn chỉnh hình học đưa về cùng một hệ quy chiếu.
Các phương pháp đánh giá biến động thường dựa vào sự khác biệt phổ hoặc
sử dụng phân tích sau phân loại. Theo đánh giá của nhiều tác giả so sánh sau phân
loại sẽ giúp cực tiểu hóa các hiệu ứng của khí quyển và các thay đổi do bộ cảm biến
giữa các thời kỳ khác nhau. Phương pháp này cũng là bước quan trọng trong việc cải
thiện chất lượng phân loại.
2.4. HỆ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
. Phương pháp viễn thám
. Phương pháp GIS
. Phương pháp thống kê
Các bước nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu minh họa trên Hình 2.8

Hình 2.8. Các bước nghiên cứu và phương pháp thực hiện
2.4.1. Viễn thám đa phổ nhận dạng đối tượng đô thị theo đặc tính vật lý của
MKT đại diện đối tượng đô thị
2.4.2. Viễn thám đa phổ xác định độ phát xạ
Các pixel đại diện bề mặt đất thường là các pixel hỗn hợp chứa cả thực vật và
đất tùy thuộc vào độ phân giải của ảnh vệ tinh. ĐPX hiệu quả của một pixel có thể
được ước tính bằng cách cộng lại các phần đóng góp của ĐPX thực vật và ĐPX đất
chứa trong đó. Van de Green và Owe (1993) đã thực hiện thí nghiệm đo đạc trực
tiếp ĐPX và phản xạ phổ trong dải khả kiến và cận hồng ngoại để tính NDVI và tìm
ra được mối quan hệ thực nghiệm giữa ĐPX và NDVI như sau:
ε = 1,0094 + 0,047*ln(NDVI) (2.8)
Quan hệ này chỉ thực thi đối với các khu vực có đặc tính đồng nhất. Valor và
Caselles (1996) đã đưa ra một mô hình tương tự cũng dựa trên NDVI nhưng có thể
C
C
á
á
c
c


b
b
ư
ư
ớ
ớ

c
c


n
n
g
g
h
h
i
i
ê
ê
n
n


c
c
ứ
ứ
u
u




C
C

á
á
c
c


p
p
h
h
ư
ư
ơ
ơ
n
n
g
g


p
p
h
h
á
á
p
p

n
n
g
g
h
h
i
i
ê
ê
n
n


c
c
ứ
ứ
u
u
Viễn thám
Thống kê
GIS
Phân tích
không gian
Chiết xuất
thông tin
Phân tích xu
thế và hồi quy
Lớp phủ mặt

đất về MKT
Biến động
MKT
ĐPX và nhiệt
độ bề mặt
Biến động
nhiệt độ bề
mặt và phát
hi
ệ
n SUHI
Tương quan
giữa nhiệt độ
bề mặt và các
b
iến ĐTH


- 8 -
ứng dụng cho các khu vực không đồng nhất với nhiều kiểu đất, thực vật và thực phủ
thay đổi. Theo mô hình này, ĐPX hiệu quả của bề mặt không đồng nhất được định
nghĩa là tổng ĐPX của các thành phần đơn giản của nó:
ε = ε
v
P
v
+ ε
s
(1 – P
v

) (2.13)
Trong đó, ε
v
và ε
s
là ĐPX của thực vật và đất tinh khiết, nghĩa là trong vòng một
pixel đại diện chỉ là thực vật hoặc chỉ là đất, không có sự pha trộn. P
v
là tỷ lệ hay
hợp phần hiện diện của thực vật trong pixel, giá trị trong khoảng từ 0 (đối với đất
trống) đến 1 (đối với đất phủ đầy thực vật). Do đó P
v
có thể được tính theo NDVI
tương quan với các ngưỡng giá trị NDVIs của đất trống hoặc NDVI
v
của đất phủ đầy
thực vật. Theo công thức sau [Carlson and Ripley (1997)]
2
sv
s
v
NDVINDVI
NDVINDVI
P
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

⎝
⎛
−
−
=
(2.15)
2.4.3. Viễn thám nhiệt khôi phục giá trị nhiệt độ bề mặt
Bức xạ phát ra từ vật đen tuyệt đối liên quan đến nhiệt độ định luật Planck:

)1e(
hc2
B
Tk
hc
5
2
−λ
π
=
λ
λ
(2.18)
Trong đó, B
λ
: bức xạ của vật đen tuyệt đối (Wm
-2
μm
-1
); h: hằng số Planck (6,62x10
-

34
Js); c: vận tốc ánh sáng (ms
-1
); k: hằng số Boltzman (1,38x10
-23
JK
-1
);λ: bước sóng
trung tâm (μm); T: nhiệt độ bức xạ (
o
K)
Trong viễn thám, nhiệt độ bức xạ T được ghi nhận trên các ảnh còn được gọi
là nhiệt độ sáng, do đó T
B
= T. Chuyển đổi công thức Planck sẽ được giá trị T
B
:

()()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+λ
⎟
⎠

⎞
⎜
⎝
⎛
λ
=
λ
−
1B/hc2ln
1
k
hc
T
52
B
(2.19)
Đặt thay thế:
5
2
1
hc2
K
λ
π
=
;
λ
=
k
hc

K
2
(2.20)
Lúc đó, công thức tính T
B
được viết lại như sau:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
=
λ
1
B
K
ln
K
T
1
2
B
(2.21)
NĐBM T
S
được xác định suy ra từ định luật Stefan-Bolzman với T

S
= T
K
và T
B
=
T
R
:
BS
T
1
T
4
1
ε
=
(2.22)
2.4.4. Dữ liệu nghiên cứu
Ảnh việ tinh: Dữ liệu sử dụng cho luận án gồm ảnh Landsat và Aster với độ
phân giải kênh nhiệt từ 60m đến 120m, gồm 4 ảnh chính: Landsat TM ngày 16-01-
1989 và 25-01-1998, Landsat ETM+ ngày 13-02-2002, Aster ngày 25-12-2006 dùng
phân tích cho toàn thành phố, đồng thời, để xem xét sự biến động ở khu vực nội
thành 19 quận nghiên cứu sinh đã sử dụng thêm 6 năm ảnh vệ tinh 1993, 1994,
1999, 2001, 2003 và 2004. Để cực tiểu hóa ảnh hưởng của sự khác biệt mùa, các ảnh
đều được chọn vào mùa khô.
Nguồn dữ liệu khác: Các dữ liệu khác dưới dạng GIS và số đo quan trắc gồm:
Bản đồ nền địa hình, Bản đồ chuyên đề, Thông tin thực địa, Số đo quan trắc nhiệt độ

- 9 -
(2 loại: (1) Số đo nhiệt độ không khí trung bình nhiều năm 1989-2006 tại trạm khí
tượng Tân Sơn Hoà, (2) Số đo quan trắc thực nghiệm NĐBM của một số đối tượng
đặc trưng được thiết lập vào ngày 25-12-2006 nhằm có số đo đối chiếu với kết quả
tính nhiệt độ từ phương pháp viễn thám.

Chương 3: KẾT QUẢ
B
B
I
I
Ế
Ế
N
N


Đ
Đ
Ộ
Ộ
N
N
G
G


Đ
Đ
Ô

Ô


T
T
H
H
Ị
Ị


V
V
À
À


N
N
H
H
I
I
Ệ
Ệ
T
T


Đ

Đ
Ộ
Ộ


B
B
Ề
Ề


M
M
Ặ
Ặ
T
T


T
T
P
P
H
H
C
C
M
M

G
G
I
I
A
A
I
I


Đ
Đ
O
O
Ạ
Ạ
N
N


1
1
9
9
8
8
9
9
-

-
2
2
0
0
0
0
6
6

3.1. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN BỐ KHÔNG GIAN ĐÔ THỊ TPHCM
Bản đồ phân bố không gian đô thị được thể hiện ở dạng nhị phân, nghĩa là chỉ
có đối tượng MKT và đối tượng không phải MKT hay gọi là đất khác. Để chiết xuất
đối tượng MKT, phương pháp xử lý ảnh viễn thám đa phổ sẽ được thực hiện kết hợp
với các thông tin GIS bổ trợ khác.
3.1.1 Tiền xử lý ảnh
Hiệu chỉnh bức xạ: Địa hình TPHCM tương đối bằng phẳng, độ cao chênh
lệch không đáng kể so với các khu vực cao nguyên khác. Vì vậy việc hiệu chỉnh bức
xạ được thực hiện để chuyển đổi từ giá trị số nguyên DN trên ảnh viễn thám sang
giá trị thực với đơn vị của bức xạ có ý nghĩa đo lường là W.m
-2
.ster
-1
.μm
-1
. Việc hiệu
chỉnh này thực hiện trên tất cả các kênh ảnh của 3 loại bộ cảm biến LANDSAT TM,
ETM+ và ASTER
Nắn chỉnh hình học: Ảnh ASTER năm 2006 được nắn bằng các điểm khống
chế chọn trên bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000. Phương pháp nội suy người láng giềng

gần nhất được lựa chọn với khoảng tái chia mẫu là 15m dùng cho tất cả 14 kênh phổ
của ảnh ASTER với sai số nắn RMSE <0,5 pixel. Các ảnh LANDSAT còn lại được
nắn theo ảnh năm 2006 để đảm bảo sai số nắn chỉnh giữa hai ảnh là nhỏ nhất và để
có cùng độ phân giải là 15m để đánh giá biến động. Sai số nắn chỉnh hình học ảnh
năm 1989, 1998 và 2002 so với ảnh năm 2006 là nhỏ hơn 1 pixel.
3.1.2. Phân loại có kiểm định
Luận án đã sử dụng phương pháp phân loại xác xuất cực đại (MLC). Các kiểu
thực phủ chính ở TPHCM gồm: MKT, đất trống, thực vật và nước. Trên các ảnh dữ
liệu của luận án, giá trị phổ phản xạ của khu đô thị nội thành cũ (thường có mật độ
cây xanh cao) rất gần với của khu đất ngập nước của huyện Nhà Bè và Cần Giờ.
Trong khi đó giá trị phổ phản xạ của khu đô thị có ít hoặc không có cây xanh lại rất
gần giống với của khu đất trống trên các ảnh mùa khô tháng 1 và tháng 2. Vì vậy khi
phân loại thường bị nhầm lẫn giữa các đối tượng này.
Khảo sát trên biểu đồ phân bố từ các ảnh tỷ số NIR/green và MIR/green
(tương với kênh 4/kênh 2 và kênh 5/kênh 2 của ảnh Landsat hoặc kênh 3/kênh 1 và
kênh 4/kênh 1 của ảnh Aster) thì 4 đối tượng MKT, đất trống, nước và thực vật tách
biệt hoàn toàn, đặc biệt là giữa đất trống và MKT. Nghiên cứu sinh đã dùng mẫu
huấn luyện được tách chọn trên biểu đồ phân tán điểm cấu tạo bởi hai ảnh tỷ số này
sử dụng cho phân loại về sau. Số lượng kênh phổ được dùng trong phân loại bao
gồm tất cả các kênh phản xạ nằm trong dải từ kênh khả kiến đến hồng ngoại, đối với
Landsat TM và ETM+ có 6 kênh đa phổ, Aster có 9 kênh.


- 10 -
3.1.3. Kết hợp và chiết xuất thông tin
Bản đồ phân bố không gian đô thị được thành lập dựa trên việc tích hợp kết
quả phân loại có kiểm định và phân ngưỡng bản đồ NDVI. Kết quả phân loại sẽ
được chiết xuất và ghi nhận thành 2 kiểu: MKT và đất khác (không có MKT). Qua
khảo sát cho thấy, phân loại có kiểm định cho kết quả MKT tách khỏi nước và đất
ẩm khá tốt tuy có nhầm lẫn chút ít với đất trống, trong khi đó kết quả phân loại từ

phân ngưỡng bản đồ NDVI với NDVI < 0 lại cho thấy MKT tách biệt khỏi đất trống
nhưng đất ẩm ướt và đất ngập nước thường lẫn trong kiểu MKT. Phép toán logic
AND sẽ được thực hiện nhằm để loại trừ các pixel nhầm lẫn này và tách biệt kiểu
MKT cuối cùng. Trong quá trình xử lý, các dữ liệu GIS về ranh giới hành chính,
thủy hệ và đường giao thông sẽ được chuyển đổi vào hệ thống xử lý ảnh nhằm để
làm mặt nạ và phân tích thống kê. Các bản đồ sử dụng đất nhiều năm được chồng
xếp lên kết quả xử lý ảnh viễn thám như là tài liệu tham khảo để so sánh và đánh giá
độ chính xác. Sơ đồ chiết xuất thông tin MKT để thành lập bản đồ phân bố không
gian đô thị được trình bày theo hình 3.1. Các bản đồ kết quả phân bố không gian đô
thị được thể hiện trên Hình 3.3.
3.1.4. Đánh giá độ chính xác
Đánh giá độ chính xác theo ma trận sai số được áp dụng. Kết quả cho biết
phương pháp chiết xuất MKT khá tốt, độ chính xác toàn cục và hệ số Kappa của 4
năm đều đạt trên 96%. Sai số bỏ sót và thực hiện đều dưới 6%.

Hình 3.1. Sơ đồ chiết xuất MKT lập bản đồ phân bố không gian đô thị
Ảnh vệ tinh (Landsat
TM, ETM+, Aster)
Hiệu chỉnh bức xạ
Nắn chỉnh hình học
DN Æ phản xạ Æ
p
hản x
ạ
bề m
ặ
t
Kiến thức
chu
y
ên
g
ia
Phân loại có
kiểm định
Ảnh 3 = Ảnh 1*Ảnh 2
Tính NDVI
Mẫu huấn

luyện
Bản đồ phân bố
không gian đô thị
Tính tỷ số kênh
Tách MKT tạo
Ảnh 1
Tách MKT
tạo Ảnh 2
Dữ liệu GIS
+th
ực
đ
ịa
Đồng nhất dữ liệu
Chuyển vào hệ xử lý
ảnh
Dữ liệu dạng raster


- 11 -
3.2. BIẾN ĐỘNG ĐÔ THỊ TPHCM TRONG QUÁ TRÌNH ĐTH
Phương pháp phân tích sau phân loại được áp dụng cùng với phương pháp kết
hợp nguồn dữ liệu bổ trợ GIS và thực địa để đánh giá biến động. Các dữ liệu GIS về
hệ thống đường giao thông, ranh giới hành chánh, phân khu đô thị sẽ được dùng để
kiểm tra kết quả và đánh giá.


(a) 16-01-1989

(b) 25-01-1998

(c) 13-02-2002

(d) 25-12-2006
Hình 3.3. Bản đồ phân bố không gian đô thị TPHCM qua các năm tại thời điểm chụp ảnh từ xử lý ảnh vệ
tinh Landsat và Aster
3.2.1. Biến động đô thị về diện tích
Kết quả xử lý ảnh vệ tinh bằng phương
pháp viễn thám cho thấy trong vòng gần 18 năm
từ tháng 1-1989 đến tháng 12-2006 theo thời
gian ảnh vệ tinh, diện tích đất đô thị tăng lên 6,5
lần. Hình 3.3 cho biết, TPHCM phát triển mạnh
theo hướng lan tỏa từ khu vực trung tâm và tập
trung mở rộng ở khu vực phía Bắc thành phố,
đặc biệt là dọc theo các trục lộ chính ở khu vực
ngoại thành. Diện tích đất đô thị tính đến năm
2006 chiếm tỷ lệ 22,47% gần bằng 1/4 diện tích
toàn thành phố (Bảng 3.3).
Tăng trưởng diện tích không gian đô thị theo thời gian có độ dốc dương như
trên Hình 4.5 với các đoạn tăng trưởng khác nhau theo chu kỳ của ảnh vệ tinh quan
sát. Trong đó giai đoạn 2002-2006 có độ dốc cao nhất, chứng tỏ giai đoạn này có sự
1989
1998
2002
2006
0
10000
20000
30000
40000

50000
1985 1990 1995 2000 2005 2010
Năm
Diện tích (ha)

Hình 3.5. Biểu đồ tăng trưởng diện tích
không gian đô thị giai đoạn 1989-2006


- 12 -
bùng nổ đô thị hóa đáng kể về mặt tăng trưởng diện tích đất xây dựng chỉ trong vòng
chưa đầy 5 năm. Ở giai đoạn này, diện tích MKT tăng ước lượng trung bình mỗi
năm gấp 1,6 lần so với 4 năm của giai đoạn 1998-2002 và gần gấp 2,8 lần so với 9
năm của giai đoạn 1989-1998.
Xét về biến động không gian, nếu tính theo các khu vực đô thị và đô thị hóa
của phân chia hành chánh các quận nội thành cũ, nội thành mới và các huyện thì kết
quả xử lý ảnh viễn thám cho thấy, trong quá trình đô thị hóa giai đoạn 1989-2006,
đồng thời phát triển khu đô thị cũ: khu vực số 1 trường hợp trước năm 1997 và khu
vực số 1+2 trường hợp sau năm 1997, ở các khu vực ngoại thành xung quanh đã và
đang mọc lên các khu đô thị mới và xu hướng đang lấp kín dần theo thời gian. Theo
tính toán thống kê cho từng quận huyện từ phân tích ảnh, đến năm 2006 hầu hết các
quận huyện đều có diện tích xây dựng MKT tăng. Ở 8 quận nội thành trung tâm ở
khu vực 1, diện tích xây dựng phủ kín hết quỹ đất trừ phần đất sông suối và đất cây
xanh.
Bảng 3.3. Diện tích đất đô thị tại TPHCM qua các năm theo kết quả phân tích ảnh viễn
thám (nguồn: tác giả)
Năm Diện tích (ha) Tỷ lệ (%) so toàn TP
25-12-2006 47.083,84 22,47
13-02-2002 28.576,49 13,64
25-01-1998 19.282,01 9,20

16-01-1989 7.354,22 3,51
3.2.2. Biến động về dân số
Việc tăng trưởng dân số thành thị ở TPHCM có nhiều tác nhân: do tăng tự
nhiên, do nhập cư và do biến đổi đơn vị hành chính từ huyện sang quận. Dân số
thành thị đã tăng từ 83% lên hơn 85% trong cơ cấu chung của dân cư thành phố từ
năm 2001 đến 2006. Cùng với quá trình ĐTH TP.HCM là quá trình phân bố lại dân
cư với những dòng dịch chuyển dân cư từ 13 quận nội thành ra các quận mới và các
huyện nông thôn với số dân tăng nhanh ở các quận nội thành mới (5 quận) và các
quận mới phát triển (6 quận), riêng ở các huyện dân cư tăng không nhiều. Ngoài sự
tăng trưởng dân cư tại chỗ, đã cho thấy nổi lên hiện tượng dân nhập cư. Tính từ năm
2001-2006 tỷ lệ tăng cơ học là 2,2% bình quân năm, vượt hơn tỷ lệ tăng tự nhiên
tương ứng là 1,2%.
3.3. THÀNH LẬP BẢN ĐỒ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ
TPHCM
Bộ cảm biến Landsat TM và ETM+ chỉ có 1 kênh nhiệt với độ phân giải tương
ứng là 120m và 60m. Bộ cảm biến Aster có 5 kênh nhiệt với độ phân giải 90m.
Chọn lựa phương pháp xác định nhiệt độ và ĐPX bề mặt sao cho phù hợp đồng thời
với các dữ liệu vệ tinh này (chỉ chứa 1 kênh nhiệt hoặc nhiều hơn) là yêu cầu của
nghiên cứu nhằm đơn giản hóa việc tính toán và có thể áp dụng cho tất cả các loại
dữ liệu vệ tinh cho mọi khu vực khác nhau. Từ đó, nghiên cứu sinh đã phát triển quy
trình thực hiện tính toán nhiệt độ và ĐPX bề mặt được minh họa trong hình 3.8.
Tác giả thử nghiệm trên khu vực TPHCM với nhiều vùng mẫu chỉ thuần là
thực vật và chỉ thuần là đất trống có kích thước lớn hơn rất nhiều giá trị 1 pixel để


- 13 -
xác định NDVI của đất và thực vật (NDVI
s
và NDVI
v

), từ đó xác định ĐPX của đất
và thực vật từ công thức thực nghiệm của Van de Griend, cũng như phần trăm lớp
phủ thực vật P
v
, cung cấp đầu vào cho phương pháp của Valor và Caselles để xác
định ĐPX cho từng pixel của cả khu vực nghiên cứu.
Kênh nhiệt của ảnh Landsat nằm trong dải bước sóng 10-12μm. Bước sóng
của 5 kênh nhiệt ảnh Aster nằm trong dải 8-11,6μm. Nnhiều nghiên cứu cho thấy,
nhiệt độ cực đại thường xảy ra trong dải bước sóng 10 - 12μm. Vì vậy, tương tự ảnh
Landsat, đối với ảnh ASTER nghiên cứu sinh tính nhiệt độ từ hai kênh 13 và 14, giá
trị cực đại từ 2 kênh sẽ là NĐBM kết quả. Nhiệt độ sáng T
B
kết hợp giá trị ĐPX
được dùng để tính NĐBM T
S
theo công thức 2.22.

Hình 3.8. Sơ đồ quy trình thực hiện tính toán NĐBM
Đánh giá độ chính xác
Kết quả trích xuất NĐBM được so sánh với các số liệu sau:
1. số đo NĐBM đối tượng tại 10 điểm quan trắc thực nghiệm
2. số liệu tính nhiệt độ sáng không tính đến ĐPX bề mặt
3. số liệu tính từ phương pháp Chuẩn hóa phát xạ NOR, lấy ĐPX là hằng số
4. phương pháp của Artis và Carnahan (1982) lấy ĐPX từ phương pháp của luận án
Ảnh vệ tinh
Hiệu chỉnh hình học
Hiệu chỉnh bức xạ, tính
chu
y
ển từ DN san
g
B
λ
Kênh khả kiến và hồng ngoại

Kênh hồng ngoại nhiệt
Chuyển bức xạ trên vệ tinh về phản xạ
trên
v
ệ
tinh
Chuyển về phản xạ bề mặt qua phép
Hi
ệ
u chỉnh khí
q
u
y
ển DOS
Chuyển về bức xạ bề mặt qua
phép Hiệu chỉnh khí quyển ISAC

Tính NDVI
Hợp phần thực vật (P
V
)
Xác định NDVI
V
, NDVI
S

ĐPX của thực vật ε
v
và đất trống ε
S

ĐPX ε của từng pixel ảnh
Nhiệt độ bề mặt T
S
Tính nhiệt độ sáng T
B


- 14 -
5. số liệu trích xuất từ sản phẩm NĐBM AST08 đã được tính trước theo phương
pháp TES đặc biệt chuyên dùng cho ảnh Aster.
Sai số đánh giá độ chính xác của các phương pháp được tính từ độ lệch trung
bình (bias) giữa các giá trị ước tính từ mỗi phương pháp với giá trị đo đạc thực tế và
sai số E(%) theo công thức sau:
()
∑
=
−=
N
1i
đo
Si
tính
Si
TT
N
1
bias
(5.1);
100*

T
TT
(%)E
đo
Si
đo
Si
tính
Si
−
=
(5.2)
Số liệu NĐBM từ sản phẩm AST08 cho kết quả tốt nhất với độ lệch khoảng
1
o
C và sai số chỉ khoảng 2,24%. Kế tiếp là kết quả từ phương pháp của luận án có
tính đến hiệu chỉnh ĐPX theo phương pháp NDVI phối hợp, độ lệch khoảng 2
o
C và
sai số khoảng 5,42%. 3 phương pháp còn lại đều cho kết sai số khá lớn, đặc biệt
trường hợp không tính đến ĐPX bề mặt. Mặc dù TES cho sai số nhỏ nhất trong các
phương pháp mô tả, nhưng kết quả này được định lượng trên trường nhìn FOV
tương đương một vùng với kích thước 90x90m dành cho ảnh Aster. Trong khi đó,
phương pháp NDVI sử dụng đặc tính của các kênh phản xạ có độ phân giải (15-
30m) cao hơn so với kênh nhiệt (60-90m). Ảnh ĐPX lúc này có độ phân giải là 15m.
Vì vậy, ảnh NĐBM cuối cùng cũng có cùng độ phân giải như ảnh ĐPX. Điều này
giải quyết được một phần của vấn đề hỗn hợp đối tượng trong một pixel. Đồng thời,
phương pháp TES có quy trình tính toán phức tạp, yêu cầu số liệu phải được hiệu
chỉnh khí quyển tốt. Điều này sẽ khó thực hiện đối với các trường hợp ảnh quá khứ
không có sẵn số đo về các yếu tố khí quyển song hành. Cuối cùng, giải thuật TES

được thiết kế chỉ chuyên dùng cho loại ảnh Aster có 5 kênh nhiệt. Qua kết quả này,
phương pháp tính nhiệt độ theo phương pháp có hiệu chỉnh ĐPX từ NDVI phối hợp
của luận án là giải pháp tối ưu trong điều kiện thực tế của Việt Nam.
Bản đồ phân bố NĐBM đô thị TPHCM
Phân bố ĐPX
ĐPX có liên quan đến tình trạng lớp phủ mặt đất và tỷ lệ thuận với sinh khối
thực vật. Hình 3.11 thể hiện dải màu từ trắng đến đen với phần màu trắng là giá trị
ĐPX lớn tăng dần và phần màu xám đen có giá trị ĐPX giảm dần. Ảnh ĐPX 2006
(Hình 3.11d) cho thấy, khu vực có thực vật ε >0,92, vùng phủ đầy thực vật ε >0,95,
là những vùng đất nông nghiệp có mật độ cây xanh cao hoặc những khu công viên
cây xanh. Những khu vực đất trống, đô thị, khu xây dựng ε ≈ 0,90-0,91. Mặt nước
sông hồ có ε ≈ 0,91 đối với nước ít hàm lượng thực vật lơ lửng, ngược lại mặt nước
có hàm lượng thực vật lơ lửng cao ε đạt đến 0,92.

(a) 16-01-1989

(b) 25-01-1998

(c) 13-02-2002

(d) 25-12-2006
Hình 3.11. Ảnh phân bố ĐPX bề mặt


- 15 -
Bản đồ phân bố NĐBM
Phân bố NĐBM trên 4 ảnh (Hình 3.12) tập trung nền nhiệt độ cao ở các quận
nội thành và quận huyện phía Bắc. Phần rừng ngập mặn phía Nam ở huyện Cần Giờ
và các khu vực cây xanh đất nông nghiệp còn lại có nền nhiệt độ thấp hơn. Nhiệt độ
cao hơn 40

o
C là các khu công nghiệp tập trung hoặc các khu vực có hoạt động sản
xuất, tìm thấy ở khu chế xuất Tân Thuận, KCN Linh Trung, KCN Tân Bình, KCN
Cát Lái, sân bay Tân Sơn Nhất thể hiện rõ trên ảnh năm 2002 và 2006. Bên cạnh
đó, một số khu vực đô thị vẫn rải rác có giá trị NĐBM đạt >40
o
C, mặc dù rất ít và
phần lớn ở quận Tân Bình và Gò Vấp.

(a) 16-01-1989

(b) 25-01-1998

(c) 13-02-2002

(d) 25-12-2006
Hình 3.12. Bản đồ phân bố NĐBM đô thị TPHCM trên 4 năm ảnh vệ tinh
Nhiệt độ từ 35
o
C đến 40
o
C tập trung chủ yếu ở các khu đô thị, khu vực dân cư
thiếu cây xanh hoặc với mật độ cây xanh thưa thớt hay các khu vực đất trống khô.
Khoảng giá trị 30
o
C-35
o
C tập trung ở các khu vực cây xanh, đất nông nghiệp. Thấp
hơn 30
o

C là khu vực rừng ngập mặn và mặt nước. Riêng mặt nước thể hiện giá trị
nhiệt độ gần như là hằng số ở những khu vực chất lượng nước tốt, các khu vực với
chất lượng nước thay đổi thì NĐBM cũng thay đổi tùy thuộc vào lượng thực vật
hoặc chất thải rắn lơ lửng trên mặt nước. Trên 4 năm ảnh cũng cho giá trị nhiệt độ
mặt nước thấp nhất khác nhau: năm 1989 khoảng 20
o
C, 1998 ≈ 22
o
C, 2002 ≈ 23
o
C
và 2006 ≈ 27
o
C.
Mặc dù 4 năm ảnh đều được chọn vào mùa khô của khu vực TPHCM (từ
tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau), tuy nhiên do tháng khác nhau, vì vậy sự
phân bố NĐBM cũng có sự khác nhau ở các khu vực đất nông nghiệp đồng bằng tùy


- 16 -
theo thời vụ và ẩm độ của đất: đang có cây trồng – đất phủ thực vật hoặc đã thu
hoạch – đất trống. Cụ thể trên ảnh tháng cuối tháng 1 năm 1998 và giữa tháng 2 năm
2002 so với ảnh cuối tháng 12 năm 2006. Cuối tháng 12 là thời gian vào vụ Đông
Xuân sau mùa mưa lũ, do đó các vùng thấp gần sông như huyện Bình Chánh trở
thành vùng đất ẩm phủ đầy thực vật và có nền nhiệt độ thấp hơn. Cuối tháng 1 sang
tháng 2 là các tháng bắt đầu nắng nóng nhiều và vào cuối vụ Đông Xuân, các khu
vực đất nông nghiệp của huyện này lại trở thành vùng đất trống, do đó có nền nhiệt
độ cao thể hiện trên các ảnh năm 1998 và 2002. Trong khi đó, ở bất kỳ tháng nào
của năm thì khu vực nội thành vẫn luôn luôn thể hiện nền nhiệt độ cao hơn xung
quanh. Đồng thời, khi so sánh các ảnh phân bố MKT và NĐBM, nền nhiệt độ cao

này đều tập trung ở các khu vực có phủ các MKT dày đặc.
3.4. BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT TRÍCH XUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
VIỄN THÁM
Không thích hợp để giả thiết rằng tập các số đo trích xuất từ vệ tinh đại diện
cho môi trường trung bình của tất cả các kiểu thời tiết. Tuy nhiên, ở mức độ tương
đối trên một khu vực tổng thể, ta có thể xem xét số đo viễn thám trong cùng một
mùa, trung bình trên toàn khu vực. Trong luận án này, phân tích xu hướng biến động
được dùng để xem xét xu hướng thay đổi của các chuỗi số liệu về nhiệt độ theo thời
gian. Dãy các số liệu là trung bình cho toàn ảnh TPHCM hoặc trung bình theo
quận/huyện.
Dữ liệu viễn thám được sử dụng cho luận án gồm 4 năm ảnh chính là năm
1989, 1998, 2002 và 2006 được dùng phân tích cho toàn thành phố, bên cạnh đó, để
xem xét sự biến động ở khu vực nội thành 19 quận nghiên cứu sinh đã sử dụng thêm
6 năm ảnh vệ tinh 1993, 1994, 1999, 2001, 2003 và 2004. Để cực tiểu hóa ảnh
hưởng của sự khác biệt mùa, các ảnh đều được chọn vào mùa khô.
3.4.1. Xu hướng NĐBM trung bình của TPHCM
y = 0.2507x + 30.411
R
2
= 0.9036
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35

36
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
Năm
Nhiệt độ bề mặt trung bình (oC
)

Hình 3.13. Xu hướng NĐBM trung bình quận
khu vực 19 quận đô thị theo ảnh vệ tinh tại 10
thời điểm từ 1989 đến 2006
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
Q1
Q3
Q4
Q5
Q6

Q10
Q11
Phu Nhuan
Q7
Go Vap
Tan Bin h
Tan Phu
Binh Thanh
Q2
Q7
Q9
Q12
Thu Duc
Binh Tan
Cu Chi
Hoc Mon
Binh Chanh
Nha B e
Can Gio
Độ chênh Ts trung bình (oC)

Hình 3.14. Độ chênh nhiệt độ bề mặt trung bình
của từng quận/huyện trong TPHCM tính trên
ảnh vệ tinh tại 2 thời điểm 1989 và 2006
Khảo sát 4 năm ảnh vệ tinh toàn TPHCM, cho thấy NĐBM trung bình toàn
thành phố có xu hướng tăng dần theo thời gian từ 29,37
o
C vào năm 1989 tăng lên
33,34
o

C vào cuối năm 2006. Độ dao động của giá trị cực đại thể hiện trên 4 năm ảnh
khá rộng tương ứng là 39,83
o
C và 49,45
o
C. Riêng khu vực 19 quận nội thành, giá trị
NĐBM trung bình so với toàn thành phố tương ứng đều cao hơn trung bình khoảng
từ 0,9
o
C-2,4
o
C. Biến động nhiệt độ cho từng quận/huyện trong toàn TPHCM phản
ánh, hầu hết các quận/huyện đều có NĐBM trung bình tăng qua các năm, đặc biệt
các quận/huyện ở các khu vực đô thị hóa cũ và mới đều có độ chênh lệch nhiệt độ


- 17 -
của giai đoạn 1989-2006 cao hơn các khu vực nội thành cũ và ngoại thành (Hình
3.14)
3.4.2. Biến động NĐBM trên các kiểu lớp phủ đất khác nhau
Các kiểu lớp phủ đất khác nhau sẽ có khả năng phát xạ khác nhau thể hiện qua
sự khác biệt về giá trị ĐPX. Khảo sát và phân tích 100 mẫu trên các kiểu lớp phủ đất
khác nhau trích từ ảnh vệ tinh và ảnh NĐBM của 4 năm chính cho thấy (Hình 3.15),
nhiệt độ cao nhất tập trung ở các khu công nghiệp với giá trị trung bình >40
o
C, cực
đại có thể đạt đến 45
o
C, là nơi thường xuyên có các hoạt động sản xuất thải ra nhiệt
cùng với nhiệt hấp thu từ bức xạ Mặt Trời khiến cho chúng thường có nhiệt độ cao

hơn ở những nơi khác. Các khu dân cư có NĐBM trung bình >35
o
C, đặc biệt là các
khu vực ĐTH thuộc các quận Gò Vấp, Tân Bình, quận 12. Các khu vực này cùng
với sự tăng trưởng đô thị, NĐBM cũng tăng theo do có sự thay thế của lớp phủ thực
vật tự nhiên bằng các bề mặt không thấm, không có khả năng thấm thấu vào trong
đất như bê tông, nhựa đường, kim loại. Các bề mặt này làm tăng khả năng chảy tràn
của nước cũng như chuyển hóa năng lượng Mặt Trời hấp thụ thành nhiệt hiện mà
không có quá trình chuyển sang nhiệt ẩn. Xu hướng giảm dần của NĐBM quan sát
trên các kiểu đất nông nghiệp, đất rừng và mặt nước trong khoảng 22
o
C-30
o
C, nhờ
vào lớp phủ thực vật dày đặc có thể làm giảm lượng nhiệt lưu giữ trong đất và các
cấu trúc bề mặt qua quá trình bốc thoát hơi nước thành nhiệt ẩn. Biến động theo thời
gian giai đoạn 1989-2006, với cùng một kiểu thực vật, NĐBM của chúng đều có độ
dốc dương, có nghĩa là cùng với xu hướng tăng nhiệt độ chung (Hình 3.16).
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42

44
46
48
Khu công
nghi
ệ
p
Khu v
ự
c đô
th
ị
hóa
N
ộ
i thành Đô th
ị
nông
thôn
Đ
ấ
t nông
nghi
ệ
p
R
ừ
ng M
ặ
t n

ướ
c
Nhiệt độ bề mặt trung bình (oC)
1989 1998 2002 2006

Hình 3.15. NĐBM trung bình của các kiểu bề
mặt đất trên ảnh vệ tinh tại 4 thời điểm
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
46
48
1989 1998 2002 2006
Năm
Nhi ệt độ bề mặt trung bình (oC)
Khu công nghiệp Khu vực đô thị hóa Nội thành
Đất nông nghiệp Rừng Mặt nước
Suburban

Hình 3.16. Xu hướng NĐBM trung bình các

kiểu bề mặt đất trên ảnh vệ tinh tại 4 thời điểm
3.4.4. Biến động đảo nhiệt đô thị bề mặt
Theo cấu trúc không gian, SUHI có sự thay đổi và mở rộng rõ rệt từ kiểu chấm
hoặc vùng nhỏ phân tán năm 1989 đến kiểu chuỗi hoặc vùng tập trung lớn dần từ
năm 1998, 2002 đến năm 2006, đặc biệt là khu vực nội thành nếu loại bỏ các vùng
nhiệt độ cao ở các khu đất trống thuộc huyện Bình Chánh - phía Tây Nam và thuộc
huyện Củ Chi - phía Bắc trên các ảnh năm 1998 và 2002. Để xác định độ lớn của
SUHI trên TPHCM, ngưỡng nhiệt độ >35
o
C được phân ra như trên hình 5.6, từ đó
cho thấy, SUHI toàn thành phố mở rộng từ 2.052ha năm 1989 đến 38.438ha

năm
2006, tăng lên gần 19 lần, trong đó, một SUHI cực lớn hình thành ở nội thành từ một
diện tích rất nhỏ khoảng 1.199ha vào năm 1989 thì đến năm 2006 đã mở rộng đến
28.724ha, tăng 24 lần. SUHI thứ hai thuộc khu vực quận Thủ Đức, vào năm 1989
chỉ có vài đốm nhỏ không đáng kể thì đến năm 2006 đã mở rộng đến 4.733ha. Còn
lại 2 SUHI nhỏ khác thuộc trung tâm huyện Củ Chi và huyện Cần Giờ (Hình 3.18).


- 18 -
Xét trong phạm vi 19 quận, quan hệ giữa diện tích các khu vực với ngưỡng
NĐBM >35
o
C so sánh với diện tích của các MKT cho thấy, giữa 2 yếu tố này có
mối quan hệ dương khá chặt chẽ. Rõ ràng, hiệu ứng đảo nhiệt đô thị là sản phẩm của
ĐTH: diện tích MKT của đô thị mở rộng đến đâu thì gần như diện tích của SUHI
mở rộng đến đó.

Hình 3.18. Vị trí các SUHI điển hình trên khu vực TPHCM

a
b c
d e f

g h
Hình 3.20. Mặt cắt NĐBM trên các bề mặt khác nhau đi qua các quận/huyện trên ảnh vệ tinh năm 2006
5.2.4. Hình thái các dạng đảo nhiệt đô thị bề mặt ở TPHCM
Hình thái đảo nhiệt ở mỗi thành phố sẽ khác nhau tùy vào địa hình, địa vật và
hoạt động của gió theo mỗi mùa. Thí nghiệm khảo sát hình thái của các dạng SUHI
ở TPHCM trên ảnh NĐBM trích xuất từ ảnh vệ tinh năm 2006, thực hiện qua 8 mặt
cắt ngang trên các kiểu bề mặt đất khác nhau đi qua khu vực nông thôn và đô thị của
các quận/huyện. Hình 3.20 minh họa các mặt cắt theo tuyến: Bình Chánh - Q9,
Bình Chánh - Thủ Đức, Nhà Bè - Quận 12, Cần Giờ - Củ Chi, Nhà Bè - Củ Chi,
Bình Chánh - Củ Chi, Quận 12 - Bình Chánh, Quận 9 - Bình Chánh. Tất cả đều cho
thấy một hình ảnh chung là có sự khác biệt rõ rệt nhiệt độ giữa khu vực nội thành và
1
2
3
4
1
3
4
2


- 19 -
khu vực nông thôn. Chênh lệch này có giá trị trung bình khoảng 10
o
C - 15

o
C, ở đó
các đường đều cho thấy NĐBM cao thường đi qua khu đô thị dân cư tập trung vắng
bóng cây xanh, các khu đô thị có giá trị nhiệt độ thấp hơn nhờ có mật độ cây xanh
tương đối cao xen lẫn trong khu dân cư. Đặc biệt ở các quận 1 và quận 3, dù là các
quận nội thành cũ tập trung các khu dân cư và khu thương mại dày đặc, nhưng nhờ
có mật độ cây xanh cao xen lẫn nên NĐBM thấp hơn nhiều so với các quận khác.
Các đường biểu diễn này cho thấy nền nhiệt độ thấp nhất khi đi qua các vùng có mặt
nước, sau đó là vùng cây xanh có phần diện tích trải rộng.
3.5. BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ TỪ SỐ ĐO TRẠM KHÍ TƯỢNG
MẶT ĐẤT
3.5.1 Biến thiên nhiệt độ không khí trung bình năm
Số liệu nhiệt độ không khí trung bình năm ở TPHCM từ năm 1989 đến 2006 ở
trạm Tân Sơn Hòa (Hình 3.22) cho thấy trong giai đoạn này nhiệt độ trung bình có năm
cao, có năm thấp, chứ không phải là nhiệt độ năm sau luôn cao hơn năm trước, nhưng
xu hướng chung nhiệt độ
ở thành phố đang ngày càng tăng lên. Giai đoạn trước năm
1997, nhiệt độ không khí trung bình năm dao động trong khoảng 27,5
o
C, giai đoạn sau
đó cho đến 2006 nhiệt độ trung bình dao động 28,1
o
C, chênh lệch tăng của 2 thời kỳ
này là 0,6
o
C. Đường xu thế y = 0,0487x + 27,343 cho thấy nhiệt độ không khí đang
tăng dần lên mỗi năm khoảng 0,05
o
C, trong vòng 18 năm (1989-2006) nhiệt độ không
khí TPHCM đã tăng lên trung bình khoảng 0,83

o
C.
So sánh nhiệt độ không khí trung bình năm giữa trạm Tân Sơn Hòa và các trạm
lân cận (Biên Hòa, Sở Sao, Vùng tàu, Xuân Lộc, Tây Ninh, Mộc Hóa, Tân An, Mỹ
Tho) trong thời kỳ 1989-2006, cho thấy nhiệt độ tại trạm Tân Sơn Hòa (nằm trong khu
vực dân cư đô thị TPHCM) luôn luôn cao hơn các trạm khác với độ lệch từ 0,4
o
C đến
1,9
o
C, độ lệch cao nhất là giữa trạm Tân Sơn Hòa và trạm Xuân Lộc thuộc tỉnh Đồng
Nai đạt đến 1,9
o
C (Hình 3.33).
1997
y = 0.0487x + 27.343
27.0
27.2
27.4
27.6
27.8
28.0
28.2
28.4
28.6
1989
1990
1991
1992
1993

1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Năm
Nhiệt độ không khí trung bình (oC)

Hình 3.22. Xu hướng nhiệt độ không khí trung
bình năm ở TPHCM giai đoạn 1989-2006 trạm
khí tượng Tân Sơn Hòa
25.0
25.5
26.0
26.5
27.0
27.5
28.0
28.5
29.0
1989
1990

1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Năm
Nhiệt độ không khí trung bình (oC)
Tan Son Hoa So Sao Xuan Loc Moc Hoa Tay Ninh Vung Tau

Hình 3.33. Nhiệt độ không khí trung bình năm
các trạm giai đoạn 1989-2006
3.5.2. Biến thiên nhiệt độ không khí trong chu
kỳ ngày đêm
Nhiệt độ không khí ngày đêm vào ngày 25-
12-2006 theo các số đo cách nhau 1 giờ cho thấy,
đường biểu diễn nhiệt độ tại trạm Tân Sơn Hòa
nằm trong khu dân cư đô thị cao hơn các trạm lân
cận thuộc các tỉnh vùng nông thôn như trạm Mộc
Hóa (tỉnh Long An), trạm Tây Ninh (tỉnh Tây

Ninh), trạm Mỹ Tho (tỉnh Tiền Giang) (Hình 3.34).
17
19
21
23
25
27
29
31
33
35
123456789101112131415161718192021222324
Giờ
Nhiệt độ không khí (oC)
Moc Ho a Tan Son Hoa Tay Ninh My Th o Bien Hoa

Hình 3.34. Nhiệt độ không khí ngày
đêm các trạm ngày 25-12-2006


- 20 -
3.5.3. Đảo nhiệt đô thị trung bình năm
Biến thiên nhiệt độ không khí trung bình năm tại 2 trạm nằm trong 2 vùng đại
diện khác nhau là khu dân cư – trạm Tân Sơn Hòa và vùng ngoại ô – trạm Sở Sao
cho biết các đường xu hướng biểu diễn sự thay đổi nhiệt độ theo một chiều hướng
nhất định của chuỗi số liệu. Trên hình 3.26, đường xu hướng nhiệt độ không khí
trung bình năm của trạm Tân Sơn Hòa y = 0,0487x + 27,343 có độ dốc khoảng
0,49
o
C trên mỗi 10 năm. Trong khi đó, đường xu thế của trạm Sở Sao y = 0,0068x +

26,633 có độ dốc khá nhỏ, trong mỗi 10 năm sự biến thiên chỉ trong vòng khoảng
0,06
o
C, gần như không thay đổi. Chính sự chênh lệch nhiệt độ giữa 2 vùng đại diện
này cho biết đã hình thành nên UHI giữa nội thành TPHCM và các vùng nông thôn
xung quanh. Độ chênh của UHI trung bình năm giữa khu đô thị và nông thôn
TPHCM qua số đo 2 trạm này trong giai đoạn 1989-2006 có giá trị lớn nhất là 1,5
o
C
vào năm 2003 và nhỏ nhất là 0,6
o
C vào năm 1989, trung bình là 1,1
o
C, riêng năm
2006 độ lệch trung bình là 1,3
o
C.
5.3.4. Đảo nhiệt đô thị trung bình tháng
UHI trung bình tháng khu vực TPHCM giai đoạn 1989-2006 có độ chênh cao
nhất vào các tháng mùa khô từ tháng 11 năm trước đến đầu tháng 4 năm sau, dao
động trong khoảng 1,2 – 1,8
o
C, đặc biệt cao nhất vào tháng 1 với giá trị đạt 1,8
o
C.
Các tháng mùa mưa dao động độ chênh UHI chỉ từ 0,7 – 0,9
o
C (Hình 3.27). Điều
này cho thấy vào các tháng mùa khô, sự đốt nóng của Mặt Trời lên các vật liệu xây
dựng bên trong khu đô thị cùng với các hoạt động nhân sinh đã làm tăng cao nền

nhiệt độ của khu đô thị so với khu vực nông thôn.
y = 0.0068x + 26.633
y = 0.0487x + 27.343
25.0
25.5
26.0
26.5
27.0
27.5
28.0
28.5
29.0
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006

Năm
Nhiệt độ không khí trung bình (oC)
Tan Son Hoa So Sao

Hình 3.26. Chênh lệch nhiệt độ không khí trung
bình năm của 2 trạm đại diện khu đô thị và nông
thôn giai đoạn 1989-2006
24.0
24.5
25.0
25.5
26.0
26.5
27.0
27.5
28.0
28.5
29.0
29.5
30.0
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
Tháng
Nhiệt độ không khí trung bình (oC)
Tan Son Hoa So Sao

Hình 3.27. Chênh lệch nhiệt độ không khí trung
bình tháng của 2 trạm Tân Sơn Hòa và Sở Sao
giai đoạn 1989-2006

Chương 4: XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ VÀ QUAN HỆ GIỮA ĐÔ THỊ

HÓA VÀ
N
N
H
H
I
I
Ệ
Ệ
T
T


Đ
Đ
Ộ
Ộ


B
B
Ề
Ề


M
M
Ặ
Ặ
T

T


Ở
Ở


T
T
P
P
H
H
C
C
M
M

Các thực thể tồn tại đều có các mối quan hệ tương hỗ lẫn nhau. Trên một diện
tích tổng tự nhiên, khi tăng diệ
n tích MKT, chắc chắn sẽ phải giảm bớt diện tích lớp
phủ thực vật (đất nông nghiệp, đất rừng ) hoặc phải san lấp hoặc lấn bớt một phần
diện tích mặt nước (ao, hồ, sông ), hoặc muốn tăng mật độ dân số buộc phải tăng diện
tích MKT cho nhu cầu nhà ở và các khu vực sinh hoạt cho con người. Phép hồi quy
tuyến tính đa biến được ứng d
ụng để tìm mối liên hệ giữa sự thay đổi nhiệt độ và quá
trình ĐTH với các biến gồm: NĐBM đô thị Ts – biến phụ thuộc, 3 yếu tố dựa trên cơ
sở ảnh vệ tinh - được xem là 3 biến độc lập của quá trình ĐTH liên quan đến các quá
trình chuyển đổi bề mặt - có thể lượng hóa đưa vào xem xét tương quan là:

- 21 -
• IS: phần trăm diện tích MKT
• ND: phần trăm diện tích lớp phủ thực vật
• WA: phần trăm diện tích mặt nước
• Biến thứ tư cũng được đưa vào không liên quan đến các quá trình bề mặt đất,
tuy nhiên trên thực tiễn cũng có tác động không nhỏ đến quá trình ĐTH là PD
- mật độ dân số (đơn vị: người/ha)
Số liệu thống kê được trích xuất tr
ực tiếp từ ảnh vệ tinh năm 2006 cho các biến
số IS, ND và WA, riêng số liệu mật độ dân số PD lấy theo số liệu của Cục Thống kê
TPHCM năm 2006. Số liệu diện tích về MKT, lớp phủ thực vật và mặt nước được tính
trung bình cho 24 quận huyện, sau đó được chuyển đổi sang tỷ lệ phần trăm.
Ở đây, phương pháp bình phương tối thiểu thường ước l
ượng các hệ số hồi quy
không đúng như kỳ vọng. Do vậy, mô hình hồi quy tuyến tính theo phương pháp
phương pháp bình phương tối thiểu có trọng số (WLS) được thay thế, với trọng số được
chọn là một trong các biến độc lập. Theo phương pháp này, cực tiểu tổng bình phương
các phần dư có trọng số là:

2
iwiwiwiwwi
n
1i
i
n
1i
2
ii
)PD*eWA*dND*cIS*baTs(WeW −−−−−=

∑∑
−−
(4.7)
Trong đó, a
w
, b
w
, c
w
, d
w
và e
w
là các hệ số hồi quy ước lượng có trọng số; W
i
là trọng số
theo dạng hàm nghịch đảo của biến chọn làm trọng số được lũy thừa, n là số lũy thừa
sao cho giá trị của nó làm cực đại hàm số dạng log của biến phụ thuộc:

n
i
i
X
1
W =
(4.8)
Bảng 4.9. Kết quả xử lý hồi quy tương quan 3 biến theo phương pháp WLS
The Value of POWER Maximizing Log-likelihood Function = 1.600
Source variable IS POWER value = 1.600
Dependent variable TS

Multiple R .98422
R Square .96870
Adjusted R Square .96348
Standard Error .02956
Analysis of Variance:
DF Sum of Squares Mean Square
Regression 3 .48672625 .16224208
Residuals 18 .01572853 .00087381
F = 185.67261 Signif F = .0000
Variables in the Equation
Variable B SE B Beta T Sig T
IS .030302 .006711 .417460 4.515 .0003
ND 019577 .009103 177155 -2.151 .0453
WA 057047 .007434 477803 -7.674 .0000
(Constant) 34.166266 .557930 61.238 .0000

Kết quả tính tương quan giữa biến NĐBM và các biến độc lập chỉ thị sự ĐTH
cho biết, trị tuyệt đối của hệ số tương quan giữa Ts-IS là lớn nhất (0,873), nghĩa là biến
IS- MKT có tầm quan trọng (trọng số) lớn nhất trong 4 biến tác động đến biến Ts-
NĐBM. Từ đó, ngiên cứu sinh đã chọn biến IS làm biến trọng số. Kết quả h
ồi quy 4


- 22 -
biến cho thấy các giá trị kiểm định của biến PD đều không thỏa mãn. Do đó hệ số hồi
quy của biến PD không có ý nghĩa thống kê, hoặc biến PD không cần thiết trong trường
hợp này và sẽ bị loại trừ, mặc dù giữa Ts và mật độ dân số có hệ số tương quan đơn khá
tốt (R=0,708). Thực hiện hồi quy trên 3 biến còn lại cho thấy các hệ số hồi quy đều có
ý nghĩa th
ống kê và các giá trị thống kê tốt nhất khi giá trị mũ lũy thừa (POWER value)

của nghịch đảo biến trọng số IS là 1,6 (Bảng 4.9). Phương trình hồi quy cuối cùng như
sau:
Ts
w
= 34,17 + 0,03*IS – 0,02*ND – 0,06*WA (4.10)

Kết quả của phương trình hồi quy tuyến tính (4.10) đã xây dựng phù hợp với tập
dữ liệu đến mức 97% (R
2
= 0,97), hoặc có thể nói, 97% khác biệt của các giá trị NĐBM
trung bình quan sát trên 24 quận/huyện có thể được giải thích bởi sự khác biệt về các
thay đổi của các quá trình bề mặt gồm: phần trăm diện tích MKT, lớp phủ thực vật và
mặt nước bên trong mỗi quận/huyện. Phương trình này hoàn toàn chấp nhận được, các
hệ số hồi quy của các biến chỉ thị ĐTH có ý nghĩa trong việc phân tích đánh giá tác
động
đến sự biến đổi NĐBM đô thị hiện nay. Biến phần trăm diện tích mặt không thấm
IS tác động thuận chiều với sự biến động của NĐBM, trong khi đó biến phần trăm diện
tích lớp phủ thực vật ND và mặt nước WA lại ảnh hưởng nghịch chiều với chúng.
Hệ số chuẩn hóa Beta có ý nghĩa mô tả tầm quan trọng tương đối c
ủa các biến
độc lập trong một mô hình hồi quy bội. Bảng 6.8 cho biết hệ số Beta = 0,42 của biến
MKT mang ý nghĩa tác động thuận lớn nhất trong các biến lên sự thay đổi NĐBM.
Nghĩa là khi tăng phần trăm diện tích MKT sẽ kéo theo tăng NĐBM. Tác động nghịch
lớn nhất trong các biến là phần trăm diện tích mặt nước với hệ số Beta = -0,48, tiếp
theo là tác động nghịch của diện tích lớ
p phủ thực vật (Beta = -0.18). Điều này cho
thấy, nhu cầu giảm diện tích MKT, tăng diện tích mặt nước và lớp phủ thực vật là cần
thiết để giảm bớt tình trạng tăng nhiệt độ hiện nay trong các khu đô thị.
Thực tế, nếu nhu cầu nhà ở và các khu vực phục vụ sinh hoạt, giải trí, cơ sở hạ
tầng cho con người tăng sẽ kéo theo việc xây dựng t

ăng, biến bề mặt đất tự nhiên thành
các bề mặt bê tông, nhựa đường, mái ngói…, đóng kín lớp đất thấm thấu nước và điều
tất yếu sẽ xảy ra là làm tăng sự hấp thu năng lượng Mặt Trời làm cho bề mặt đô thị
càng nóng hơn. Đồng thời, một hệ quả không thể tránh khỏi là điều này cũng sẽ làm
tăng dòng nước chảy tràn bề
mặt, làm tăng quá trình ô nhiễm và ngập lụt khi có mưa
lớn và triều cường. Ngược lại, nếu tăng cường diện tích lớp phủ thực vật và mặt nước
như ao, hồ sẽ cải thiện đáng kể sự tăng nóng NĐBM. Đáng chú ý nhất là biến MKT
trong hồi quy bội là biến có tương quan cao nhất, thể hiện sự chủ đạo của biến này
trong sự tác động
đến biến đổi NĐBM của toàn TPHCM.
Trong nghiên cứu này, tác giả giới hạn trong mô hình hồi quy tuyến tính mô tả
mối quan hệ tuyến tính giữa 3 biến độc lập chỉ thị về ĐTH liên quan đến các quá trình
bề mặt đất và bề mặt đối tượng trên Trái Đất và biến phụ thuộc NĐBM. Mặc dù rõ ràng
điều đó không hoàn toàn thực tế và thuyết phục lắm đối với đủ kiểu quan h
ệ đa dạng
phong phú trong thế giới thực. Nhưng sự hiểu biết những vấn đề cơ bản của mô hình
hồi quy tuyến tính trên là nền tảng cho việc tìm hiểu những mô hình phức tạp hơn khi
xét thêm các yếu tố kinh tế - xã hội, cơ sở hạ tầng… Vì vậy, kết quả này như là những
gợi ý có tính định hướng giúp cho các nhà quy hoạch và quản lý quan tâm hơn trong
các chiến lược lâu dài về xây d
ựng và quản lý đô thị cho TPHCM.


- 23 -

K
K
Ế
Ế

T
T


L
L
U
U
Ậ
Ậ
N
N


V
V
À
À


K
K
I
I
Ế
Ế
N
N

N
N
G
G
H
H
Ị
Ị


KẾT LUẬN
Kết quả luận án đã minh chứng khả năng ứng dụng viễn thám và GIS trong
nghiên cứu NĐBM và ĐTH, cũng như đánh giá biến động theo không gian và thời
gian. Dù có hạn chế về mặt dữ liệu và độ dài thời gian quan sát, nhưng trên thực tiễn,
phương pháp này có thể ứng dụng rộng rãi cho các khu vực đô thị tương tự nhằm đóng
góp phần nào vào công tác quy hoạch phát triển đ
ô thị bền vững. Trên cơ sở kết quả
nghiên cứu, luận án rút ra một số kết luận sau:
1. Về quá trình ĐTH ở TPHCM
Phương pháp viễn thám và GIS đã thể hiện rõ ưu thế phát hiện, xử lý và đánh giá
biến động MKT dựa vào đặc trưng phổ của các tư liệu ảnh vệ tinh từ nhiều nguồn và đa
thời gian. Đặc trưng vật lý “Mặt không thấm” thể
hiện quá trình ĐTH đã được đánh
giá, phân tích biến động theo thời gian thu nhận ảnh vệ tinh. Với kết quả trong vòng
gần 18 năm (từ tháng 1-1989 đến tháng 12-2006) cho thấy:
- diện tích đất đô thị TPHCM tăng lên 6,5 lần
- tốc độ tăng mạnh ở giai đoạn 2002-2006 với hướng phát triển mạnh lan tỏa từ
khu vực trung tâm và tập trung mở rộng ở khu vực phía Bắc thành phố
, đặc biệt
là dọc theo các trục lộ chính ở khu vực ngoại thành.

2. Về phương pháp xác định nhiệt độ từ phương pháp viễn thám
Ở Việt Nam, viễn thám lâu nay được biết đến như một thế mạnh trong phân tích
hiện trạng bề mặt từ các kênh phản xạ, việc sử dụng kênh nhiệt vẫn chưa được chú ý
đúng mức. Nghiên cứu này đã thử nghiệm sản phẩm kênh nhi
ệt từ các vệ tinh tài
nguyên để trích xuất NĐBM có tính đến hiệu chỉnh giá trị từ ĐPX để làm tăng độ chính
xác.
- Lần đầu tiên ĐPX được xác định từ cùng dữ liệu ảnh vệ tinh cho kết quả phân bố
trên toàn khu vực theo từng pixel.
- Phương pháp NDVI phối hợp với trích xuất NĐBM có thể áp dụng cho các loại
ảnh vệ tinh có kênh nhiệt và không phụ thuộc vào số lượng kênh này,
đồng thời
làm tăng độ phân giải của ảnh nhiệt độ.
- Độ chính xác khôi phục NĐBM từ ảnh vệ tinh của nghiên cứu này có độ lệch so
với số đo thực tế khoảng ±1,95
o
C. Với quy trình tính toán đơn giản đây sẽ là giải
pháp tối ưu trong điều kiện thực tế ở Việt Nam hiện nay.
3. Về biến động nhiệt độ ở TPHCM
Giai đoạn 1989-2006 xu hướng môi trường nhiệt độ tại TPHCM đang tăng lên rõ
rệt. Nhiệt độ không khí trung bình năm mỗi năm khoảng 0,05
o
C. Trong khi đó, NĐBM
trung bình toàn thành phố đạt 29,83
o
C trên ảnh đầu năm 1989 và đạt 33,34
o
C trên ảnh
cuối năm 2006. Riêng độ dao động NĐBM cực đại trên 2 năm ảnh này khá rộng tương
ứng là 39,83

o
C và 49,45
o
C. Đặc biệt các quận thuộc khu vực đô thị hóa có nền nhiệt độ
luôn luôn cao hơn khu vực nội thành cũ và ngoại thành.
- Nhiệt độ cao nhất tập trung ở các khu công nghiệp với giá trị trung bình >40
o
C,
cực đại đạt đến 45
o
C, các khu dân cư có nhiệt độ mặt trung bình >35
o
C.
- Xu hướng giảm dần của NĐBM đất thể hiện trên các kiểu đất nông nghiệp và đất
rừng, riêng với mặt nước NĐBM có giá trị khoảng 22
o
C-30
o
C. Đây là sự phụ