Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi trường không khí và sức khỏe cộng đồng tại thành phố hà nội

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG NGHỊCH NHIỆT
ĐẾN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ SỨC KHỎE
CỘNG ĐỒNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2011 - 2015

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN THẾ ĐỨC HẠNH

HÀ NỘI, NĂM 2017


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG NGHỊCH NHIỆT
ĐẾN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ SỨC KHỎE
CỘNG ĐỒNG TẠI THÀNH PHỐ HÀ NỘI GIAI ĐOẠN 2011 - 2015

NGUYỄN THẾ ĐỨC HẠNH

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ THỊ TRINH

HÀ NỘI, NĂM 2017

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
Cán bộ hướng dẫn: TS. Lê Thị Trinh
Cán bộ chấm phản biện 1: TS. Phạm Thị Mai Thảo
Cán bộ chấm phản biện 2: TS. Phạm Đức Phúc

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI Ngày ...
tháng ... năm 20..


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, những nội dung, số liệu, kết quả nghiên cứu được trình bày
trong luận văn là hoàn toàn trung thực, của tôi, không vi phạm bất cứ điều gì trong
luật sở hữu trí tuệ và pháp luật Việt Nam. Nếu sai, tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm
trước pháp luật.
Một số kết quả trong nghiên cứu này được sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài
nghiên
cứu ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên Môi trường, mã số TNMT.
2016.04.11: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi
trường không khí tại Thủ đô Hà Nội và một số tỉnh lân cận” (2016 – 2018)

TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Ký và ghi rõ họ tên)

Nguyễn Thế Đức Hạnh

i

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Tiến
sĩ Lê Thị Trinh, Khoa Môi trường, thuộc Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà
Nội đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt cho tôi những kinh nghiệm quý báu,
những lời khuyên cần thiết trong suốt quá trình làm luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS. Trịnh Thị Thủy, ThS. Trịnh Thị
Thắm đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện đề tài, đồng thời tôi xin cảm ơn các
quý thầy cô giáo trong khoa Môi Trường, trường Đại học Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội đã nhiệt tình truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong
suốt quá trình học tập và hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới Ban giám đốc bệnh viện Tai Mũi Họng Trung
ương, Bệnh viện Lão khoa Trung ương, lãnh đạo và các cán bộ, chuyên viên tại Phòng
Kế koạch - Tổng hợp của bệnh viện Tai Mũi Họng Trung ương, Bệnh viện Lão khoa
Trung ương đã tạo điều kiện cung cấp những số liệu cần thiết và giúp đỡ tôi trong
suốt quá trình nghiên cứu trên địa bàn thành phố Hà Nội.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè và người thân luôn
quan tâm, động viên giúp đỡ để tôi hoàn thành tốt luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng năm 2017
Học viên

Nguyễn Thế Đức Hạnh

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... i

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................... ii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT............................................................................................. v
DANH MỤC BẢNG ........................................................................................................ vi
DANH MỤC HÌNH......................................................................................................... vii
MỞ ĐẦU........................................................................................................................... 1
1.

Đặt vấn đề................................................................................................................ 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2

3.

Nội dung nghiên cứu................................................................................................ 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU..................................................................... 3
1.1. Tổng quan về đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 3
1.1.1. Hiện tượng nghịch nhiệt.................................................................................... 3
1.1.2. Chất lượng môi trường không khí tại Hà Nội .................................................... 8
1.1.3. Ảnh hưởng của chất lượng môi trường không khí đến sức khỏe con người ..... 10
1.2. Tổng quan về phương pháp nghiên cứu .............................................................. 13
1.2.1. Lý thuyết về phương pháp thống kê ................................................................ 13
1.2.2. Các ứng dụng thực tế của phương pháp thống kê trong hướng nghiên cứu
của đề tài ................................................................................................................... 17
1.3. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về ảnh hưởng của hiện tượng nghịch
nhiệt đến chất lượng môi trường không khí và sức khỏe cộng đồng. .............................
18
1.3.1. Nghiên cứu ngoài nước ................................................................................... 18

1.3.2. Nghiên cứu trong nước ................................................................................... 24
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, THỜI GIAN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........... 27
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ....................................................................... 27
2.2. Thời gian nghiên cứu .......................................................................................... 27
2.3. Phương pháp nghiên cứu và cách thức thực hiện................................................. 27
2.3.1. Phương pháp nghiên cứu tài liệu ..................................................................... 27
2.3.2. Phương pháp thống kê số liệu ......................................................................... 27
2.3.3. Phương pháp so sánh, phân tích, đánh giá ....................................................... 36
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN........................................... 37
3.1. Đặc điểm, thời điểm và tần suất xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt tại
thành phố Hà Nội trong giai đoạn từ năm 2011 - 2015.................................................. 37
3.1.1. Đặc điểm của hiện tượng nghịch nhiệt tại thành phố Hà Nội trong giai đoạn
3


từ năm 2011 – 2015................................................................................................... 37

4


3.1.2. Thời điểm, tần suất xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt tại thành phố Hà
Nội trong giai đoạn từ năm 2011 - 2015 .................................................................... 38
3.2. Đánh giá thống kê của các bộ số liệu trong vấn đề nghiên cứu ............................ 41
3.3. Ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi trường không khí
tại thành phố Hà Nội..................................................................................................... 43
3.3.1. Đánh giá diễn biến của chất lượng môi trường không khí tại thành phố Hà
Nội trong giai đoạn 2011 - 2015 ................................................................................ 43
3.3.2. Mối liên hệ giữa hiện tượng nghịch nhiệt và chất lượng môi trường không
khí tại thành phố Hà Nội ........................................................................................... 46
3.3.3. Phân tích hồi quy và tương quan giữa hai bộ số liệu những ngày xuất hiện

nghịch nhiệt và chất lượng môi trường không khí...................................................... 51
3.3.4. Đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi trường
không khí tại thành phố Hà Nội................................................................................. 53
3.4. Mối liên hệ giữa sự xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt và sức khỏe cộng
đồng ........................................................................................................................... 54
3.4.1. Mối liên hệ giữa sự xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt và số lượng bệnh
nhân đến Bệnh viện Lão Khoa Trung ương ............................................................... 54
3.4.2. Mối liên hệ giữa sự xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt và số lượng bệnh
nhân đến Bệnh viện Tai Mũi Họng Trung ương ........................................................ 60
3.4.3. Phân tích hồi quy và tương quan giữa hai bộ số liệu những ngày xuất hiện
nghịch nhiệt và số lượng bệnh nhân đến khám và điều trị tại các bệnh viện...............
64
3.4.4. Đánh giá mối liên hệ giữa sự xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt và sức
khỏe cộng đồng ......................................................................................................... 67
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................................... 70
1.

Kết luận ................................................................................................................. 70

2.

Kiến nghị ............................................................................................................... 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 72

PHỤ LỤC 1A .................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 1B .................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 1C .................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 2 ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 3 ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 4 ....................................................................... Error! Bookmark not defined.

PHỤ LỤC 5 ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 6 ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
PHỤ LỤC 7 ....................................................................... Error! Bookmark not defined.
5


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AQI

Air Quality Index

AIRS

Atmospheric Infrared Sounder

ALRI

Acute lower respiratory

ARDs

Acute respiratory diseases

BC

Black Cacbon

BN

Bệnh nhân

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

BV

Bệnh viện

EPA

United States Environmental Protection Agency

HEI

Health Effects Institute

HH-TM

Hô hấp – tim mạch ÔNKK

Ô nhiễm không khí QCCP

Quy

chuẩn cho phép QCVN

Quy

chuẩn Việt Nam TƯ

Trung

ương
WHO

World Health Organization

6


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Các nhóm bệnh theo mã ICD-10 sử dụng trong nghiên cứu ........................... 31
Bảng 3.1. Bảng thống kê tần suất xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt từ năm 2011-2015
.......... 40
Bảng 3.2. Bảng kiểm định phân phối chuẩn cho các bộ số liệu ...................................... 42
Bảng 3.3. Hàm lượng trung bình năm của NOx, SO2, PM10, PM2.5 trong những ngày xảy
ra hiện tượng nghịch nhiệt và những ngày bình thường tại thành phố Hà Nội từ năm
2011-2015 .............................................................................................................. 50
Bảng 3.4. Bảng phân tích hệ số tương quan và hệ số xác định giữa ngày xuất hiện
nghịch nhiệt với các chỉ tiêu về chất lượng môi trường không khí tại thủ đô Hà Nội...... 52
Bảng 3.5. Bảng thống kê tổng số lượng bệnh nhân của bệnh viện Lão Khoa Trung
ương từ năm 2011 đến năm 2015 ................................................................................... 55
Bảng 3.6. Bảng thống kê số lượng bệnh nhân trung bình năm đến khám và điều trị tại
BV Lão Khoa TƯ trong khoảng thời gian có nghịch nhiệt và ngày bình thường ............ 59
Bảng 3.7. Bảng thống kê tổng số lượng bệnh nhân của bệnh viện Tai Mũi Họng Trung
ương từ năm 2011 đến năm 2015 ................................................................................... 61
Bảng 3.8. Bảng thống kê số lượng bệnh nhân trung bình năm đến khám và điều trị tại
BV Tai Mũi Họng TƯ trong khoảng thời gian có nghịch nhiệt và ngày bình thường ..... 62
Bảng 3.9. Bảng phân tích tương quan giữa ngày xuất hiện nghịch nhiệt và số lượng

bệnh nhân đến khám và điều trị tại Hà Nội trong giai đoạn 2011-2015 ..........................
66
Bảng 3.10. So sánh kết quả nghiên cứu của luận văn với các nghiên cứu trong và ngoài
nước về cùng vấn đề nghiên cứu .................................................................................... 68

7


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Hiện tượng nghịch nhiệt bức xạ ....................................................................... 4
Hình 1.2. Hiện tượng nghịch nhiệt bình lưu .................................................................... 5
Hình 1.3. Hiện tượng nghịch nhiệt lắng chìm .................................................................. 6
Hình 1.4. Diễn biến chỉ số chất lượng không khí AQI ở 4 trạm quan trắc tự động, liên
tục giai đoạn 2011 – 2015 ............................................................................................... 9
Hình 1.5. Các yếu tố cơ bản khi phân tích vấn đề sức khỏe của con người .................... 10
Hình 1.6. Đường cong phân phối chuẩn ........................................................................ 15
Hình 1.7. So sánh nồng độ trung bình NO2, PM2.5 trong thời điểm xuất hiện hiện tượng
nghịch nhiệt và ngày bình thường trong giai đoạn 2003-2007 tại thành phố Hamilton,
Canada........................................................................................................................... 20
Hình 1.8. Mối tương quan giữa hàm lượng BC và PM2.5 trung bình ngày với cường độ
nghịch nhiệt tại Chile ..................................................................................................... 21
Hình 1.9. Số ngày xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt trong từng tháng tương ứng với
độ dày của nó tại Muscat, Oman trong năm 2003........................................................... 23
Hình 1.10. Số ca cấp cứu hằng ngày trung bình theo tháng tại bệnh viện hoàng gia
Oman năm 2003 ............................................................................................................ 23
Hình 2.1. Sơ đồ mô tả tiêu chí, cách thức thực hiện xây dựng bộ cơ sở dữ liệu phục vụ
nghiên cứu ..................................................................................................................... 28
Hình 2.2. Cách thu thập số liệu tại trang htp://weather.uwyo.edu/upperair/sounding.html
.....29
Hình 2.3. Kết quả xác định nghịch nhiệt tại thời điểm 00Z ngày 03/01/2011 ................. 29

Hình 3.1. Giản đồ thiên khí 00Z ngày 28/01/2011 và ngày 07/03/2015 .......................... 38
Hình 3.2. Giản đồ thiên khí 00Z ngày 10/05/2011 và ngày 06/09/2015 .......................... 38
Hình 3.3. Số ngày xuất hiện nghịch nhiệt trong từng tháng từ năm 2011 – 2015 tại
thành phố Hà Nội........................................................................................................... 39
Hình 3.4. Số ngày trung bình xuất hiện nghịch nhiệt từ năm 2011 – 2015...................... 40
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện tần suất phân phối của các bộ số liệu từ năm 2011 - 2015 ....
43
vii


Hình 3.6. Diễn biến nồng độ bụi PM10 và PM2.5 trung bình năm tại trạm quan trắc tự
động Nguyễn Văn Cừ, liên tục trong giai đoạn 2011-2015............................................. 44

vii


Hình 3.7. Thống kê số ngày có nồng độ PM10 và PM2.5 trung bình 24h không đạt
QCVN 05:2013/BTNMT tại trạm quan trắc tự động Nguyễn Văn Cừ giai đoạn 2011 –
2015............................................................................................................................... 45
Hình 3.8. Diễn biến trung bình nồng độ bụi PM10 và PM2.5 theo các tháng giai đoạn
2011 - 2015 tại trạm Nguyễn Văn Cừ, Hà Nội ............................................................... 46
Hình 3.9. Diễn biến hàm lượng trung bình các thông số NOx, SO2, PM10, PM2.5 trong môi
trường không khí và số ngày xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt theo từng tháng tại thành
phố Hà Nội từ năm 2011 – 2015........................................................................... 47
Hình 3.10. Biểu đồ thể hiện diễn biến chất lượng môi trường không khí theo ngày và
khoảng thời gian xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt trong tháng 01/2011 .......................
48
Hình 3.11. Biểu đồ thể hiện diễn biến chất lượng môi trường không khí theo ngày và
khoảng thời gian xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt trong tháng 10/2011 .......................
48

Hình 3.12. Mô hình hồi quy giữa số ngày xuất hiện nghịch nhiệt và các chỉ tiêu về chất
lượng môi trường không khí (PM10, PM2.5,, SO2, NOx) tại thành phố Hà Nội ................. 51
Hình 3.13. Mối liên hệ giữa ngày diễn ra nghịch nhiệt và lượt bệnh nhân đến khám và
điều trị tại bệnh viện Lão Khoa trung ương qua các năm................................................ 56
Hình 3.14. Biểu đồ thể hiện số ngày trung bình nghịch nhiệt và số bệnh nhân BV Lão
Khoa TƯ trung bình theo từng tháng trong giai đoạn từ năm 2011-2015 ....................... 57
Hình 3.15. Biểu đồ thể hiện số lượng bệnh nhân nhập viện theo ngày trong tháng
02/2014 của BV Lão Khoa TƯ ...................................................................................... 57
Hình 3.16. Biểu đồ thể hiện số lượng bệnh nhân nhập viện theo ngày trong tháng
09/2013 của BV Lão Khoa TƯ ...................................................................................... 58
Hình 3.17. Số lượng bệnh nhân trung bình đến khám và điều trị tại BV Lão Khoa TƯ
trong khoảng thời gian có nghịch nhiệt và ngày bình thường ......................................... 60
Hình 3.18. Số lượng bệnh nhân trung bình đến khám và điều trị tại BV Tai Mũi Họng
TƯ trong khoảng thời gian có nghịch nhiệt và ngày bình thường ................................... 63
Hình 3.19. Mô hình hồi quy tuyến tính đơn giữa số ngày xuất hiện nghịch nhiệt và số
lượng bệnh nhân đến khám và điều trị tại các bệnh viện ................................................
65

viii


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Nghịch nhiệt là một hiện tượng tự nhiên trong khí quyển, được xem là một hiện
tượng rất quan trọng trong nghiên cứu về khí tượng học và đánh giá chất lượng
môi trường không khí. Lớp khí quyển của Trái Đất có 04 tầng rõ rệt gồm: tầng đối
lưu, bình lưu, quyển giữa và nhiệt quyển. Tầng đối lưu là tầng có ảnh hưởng nhiều nhất
đến khí hậu trái đất, là nơi có mật độ không khí lớn nhất của khí quyển và là nơi
xảy ra hiện tượng nghịch nhiệt. Khi xảy ra hiện tượng nghịch nhiệt, lớp không khí
trong tầng đối lưu sẽ trở nên ổn định và làm chậm lại mọi chuyển động của dòng

không khí theo chiều từ dưới lên trên hay ngược lại. Độ ổn định do hiện tượng nghịch
nhiệt gây ra sẽ làm hạn chế sự trao đổi năng lượng gió giữa các lớp không khí sát mặt
đất và gió ở các lớp khí quyển trên cao, khiến cản trở quá trình khuếch tán của các
chất trong môi trường không khí và làm nồng độ của các chất này có thể tăng lên.
Sự biến đổi hàm lượng của các chất trong thành phần không khí như SO2, NOx, CO,...
do bị ảnh hưởng của lớp nghịch nhiệt có thể làm suy giảm đến chất lượng môi trường
không khí. Như vậy, hiện tượng hình thành lớp nghịch nhiệt ở tầng đối lưu có thể gây
ảnh hưởng đến đời sống của các sinh vật, đặc biệt sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của
con người sống trong vùng xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt.
Trong những năm gần đây trên thế giới đã có một số nghiên cứu về mối tương
quan giữa hiện tượng nghịch nhiệt và chất lượng môi trường không khí xung quanh
cũng như sự xuất hiện của các bệnh về đường hô hấp và tim mạch trong điều kiện xảy
ra hiện tượng nghịch nhiệt và sự suy giảm chất lượng không khí. Đây là hướng nghiên
cứu mới mang tính chất liên ngành và cần bộ dữ liệu mang tính hệ thống, nên ở Việt
Nam, các nghiên cứu trong hướng này còn hạn chế.
Hà Nội là một trong những đô thị lớn của Việt Nam, bên cạnh những kết quả
đạt được về tăng trưởng kinh tế thì ô nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm môi
trường không khí là vấn đề đang hết sức được quan tâm. Sự gia tăng dân số, đô thị
hóa nhanh, kéo theo gia tăng số lượng các phương tiện giao thông cá nhân gây áp
lực mạnh mẽ đến môi trường không khí tại thành phố Hà Nội, vì vậy tác động
của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi trường không khí sẽ làm ảnh hưởng
đến sức khỏe con người do mật độ dân số cao và chất lượng môi trường không khí suy
giảm. Tuy nhiên, những thông tin và bằng chứng về ảnh hưởng của ô nhiễm không
khí do hiện tượng nghịch nhiệt đến sức khỏe con người ở Việt Nam nói chung và tại
thành phố Hà Nội nói riêng vẫn còn rất hạn chế. Những nghiên cứu khởi điểm và đi
sâu nghiên cứu ở lĩnh vực này là cần thiết và quan trọng để tăng cường sự hiểu biết
1


cũng như cung cấp thông tin cho hoạch định chính sách về kiểm soát chất lượng môi

trường không khí ở nước ta.

2


Với tình hình thực tế và các lý do cấp thiết nêu trên tôi lựa chọn thực hiện đề
tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi trường
không khí và sức khỏe cộng đồng tại thành phố Hà Nội giai đoạn 2011 - 2015”
2. Mục têu nghiên cứu
- Đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi trường
không khí trên địa bàn Thành phố Hà Nội trong giai đoạn 2011 - 2015.
- Bước đầu đánh giá mối liên hệ giữa sự xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt
với sự thay đổi chất lượng môi trường không khí; ảnh hưởng của hiện tượng nghịch
nhiệt đến sức khỏe cộng đồng.
3. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn về ảnh hưởng của hiện tượng nghịch
nhiệt đến chất lượng môi trường không khí và sức khỏe cộng đồng.
- Nghiên cứu đặc điểm, thời điểm và tần suất xuất hiện của hiện tượng nghịch
nhiệt tại thành phố Hà Nội trong giai đoạn từ năm 2011 – 2015
- Đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng nghịch nhiệt đến chất lượng môi
trường không khí trên địa bàn thành phố Hà Nội trong khoảng thời gian 5 năm, từ
năm 2011 2015.
- Đánh giá mối liên hệ giữa sự xuất hiện của hiện tượng nghịch nhiệt và sức khỏe
cộng đồng.


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1.

Tổng quan về đối tượng nghiên cứu

1.1.1. Hiện tượng nghịch nhiệt

a) Khái niệm
Nghịch nhiệt là một hiện tượng của khí quyển xảy ra khi nhiệt độ của lớp khí
quyển trên cao lớn hơn nhiệt độ của lớp khí quyển phía dưới. Đây là hiện tượng không
phù hợp với quy luật phân nhiệt theo độ cao của không khí trong tầng đối lưu,
thông thường, nhiệt độ không khí giảm khoảng 6,4°C cho mỗi kilomet theo chiều
cao khí quyển [1].
Khi có hiện tượng nghịch nhiệt, lớp không khí ở bên dưới trở nên ổn định và
cản trở mọi chuyển động của không khí theo phương thẳng đứng, điều này làm
hạn chế sự trao đổi năng lượng của lớp không khí sát mặt đất và lớp khí quyển trên
cao, do đó làm cản trở quá trình xáo trộn các chất trong bầu khí quyển [12].

b) Phân loại
Dựa vào nguyên nhân hình thành hiện tượng nghịch nhiệt mà nghịch nhiệt
được phân chia làm 3 loại chính như sau:
- Nghịch nhiệt bức xạ (Radiation inversion): hay còn gọi là nghịch nhiệt đêm,
đây là loại nghịch nhiệt được hình thành bởi sự mất nhiệt của bề mặt đất vào ban
đêm do hiện tượng bức xạ nhiệt. Loại nghịch nhiệt này có thể xảy ra quanh năm, tuy
nhiên tần suất xuất hiện nhiều và cường độ nghịch nhiệt mạnh thì thường xảy ra
vào các tháng mùa đông (từ tháng 10 đến tháng 1 năm sau). Độ dày và nhiệt độ của
lớp nghịch nhiệt tăng dần trong khoảng thời gian từ đêm về sáng. Hiện tượng nghịch
nhiệt bức xạ xuất hiện thường kèm theo sương mù bức xạ, cả hai hiện tượng này sẽ
không còn khi trời có nắng [12].
Khi mặt trời lên cao, mặt đất và từng lớp không khí mỏng được nung nóng từ từ
để hình thành lớp không khí gần như đoạn nhiệt (adiabatic) ở sát mặt đất. Không
khí trong lớp đoạn nhiệt này không thể thâm nhập vào lớp nghịch nhiệt còn lại bên
trên nó từ đêm hôm trước do tính ổn định cao. Nhưng ở ranh giới vẫn có sự hòa trộn
giữa lớp không khí đoạn nhiệt mới hình thành với lớp không khí nghịch nhiệt, cộng

với đó là lớp bức xạ mặt trời mỗi lúc một mạnh hơn, làm cho lớp không khí đoạn
nhiệt cứ tăng dần và cuối cùng loại bỏ hoàn toàn lớp nhịch nhiệt. Vào mùa đông, hiện
tượng nghịch nhiệt có thể kéo dài cả ban ngày khi năng lượng mặt trời không đủ sức


để phá vỡ lớp nghịch nhiệt [12]. Hình 1.1 thể hiện sự hình thành của hiện tượng
nghịch nhiệt bức xạ.


Hình 1.1. Hiện tượng nghịch nhiệt bức xạ
Nguồn: C. Donald Ahrens (2009) [12]

- Nghịch nhiệt bình lưu (Frontal Inversion): được tạo thành do sự khác nhau về
địa hình làm cho lớp không khí nóng chuyển động bên trên lớp không khí lạnh. Bao
gồm 2 trường hợp: khi có luồng không khí nóng chuyển động bên trên bề mặt
lạnh, hay khi có luồng không khí lạnh ở trên cao tràn xuống thấp trong khi bên trên
nó vẫn tồn tại lớp không khí nóng. Loại nghịch nhiệt này thường xảy ra tại những
vùng có ao hồ, đầm lầy, khu vực có cấu trúc như một thung lũng,… Hình 1.2 thể
hiện sự hình thành của hiện tượng nghịch nhiệt bình lưu.
+ Trường hợp khi có luồng không khí nóng chuyển động bên trên bề mặt lạnh.
Trường hợp này thường xảy ra khi có dòng không khí từ phía khuất gió của sườn núi
thổi xuống chân núi. Dòng không khí này sẽ ấm lên theo quá trình nén ép đoạn
nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh ở sát mặt đất dưới chân núi gây
ra hiện tượng nghịch nhiệt với cường độ mạnh và có thể kéo dài [12].
+ Trường hợp khi có luồng không khí lạnh ở trên cao tràn xuống thấp trong khi
bên trên nó vẫn tồn tại lớp không khí nóng. Trường hợp này xảy ra khi dòng không khí
lạnh từ các vùng cao vào ban đêm tràn xuống các vùng thấp (thung lũng) tạo
thành lớp không khí lạnh nằm bên dưới lớp không khí ấm và dẫn đến hiện tượng
nghịch nhiệt ở đáy [12].

Hình 1.2. Hiện tượng nghịch nhiệt bình lưu
Nguồn: C. Donald Ahrens (2009) [12]

- Nghịch nhiệt lắng chìm (Subsidence inversion) hay còn gọi là nghịch nhiệt
nén, là hiện tượng nghịch nhiệt được hình thành do lớp không khí phía trên được nén
và làm nóng bởi sự gia tăng áp suất khí quyển. Nghịch nhiệt lắng chìm thường xuất
hiện ở những vùng có áp suất cao khi có mây che phủ bầu trời và hấp thụ năng lượng
bức xạ từ Mặt trời chiếu xuống. Trong vùng này có dòng chảy chậm của không khí
hướng xuống dưới và gió nhẹ. Khối không khí nặng chìm xuống dưới sẽ làm tăng
nhiệt độ của bản thân theo quá trình đoạn nhiệt và thường trở thành lớp không khí
ấm hơn so với lớp không khí ở phía dưới. Kết quả là lớp nghịch nhiệt bị lắng chìm,
lớp nghịch nhiệt này thường ở độ cao từ 400 - 500m đến 4000 - 5000m trên mặt đất
[12]. Sự hình thành của hiện tượng nghịch nhiệt lắng chìm được thể hiện trong hình
1.3.


Hình 1.3. Hiện tượng nghịch nhiệt lắng chìm
Nguồn: C. Donald Ahrens (2009) [12]

Trên cùng một địa điểm vào cùng một thời điểm có thể có hai lớp nghịch nhiệt
cùng song song tồn tại: một lớp ở sát mặt đất đến độ cao 100 - 200m và một lớp ở
độ cao từ 900 - 1100m [1].

c) Các yếu tố hình thành nên hiện tượng nghịch nhiệt
Hiện tượng nghịch nhiệt là một trong những hiện tượng diễn ra tự nhiên trong
môi trường, hầu hết các ngày trong năm đều có hiện trượng nghịch nhiệt trong
các tầng khí quyển. Tuy nhiên, để hiện tượng nghịch nhiệt hình thành và diễn ra mạnh
mẽ, sâu sắc hơn thì cần nhiều yếu tố và các điều kiện kết hợp thuận lợi.
Ban ngày, mặt đất hấp thụ các bức xạ mặt trời và nóng lên, ban đêm quá trình

này diễn ra ngược lại, mặt đất và các vật chất bức xạ nhiệt để trở nên lạnh dần, nhất
là vào thời điểm gần sáng. Do đó vào mùa đông hay lúc gần sáng lớp không khí gần
mặt đất mới có nhiệt độ khá thấp, trong khi lớp không khí phía trên nơi hấp thụ
nhiệt bức xạ lại có nhiệt độ cao. Nguyên nhân đó đã hình thành hiện tượng nghịch
nhiệt [1].


Hiện tượng nghịch nhiệt bức xạ hay nghịch nhiệt về đêm diễn ra mạnh mẽ hơn
khi có các điều kiện lý tưởng sau: không khí ổn định không có gió, đêm kéo dài,
không khí khá khô và trời nhiều mây.


Hiện tượng nghịch nhiệt diễn ra mạnh hơn trong điều kiện không khí ổn định
và không có gió. Điều này là do khi lớp không khí bề mặt có nhiệt độ thấp hơn lớp
không khí phía trên nó đã hình thành nên hiện tượng nghịch nhiệt, kết hợp với việc
không có gió khiến cho các khối không khí không bị xáo trộn và ổn định. Những
tháng có đêm kéo dài cũng góp phần khiến cho hiện tượng nghịch nhiệt diễn ra mạnh
hơn, ví dụ như những tháng mùa đông. Nghịch nhiệt bức xạ cũng dễ xảy ra hơn ở
những thời điểm không khí khô và trời nhiều mây do trong điều kiện thời tiết nhiều
mây và tương đối khô sẽ làm chậm tốc độ làm mát bề mặt. Vì vậy, thời điểm mùa
đông, hiện tượng nghịch nhiệt có thể diễn ra cả ban ngày [1].
Hiện tượng nghịch nhiệt có thể hình thành và được tăng cường trong
những điều kiện sau:
-

Thời tiết: Mùa đông nghịch nhiệt thường kéo dài do các yếu tố thời tiết
như sương mù, mây, nhất là mây thấp và che kín bầu trời làm cho bức xạ mặt
trời không đủ sức làm ấm mặt đất và phá vỡ lớp nghịch nhiệt [1].

-

Khả năng hấp thụ nhiệt và nhả nhiệt của bề mặt đất: mặt đất trơ trụi hấp thụ
và nhả nhiệt nhanh hơn so với mặt đất có lớp thực vật che phủ. Tại các thành
phố, bề mặt đất là lớp vật liệu xây dựng, nhà cửa, đường xá,…có khả năng bức
xạ cũng như hấp thụ nhiệt rất tốt, do vậy mà chúng nóng lên hay lạnh đi rất
nhanh, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho hình thành hiện tượng nghịch nhiệt.
Và tương tự với mặt đất có lớp tuyết phủ, nghịch nhiệt kéo dài hơn do lớp
tuyết phản xạ rất tốt tia nắng mặt trời [1].

-

Sự di chuyển của các khối không khí trong tự nhiên do yếu tố địa hình: đôi khi
khối không khí lạnh chảy từ đỉnh núi xuống thung lũng, không khí lạnh này sau
đó luồng bên dưới khối không khí nóng từ các thung lũng, hay ngược lại, dòng
không khí từ trên cao tràn xuống chân núi và dòng khí này ấm lên do quá trình
ép nén đoạn nhiệt và nó len vào bên trên lớp không khí lạnh sát mặt đất dưới
chân núi [1]. Cả hai trường hợp đều hình thành nên hiện tượng nghịch nhiệt.

d) Vai trò của hiện tượng nghịch nhiệt
Nghịch nhiệt có vai trò quan trọng trong lĩnh vực khí hậu và đánh giá chất
lượng môi trường không khí. Khi quy luật phân nhiệt theo độ cao diễn ra bình thường,
không khí liên tục được xáo trộn giữa các khu vực ấm và mát, khi đó các chất ô nhiễm
có thể phát tán diện rộng làm giảm nồng độ ô nhiễm của chúng. Nhưng khi có hiện
tượng nghịch nhiệt xảy ra, lớp nghịch nhiệt ấm đó đóng vai trò như một chiếc mũ và


dừng quá trình xáo trộn khí quyển, làm nồng độ các chất ô nhiễm có thể tăng cao,
gây

ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường không khí. Tất cả các loại nghịch
nhiệt khi xảy ra đều gây cản trở sự xáo trộn của khí quyển [1].
Việc chất ô nhiễm bị giữ lại trong môi trường không khí, đặc biệt là lớp nghịch
nhiệt hình thành gần bề mặt đất gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sống của các
sinh vật sống trong khu vực, quan trọng nhất là ảnh hưởng đến sức khỏe của con
người sống trong vùng xuất hiện hiện tượng nghịch nhiệt.
1.1.2. Chất lượng môi trường không khí tại Hà Nội
Thủ đô Hà Nội trong những năm qua đã có những bước phát triển kinh tế - xã
hội một cách mạnh mẽ, vượt bậc đã góp phần nâng cao đáng kể điều kiện sống cho
người dân và góp phần đẩy mạnh sự tăng trưởng kinh tế của cả nước. Tuy nhiên, đi
kèm với đó là những áp lực không nhỏ tác động lên môi trường của thủ đô, đặc biệt
là môi trường không khí trong những năm gần đây.
Gia tăng dân số, đô thị hóa nhanh, kéo theo gia tăng số lượng phương tiện giao
thông cá nhân, trong khi đó hệ thống giao thông công cộng lại hạn chế gây áp lực
mạnh mẽ lên môi trường không khí của các thành phố lớn như Hà Nội. Bụi và khí thải
từ hoạt động giao thông đô thị vẫn là một trong những nguồn ô nhiễm chính đối với
môi trường không khí của khu vực.
Theo báo cáo hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011 - 2015, kết quả
đánh giá chất lượng không khí thông qua chỉ số chất lượng không khí AQI cho thấy,
tại các đô thị lớn như thủ đô Hà Nội, số ngày có AQI ở mức kém (AQI = 101 - 200) và
xấu (AQI = 201 - 300) chiếm tỷ lệ khá lớn. Điển hình như báo cáo tại trạm quan trắc
không khí tự động 556 Nguyễn Văn Cừ (Gia Lâm, Hà Nội) đã cho kết quả rằng, số
ngày trong năm 2014 có AQI ở mức kém chiếm tỷ lệ hơn 50% tổng số ngày quan trắc
trong năm, thậm chí, có những ngày chất lượng không khí suy giảm đến ngưỡng xấu
và nguy hại (AQI>300) [10].
Kết quả về diễn biến chỉ số chất lượng không khí AQI tại 4 trạm quan trắc tự
động, liên tục từ năm 2011 – 2015 được thể hiện trong hình 1.4. Số ngày có chỉ số
chất lượng môi trường AQI ở mức kém đến nguy hại tại trạm Nguyễn Văn Cừ thuộc
thành phố Hà Nội là cao nhất trong tất cả các trạm [10].