Nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại khu vực trung tâm thành phố hà nội và đề xuất biện pháp giảm thiểu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Thu Hương

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ
TẠI KHU VỰC TRUNG TÂM THÀNH PHỐ HÀ NỘI
VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội -2015

i


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Nguyễn Thị Thu Hương

NGHIÊN CỨU HIỆN TƯỢNG ĐẢO NHIỆT ĐÔ THỊ
TẠI KHU VỰC TRUNG TÂM THÀNH PHỐ HÀ NỘI
VÀ ĐỀ XUẤT BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU

Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
Mã số: 60440301

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN THỊ HOÀNG LIÊN

Hà Nội – Năm 2015

ii


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS.
Nguyễn Thị Hoàng Liên, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong
suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận văn.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô tại Đại học Tsukuba, Nhật Bản và các
bạn đồng nghiệp tại Công ty Honda Việt Nam đã tạo điều kiện cho em tham gia
nghiên cứu, sử dụng kết quả để hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy, cô trong Khoa Môi trường - Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội đã truyền đạt kiến thức cho em
trong những năm học tập tại Trường.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo, anh, chị và các bạn trong
Bộ môn Quản lý Môi trường đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho em hoàn
thành luận văn.
Cuối cùng, em muốn gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã
luôn là nguồn động lực lớn nhất, tạo mọi điều kiện cả về vật chất lẫn tinh thần cho
em trong suốt thời gian qua.

Hà Nội, 30 tháng 10 năm 2015
Học viên

`

Nguyễn Thị Thu Hương

iii


MỤC LỤC
MỤC LỤC………………………………………………………………………….ii
DANH MỤC BẢNG......................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH................................................................................................. v
DANH TỪ VIẾT TẮT........................................................................................... vii
MỞ ĐẦU.................................................................................................................. 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN................................................................................... 2
1.1. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị trên thế giới và Việt Nam...........2
1.1.1.

Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt trên thế giới........................................ 2

1.1.2.

Phân loại hiện tượng đảo nhiệt đô thị......................................................... 5

1.1.3.

Nguyên nhân của hiện tượng đảo nhiệt đô thị............................................ 8

1.1.4.

Tác động của hiện tượng đảo nhiệt đô thị................................................ 11

1.1.5.

Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Việt Nam........................... 12

1.2. Tổng quan về khu vực nghiên cứu................................................................. 15
1.2.1.

Dân số thành phố Hà Nội......................................................................... 15

1.2.2.

Vị trí, địa hình.......................................................................................... 17

1.2.3.

Thủy văn................................................................................................. 18

1.2.4.

Khí hậu................................................................................................... 18

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
20
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.................................................................. 20
2.2. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 20
2.2.1.

Thu thập tài liệu thứ cấp.......................................................................... 20

2.2.2.

Phân tích các dữ liệu nhiệt độ không khí, vẽ đồ thị nhiệt.........................21

2.2.3 . Xây dựng bản đồ nhiệt, phân tích nội suy không gian nhiệt bề mặt bằng phần
mềm Arc GIS 10.1.......................................................................................... 22
2.2.4.

Trích lọc giá trị nhiệt độ từ ảnh vệ tinh Lansat........................................ 23

2.2.5.

Khảo sát trực tiếp và nghiên cứu thực địa tại các khu vực trạm quan trắc

và khu vực lân cận.......................................................................................... 26

iv


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ………………......27
3.1 Kết quả phân tích dữ liệu khí tượng............................................................... 27
3.1.1.

Kết quả phân tích dữ liệu khí tượng biến động theo nhiệt độ trung bình

tháng từ năm 1980-2011................................................................................. 27
3.1.2.

Phân tích kết quả biến đổi nhiệt độ trung bình theo ngày........................29

3.2. So sánh dữ liệu khí tượng biến đổi theo giờ và phân tích nhiệt độ biến đổi
theo giờ trên bản đồ nội suy........................................................................... 34
3.2.1.

So sánh dữ liệu khí tượng biến đổi theo giờ............................................. 34

3.2.2.

Phân tích nhiệt độ biến đổi theo giờ trên bản đồ nội suy.........................35

3.4. Đề xuất một số biện pháp giảm thiểu hiện tượng đảo nhiệt đô thị ở khu vực
trung tâm thành phố Hà Nội.......................................................................... 47
3.4.1.

Tác dụng của cây xanh đối với hiện tượng đảo nhiệt đô thị.....................47

3.4.2.

Tác dụng gia tăng Albedo đối với bề mặt đô thị......................................51

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ........................................................................ 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 57

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. Các đặc điểm cơ bản của hiện tượng đảo nhiệt đô thị bề mặt và khí quyển
[13] ..............................................................................................................................
Bảng 2. Danh sách các quận khu vực nội thành thành phố Hà Nội [4]. ...................
Bảng 3. Dữ liệu khí hậu Hà Nội (1898-1990) [26] ..................................................
Bảng 4.

Thống kê dữ liệu thời tiết sử

Bảng 5.

Nhiệt độ trung bình ngày tại

...................................................................................................................................
Bảng 6. Nhiệt độ mặt đất tại tọa độ các trạm quan trắc từ bản đồ phân bố nhiệt .....
Bảng 7. Kết quả chụp ảnh nhiệt hồng ngoại tại các vị trí đo đạc và chọn dải nhiệt độ
o

o

từ 84 -140 F (28,9-60 C) .........................................................................................
Bảng 8. Kết quả kiểm chứng của biện pháp sơn .......................................................

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình1. Hình ảnh mô tả hiện tượng đảo nhiệt đô thị [13] .................................................
Hình 2. Tốc độ phát triển nhiệt đô thị ở một số thành phố lớn trên thế giới [10] ............
Hình 3. Trung bình nhiệt độ tháng 9 trong suốt mười năm tại khu vực Kanto từ năm
1907 đến 2007 Nhật Bản [25] ..........................................................................................
Hình 4. Biểu đồ nhiệt độ trung bình thấp nhất hang năm tại trạm Phoenix và trạm tượng
đài quốc gia Casa Grande tại bang Arizona, Hoa Kỳ [15] ...............................................
Hình 5. Nhiệt độ trung bình năm các khu vực phía nam Victoria giai đoạn 1990 – 2000
[17] ...................................................................................................................................
Hình 6. Ảnh vệ tinh Lansat của các điểm đảo nhiệt tại Atlanta [14] ...............................
Hình 7. Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt [13] ...............

Hình 8. Tương quan cường độ năng lượng mặt trời và các bước sóng tới bề mặt [13] ..
9 Hình 9. Biểu đồ nhiệt độ trung bình tháng 6 tại các trạm quan trắc giai đoạn 1980 –
2011 ................................................................................................................................ 27

Hình 10. Biểu đồ nhiệt độ trung bình tháng 7 tại các trạm quan trắc từ năm 1980 – 2011
........................................................................................................................................ 28

Hình 11. Biểu đồ nhiệt độ trung bình tháng 1 tại các trạm quan trắc từ năm 1980 – 2011
........................................................................................................................................ 28

Hình 12. Bản đồ phân bố bề mặt khu vực thành phố Hà Nội [22] ................................
Hình 13. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng
........................................................................................................................................
Hình 14. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng
........................................................................................................................................
Hình 15. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng
........................................................................................................................................
Hình 16. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng
........................................................................................................................................
Hình 17. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng
........................................................................................................................................
Hình 18. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng
........................................................................................................................................

vii


Hình 19. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng 10 năm 2012
........................................................................................................................................ 33

Hình 20. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng 11 năm 2012 33
Hình 21. Biểu đồ nhiệt độ trung bình giờ các trạm ngày 20 tháng 6 năm 2011 ............
Hình 22. Biểu đồ nhiệt độ trung bình giờ các trạm ngày 30 tháng 11 năm 2012 ..........
Hình 23. Biểu đồ nhiệt độ trung bình giờ các trạm ngày 5 tháng 1 năm 2013 ..............
Hình 24. Biểu đồ nhiệt độ trung bình giờ các trạm ngày 4 tháng 5 năm 2013 ..............
Hình 25. Biểu đồ nhiệt độ trung bình giờ các trạm ngày 24 tháng 03 năm 2013 ..........
Hình 26. Biểu đồ nhiệt độ trung bình giờ các trạm ngày 16 tháng 05 năm 2013 ..........
Hình 27. Bản đồ nội suy nhiệt độ 6h và 15h ngày 5 tháng 1 năm 2013 ........................
Hình 28.

Bản đồ nội suy nhiệt độ 6h và 1

Hình 29.

Bản đồ nội suy nhiệt độ 6h và 1

Hình 30.

Bản đồ nội suy nhiệt độ 6h và 1

Hình 31.

Vị trí tương đối giữa các trạm q

Hình 32.Bề mặt che phủ xung quanh trạm Nguyễn Văn Cừ và Trạm Lăng……….41
Hình 33.

Bề mặt che phủ xung quanh trạ

Hình 34.

Bề mặt che phủ xung quan trạm

Hình 35.

Bề mặt che phủ xung quan trạm

Hình 36. Hình bên trái ảnh màu tự nhiên chụp từ vệ tinh, hình bên phải ảnh nhiệt chụp
từ vệ tinh L5 ngày 24/9/2011 [24] .................................................................................
Hình 37. Bản đồ hồng ngoại nhiệt khu vực Hà Nội từ vệ tinh Landsat 5 ngày
29/11/2011 .....................................................................................................................
Hình 38. Histogram LST ................................................................................................
Hình 39. Bản đồ LST khu vực thành phố Hà Nội theo phương pháp NOR ngày
24/09/2011 .....................................................................................................................
Hình 40.

Một số hình ảnh đo đạc thực ng

Hình 41.

Mô hình khu vực mái sơn được

Hình 42.

Một số hình ảnh kiểm chứng k

viii


UHI

BXMT
ĐHKK
TPHCM
NVC
LST

ix


MỞ ĐẦU
Theo Luke Howard (1810), hiện tượng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island UHI): “Là hiện tượng khu vực trung tâm đô thị ấm hơn đáng kể so với khu vực
ngoại ô xung quanh do các hoạt động của con người [19].
Hiện tượng này đã xảy ra mạnh mẽ ở các thành phố lớn trên thế giới như Toky-o, Bờ-rút-xen, Luân Đôn, … Đã có nhiều nghiên cứu về UHI, nhiều biện pháp
khắc phục đã được đề xuất cũng như áp dụng nhằm giải quyết hiện tượng UHI,
trong đó thiết kế đô thị và quy hoạch đô thị đặc biệt quan trọng trong việc giải quyết
vấn đề này.
Khu vực trung tâm thành phố Hà Nội bao gồm 12 quận, dân số khoảng 2,5
2

triệu người (chiếm 38% dân số Hà Nội), mật độ dân số hơn 10 nghìn người/1 km ,
riêng các quận Đống Đa, Hai Bà Trưng, Hoàn Kiếm, mật độ dân số lên đến gần 30
2

nghìn người/1 km [4]. Cùng với những hoạt động thương mại, dịch vụ, sinh hoạt,
tiêu thụ năng lượng, và hiện trạng sử dụng, quy hoạch đất, không gian… khu vực
trung tâm thành phố Hà Nội đã có những dấu hiệu cho thấy xuất hiện hiện tượng
UHI vào các ngày nắng nóng [2]. Do đó, Hà Nội sẽ phải đối mặt với những tác động
mạnh mẽ của UHI trong tương lai không xa nếu như không có những giải pháp hợp
lý.
Mặc dù Hà Nội có thể chưa phải là một điểm nóng xảy ra hiện tượng đảo

nhiệt đô thị, tuy nhiên cần thiết phải có các nghiên cứu về dấu hiệu của hiện tượng
này để có những đề xuất về thiết kế đô thị thích hợp dựa trên những bài học quốc tế
nhằm chủ động ứng phó với vấn đề ngay trong giai đoạn đầu khi những tác động
của UHI chưa ảnh hưởng sâu sắc đến đời sống con người.
Xuất phát từ lý do đó, học viên đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu hiện tượng
đảo nhiệt đô thị tại khu vực trung tâm thành phố Hà Nội và đề xuất một số biện
pháp giảm thiểu” làm đề tài nghiên cứu của Luận văn Thạc sỹ
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:



Nghiên cứu các dấu hiệu và đánh giá mức độ của hiện tượng
đảo nhiệt

đô thị (UHI) tại khu vực trung tâm thành phố Hà Nội.



Đề xuất một số giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng của hiện
tượng đảo nhiệt đô thị cho khu vực trung tâm thành phố Hà Nội.

1


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị trên thế giới và Việt Nam

1.1.1. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt trên thế giới

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị (UHI) được Luke Howard mô tả lần đầu tiên khi
ông phát hiện nhiệt độ không khí tại thành phố Luân Đôn cao hơn khu vực nông
O

O

thôn 3,7 F vào ban đêm và 0,34 F vào ban ngày [23]. Hình 1 cho thấy hình ảnh
điển hình mô tả hiện tượng UHI.
Sự chênh lệch nhiệt độ vào ban đêm thường lớn hơn sự chênh lệch nhiệt độ
vào ban ngày và rõ ràng nhất khi tốc độ gió yếu. Hiện tượng này cũng diễn ra rõ rệt
giữa mùa đông và mùa hè. Nhiệt độ không khí trung bình của thành phố có từ
o

khoảng 1 triệu dân trở lên có thể cao hơn khu vực xung quanh từ 1-3 C; vào những
o

đêm lặng gió và quang mây sự chênh lệch nhiệt độ này có thể lên tới 12 C. Thậm
chí, hiện tượng UHI cũng có thể xuất hiện ở các thành phố và các đô thị nhỏ, mặc
dù có thể không rõ rệt [13].

Hình1. Hình ảnh mô tả hiện tượng đảo nhiệt đô thị [13]
Hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã diễn ra mạnh mẽ ở nhiều đô thị lớn trên thế
giới như Tokyo, Thượng Hải, Lốt An-giơ-let, San Đi-ê-gô… Nhiệt độ không khí ở
o

các đô thị này tăng khoảng 0,2 - 0,8 C trong một thập kỷ (Hình 2).

2

Hình 2. Tốc độ phát triển nhiệt đô thị ở một số thành phố lớn trên thế giới [10]
Hình 3 cho thấy kết quả nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tạo
Tokyo, Nhật Bản.

Hình 3. Trung bình nhiệt độ tháng 9 trong suốt mười năm tại khu vực Kanto từ
năm 1907 đến 2007 Nhật Bản [25]
Theo đó, từ cuối thập niên 80, nhiệt độ không khí trung bình tháng 9 tại
o

thành phố này đã gia tăng và cao hơn các thành phố lân cận từ 1-3 C.
Hiện tượng đảo nhiệt đô thị đồng thời cũng làm tăng nhiệt độ của trung bình
thấp nhất theo ngày. Theo nghiên cứu về UHI tại Phoenix, Hoa Kỳ, trong giai đoạn

3


1950 tới 2006, nhiệt độ trung bình thấp nhất theo ngày trong năm ở khu vực đô thị
tại trạm Phoenix cao hơn rất nhiều nhiệt độ trung bình thấp nhất theo ngày tại khu
vực nông thôn tại trạm tượng đài Casa Grande nằm giữa hai thành phố lớn (Hình 4).

Hình 4. Biểu đồ nhiệt độ trung bình thấp nhất hang năm tại trạm Phoenix và
trạm tượng đài quốc gia Casa Grande tại bang Arizona, Hoa Kỳ [15]
Ở
Úc, nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại khu vực Nam
Victoria
trong giai đoạn 1900 - 2000, cho thấy hiện tượng đảo nhiệt đô thị đã xuất hiện tại
thành phố Melbourne (Hình 5). Do ảnh hưởng của hiện tượng đảo nhiệt đô thị, nhiệt
độ trung bình năm tại thành phố Melbourne đã rút ngắn chênh lệch với nhiệt độ
trung bình năm tại các các vùng khác thuộc khu vực Nam Victoria từ năm 1960.

4


Hình 5. Nhiệt độ trung bình năm các khu vực phía nam Victoria giai đoạn
1990 – 2000 [17]
1.1.2.

Phân loại hiện tượng đảo nhiệt đô thị
Đảo nhiệt xảy ra cả trên bề mặt đô thị và khí quyển. Hai loại đảo nhiệt đô thị

này khác nhau ở cách hình thành, các phương pháp kĩ thuật được sử dụng để xác
định và đo đạc, ảnh hưởng và phương pháp để giảm thiểu chúng (Bảng 1).
Bảng 1. Các đặc điểm cơ bản của hiện tượng đảo nhiệt đô thị bề mặt và khí quyển [13]

Đặc điểm
Biểu hiện
theo
gian

Cường
lớn nhất

Phương
pháp
nghiên cứu
Phương
pháp mô tả


5

Đảo nhiệt đô thị bề mặt:
Vào mùa hè, ánh mặt trời làm khô nóng bề mặt các đô thị như mái nhà, vỉa
hè… làm nhiệt độ bề mặt tại các khu vực không thấm nước của đô thị có thể cao
hơn không khí khoảng từ 27 - 50°C, trong khi nhiệt độ bề mặt của các khu vực cây
xanh, thảm cỏ, bề mặt thấm ướt hay có bóng râm – thường ở khu vực ngoại ô xung
quanh – xấp xỉ bằng nhiệt độ không khí. Đảo nhiệt đô thị bề mặt thường xuất hiện
đặc trưng vào cả ban ngày và đêm, nhưng hiện tượng này được nhìn thấy rõ ràng
nhất vào ban ngày khi có mặt trời chiếu sáng.


Đảo nhiệt đô thị bề mặt có thể xác định và đo đạc gián tiếp qua ảnh vệ tinh

bằng phương pháp viễn thám, ghi lại năng lượng được phản chiếu và phát thải ra
từ mặt đất bao gồm bề mặt mái nhà, vỉa hè, thảm thực vật, mặt đất và nước. Tất
cả các bề mặt tỏa ra năng lượng nhiệt được phát sinh từ bước sóng dài. Các công
cụ trên ảnh vệ tinh hay các loại viễn thám khác có thể xác định và đo đạc những
bước sóng dài đưa ra biểu thị của nhiệt độ. Một vài thành phố ở khu vực Atlanta,
Hoa Kỳ cũng đã sử dụng ảnh vệ tinh Lansat (Hình 6) để phân loại bề mặt đất và
xác định đảo nhiệt.

Hình 6. Ảnh vệ tinh Lansat của các điểm đảo nhiệt tại Atlanta [14]



Tuy nhiên, đo đạc bề mặt nhiệt độ bởi phương pháp viễn thám có một vài

giới hạn. Thứ nhất là do không chụp được các bức xạ phát thải theo chiều dọc
tường của tòa nhà, bởi vì các thiết bị hầu hết chỉ quan sát được những phát thải

theo chiều ngang của bề mặt như mặt đường, mái nhà hay ngọn cây. Thứ hai, dữ
liệu viễn thám đại diện cho bức xạ đã xuyên qua không khí hai lần, bước sóng
dài từ

6


mặt trời tới trái đất sau đó là từ trái đất đến khí quyển. Như vậy, dữ liệu phải
được hiệu chỉnh để ước tính chính xác tính chất bề mặt bao gồm cả phản xạ năng
lượng mặt trời và nhiệt độ.
Đảo nhiệt đô thị khí quyển:


Đảo nhiệt đô thị khí quyển thường yếu vào cuối buổi sáng và suốt cả ngày

và trở nên mạnh sau khi mặt trời lặn bởi sự tỏa nhiệt từ bề mặt cơ sở hạ tầng đô
thị. Nhiệt độ trung bình năm của một thành phố với từ một triệu dân trở lên có
thể ấm hơn khu vực xung quanh khoảng 1 - 3°C. Tuy nhiên, vào những ngày trời
quang, lặng gió, sự chênh lệch nhiệt độ có thể lên đến 12°C.


Nhiệt độ khí quyển thường được đo ở độ cao cách mặt đất 1,5 m đó là điểm

tiêu chuẩn đo đạc thời tiết. Tất cả các nguồn dữ liệu đều có thể sử dụng cho việc
nghiên cứu đảo nhiệt khí quyển bao gồm các trạm quan trắc thời tiết quốc gia,
trạm thời tiết quân đội, mạng lưới các trạm quan trắc ở đô thị và các vùng miền,
hay các dữ liệu đo đạc thực tế, các dữ liệu trên một số thiết bị máy móc trên ô tô
hoặc máy bay.


Tương tự như những đo đạc bề mặt, đo đạc nhiệt độ không khí cũng có

những hạn chế. Mối liên hệ giữa nhiệt độ bề mặt và không khí giảm khi độ cao
tăng. Do đó, khả năng nhiệt độ không khí phản ánh tin cậy nhiệt bề mặt phụ
thuộc vào
độ cao của vị trí đo đạc. Sử dụng phương pháp đo đạc không khí để đánh giá đảo
nhiệt cũng bị ảnh hưởng bởi vài yếu tố:
-

Dữ liệu nhiệt độ cần phải có được từ các trạm quan trắc cả các vùng đô thị

và khu vực lân cận gần đô thị;
-

Các nghiên cứu phải cân nhắc những sự thay đổi của thiết bị đo đạc, mẫu

chọn, phương pháp ghi nhận dữ liệu và các trạm vi khí hậu;
-

Việc so sánh giữa nhiệt độ đô thị và các vùng lân cận trở nên ít có giá trị

như các khu vực xung quanh sân bay bị đô thị hóa, bởi vì sân bay thường được
coi như một nguồn khu vực lân cận đô thị.

7


1.1.3. Nguyên nhân của hiện tượng đảo nhiệt đô thị
 Mức độ che phủ thực vật thấp ở khu vực đô thị:
Thực vật và không gian mở là dạng cảnh quan nổi bật ở khu vực nông thôn. Cây

cối và các loài thực vật tạo bóng mát giúp giảm nhiệt độ bề mặt, chúng cũng giúp
nhiệt độ không khí giảm xuống nhờ quá trình bốc hơi nước. Ngược lại, bề mặt của
khu vực đô thị khô, không thấm nước như mái nhà, đường hố, khu đỗ xe [13]. Tại
các thành phố phát triển, thảm thực vật dần bị thay thế bởi các bề mặt vỉa hè, đường
phố và những tòa nhà. Sự thay đổi bề mặt che phủ này là nguyên nhân dẫn đến các
khu đô thị bị mất bóng mát và độ ẩm. Điều này làm giảm khả năng bốc hơi nước
dẫn đến gia tăng nhiệt độ bề mặt và không khí. Hình 7 cho thấy sự khác biệt về khả
năng bốc hơi nước và thấm nước giữa khu vực có mức độ che phủ thực vật cao và
khu vực không có cây xanh tại đô thị.

Hình 7. Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt [13]
 Thành phần vật liệu bề mặt đô thị
Thành phần vật liệu bề mặt đô thị ảnh hưởng đến mức độ phản xạ, hấp thụ
hay phát xạ của năng lượng mặt trời vì mức độ phản xạ ánh sáng mặt trời, phát thải
nhiệt và nhiệt dung sẽ ảnh hưởng tới mức độ đảo nhiệt đô thị.

8


Hình 8. Tương quan cường độ năng lượng mặt trời và các
bước sóng tới bề mặt [13]
Ánh sáng mặt trời đến Trái đất có 5% tia cực tím, 43% ánh sáng nhìn thấy từ
ánh sáng đỏ đến tím, 52% tia hồng ngoại. Hình 8 cho ta thấy sự tương quan của các
sóng và cường độ năng lượng. Phần lớn năng lượng mặt trời nằm ở các bước sóng
dài trong vùng nhìn thấy, do đó sự phản xạ năng lượng (hay albedo, là phần trăm
năng lượng bị phản xạ bởi mặt đất) có liên quan mật thiết tới màu sắc của bề mặt.
Bề mặt tối có xu hướng albedo thấp hơn bề mặt sáng.
`

Vật liệu bề mặt khu vực đô thị chủ yếu là mái nhà, vỉa hè, đường phố nên

albedo sẽ thấp hơn khu vực nông thôn xung quanh. Điều này dẫn đến khả năng
phản xạ nhiệt của bề mặt thấp đồng thời hấp phụ cao khiến cho gia tăng nhiệt độ bề
mặt và không khí.
Một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đó là nhiệt dung của
vật liệu tức là khả năng dự trữ nhiệt của vật liệu. Rất nhiều vật liệu xây dựng như
đá, thép có nhiệt dung cao hơn các vật liệu ở khu vực nông thôn như cát, sỏi. Kết
quả là các khu vực thành thị sẽ giữ năng lượng mặt trời dưới dạng nhiệt bởi cơ sở hạ
tầng của các khu vực này. Những khu vực trung tâm, nhiệt bị hấp phụ vào bề mặt có
khả năng lớn hơn gấp đôi khu vực nông thôn lân cận [13].

9


 Cấu trúc hình học của khu vực đô thị
Cấu trúc hình học của khu vực đô thị là yếu tố thể hiện kích thước, chiều,
hướng và khoảng không của các tòa nhà trong khu vực đô thị. Cấu trúc hình học đô
thị ảnh hưởng đến hướng gió, khả năng hấp thụ năng lượng, và có những bề mặt có
khả năng phát thải ra bước sóng phản xạ dài quay trở lại không khí.
Ở
đối

các khu vực phát triển, những bề mặt và cấu trúc thường có những

tượng ảnh hưởng đến việc thoát nhiệt như các toà nhà cao. Đặc biệt vào buổi tối,
không khí phía trên của khu vực trung tâm thường cao hơn khu vực nông thôn. Đối
với yếu tố cấu trúc hình học của khu vực đô thị, các nhà nghiên cứu tập trung vào
khía cạnh mái che đô thị (urban canopy) nghĩa là những khoảng cách hẹp giữa các
tòa nhà cao tầng. Ban ngày, các mái che đô thị có thể có những ảnh hưởng trái
ngược. Một mặt, các tòa nhà cao tầng có thể tạo ra bóng mát, giảm nhiệt độ bề mặt

và không khí. Mặt khác, khi ánh nắng mặt trời chiếu đến khu vực này, năng lượng
mặt trời sẽ bị phản xạ và hấp thụ vào tường của các nhà cao tầng, điều này làm giảm
albedo của khu đô thị và có thể dẫn đến gia tăng nhiệt độ. Vào ban đêm, nhìn chung
những mái che đô thị này làm cản trở sự làm mát bởi vì những tòa nhà và cấu trúc
có thể ngăn cản nhiệt độ thoát ra khỏi cơ sở hạ tầng đô thị [13].
 Nhiệt phát thải từ hoạt động của con người
Nhiệt lượng này có nhiều nguồn phát thải nhưng chủ yếu từ sử dụng các thiết
bị làm mát, làm nóng, phương tiện giao thông vận tải, quá trình công nghiệp. Đối
với cơ sở hạ tầng và các hoạt động đô thị với việc sử dụng nhiều năng lượng từ các
toà nhà và phương tiện giao thông vận tải phát thải ra nhiệt. Nhiệt thải từ hoạt động
này không đáng kể vào mùa hè nhưng vào mùa đông nó đóng góp một phần lớn vào
hiện tượng đảo nhiệt đô thị [13].
 Các yếu tố khác: Thời tiết và địa lý có ảnh hưởng rất lớn đến hiện tượng
đảo
nhiệt đô thị [13].
- Thời tiết: Hai yếu tố đầu tiên của thời tiết ảnh hưởng đến đảo nhiệt đô thị
là:
gió và mây. Nhìn chung, đảo nhiệt đô thị thường kéo dài trong khi lặng gió và
không mây bởi vì những điều kiện này làm tối đa năng lượng mặt trời tới bề mặt và


10


tối thiểu lượng nhiệt được đối lưu trở lại. Ngược lại, gió mạnh và nhiều mây che
phủ ngăn chặn hiện tượng đảo nhiệt.
-

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

thành phố ảnh hưởng đến đảo nhiệt đô thị. Ví dụ, phần lớn địa hình là nước sẽ cân
bằng nhiệt độ và có thể tạo ra gió để đối lưu nhiệt độ. Gần các dãy núi có thể ngăn
cản gió đến thành phố hoặc tạo ra những loại gió mà có thể vượt qua một thành phố.
1.1.4. Tác động của hiện tượng đảo nhiệt đô thị
Nhiệt độ tăng cao từ ảnh hưởng của đảo nhiệt đô thị, đặc biệt vào mùa hè có
những ảnh hưởng đến môi trường dân cư và chất lượng cuộc sống. Trong khi đảo
nhiệt đô thị có một vài ảnh hưởng dường như tích cực như kéo dài mùa tăng trưởng
của cây cối, nhưng có một số ảnh hưởng tiêu cực bao gồm:
 Gia tăng tiêu thụ năng lượng
Gia tăng nhiệt độ đô thị đặc biệt vào mùa hè là nguyên nhân tăng nhu cầu
năng lượng cho hệ thống làm mát và thêm áp lực cho mạng lưới điện trong những
thời điểm nhu cầu sử dụng cao nhất, điều này nhìn chung xảy ra vào những ngày hè
nóng khi các khu văn phòng, nhà ở sử dụng hệ thống làm mát, đèn chiếu sáng và
các máy móc thiết bị. Nhu cầu sử dụng năng lượng tăng 1,5 đến 2% cho khoảng 0,6
o

C nhiệt độ gia tăng [13]. Như gia tăng khoảng 32-42% năng lượng cho hệ thống

làm mát vào mùa hè tại Luân Đôn. Tuy nhiên, đối với mùa đông có thể giúp giảm
thiểu việc sử dụng năng lượng chỉ bằng khoảng 66-85% so với khu vực ngoài đảo
nhiệt .
 Tăng ô nhiễm khí thải và phát thải các khí nhà kính
Sự gia tăng nhiệt độ chính là nguyên nhân gia tăng nhu cầu sử dụng năng
lượng điều đó dẫn đến gia tăng ô nhiễm khí thải và phát thải các khí nhà kính. Hiện
nay, năng lượng điện đa số được sản xuất từ nhiệt điện hoặc thủy điện. Do đó, ô
nhiễm từ các nhà máy sản xuất này bao gồm khí SO 2, NOx, Hg, CO, bụi. Những khí
thải này ảnh hưởng đến sức khỏe con người và là tác nhân gây ra những vấn đề về
chất lượng không khí như mưa axit.
 Ảnh hưởng đến sức khỏe con người

11


Tăng nhiệt độ bề mặt ban ngày, giảm nhiệt độ làm mát ban đêm, và gia tăng
mức độ ô nhiễm không khí do hiện tượng đảo nhiệt đô thị có thể gây tác động đến
sức khỏe con người như hô hấp khó khăn, sự khó chịu, tử vong liên quan đến nhiệt
độ [13].
Đảo nhiệt đô thị cũng có thể tăng cường ảnh hưởng của các sóng nhiệt trong
trời gian nóng bất thường và thường ẩm. Dân số nhạy cảm như trẻ em và người già
thường gặp rủi ro về sức khỏe trong những thời điểm như vậy. Năm 1995, vào giữa
tháng 7 nhiệt độ quá cao ở vùng Trung Tây nước Mỹ là nguyên nhân gây ra 1,000
cái chết. Trung tâm Kiểm soát bệnh tật đã thống kê từ năm 1979 tới 1999, nhiệt độ
quá cao đã gây ra 8,000 cái chết ở Hợp chủng quốc Hoa Kỳ. Các con số này vượt
quá tỷ lệ tử vong gây ra do bão, sấm sét, lũ lụt và động đất cộng lại [13].
 Suy giảm chất lượng nước
Nhiệt độ bề mặt tăng cao là nguyên nhân gây suy giảm chất lượng nước mà
nguyên nhân chính là do ô nhiễm nhiệt. Nhiệt độ bề mặt đường, mái nhà đạt mức 27
o

– 50 C hơn nhiệt độ không khí. Nhiệt độ nước bề mặt ở đô thị cao hơn khu vực
o

nông thôn khoảng 11- 17 C vào lúc giữa trưa mùa hè khi nhiệt độ bề mặt đô thị cao
o

hơn nhiệt độ không khí khoảng 11- 19 C. Khi mưa xuống nhiệt độ bề mặt này sẽ
làm gia tăng nhiệt độ mặt nước. Nghiên cứu ở Arlington, Virginia, ghi nhận nhiệt độ
o

bề mặt nước tăng 4 C trong khoảng bốn mươi phút sau khi có những cơn mưa mùa

hè [13].
Nhiệt độ nước ảnh hưởng đến tất cả các khía cạnh của môi trường nước, đặc
biệt là sự trao đổi chất, sinh sản của rất nhiều sinh vật nước. Sự thay đổi nhiệt độ
nhanh chóng thay đổi hệ sinh thái nước gây ra sốc nhiệt cho các sinh vật trong
nước.
1.1.5. Tổng quan về hiện tượng đảo nhiệt đô thị tại Việt Nam
Một số dấu của hiện tượng hiện nay đảo nhiệt đô thị hiện nay mới được nhận
biết và bước đầu nghiên cứu tại 2 đô thị đặc biệt là Hà Nội và thành phố Hồ Chí
Minh trong đó:
 Thành phố Hồ Chí Minh:

12


Nằm trong vùng chuyển tiếp giữa miền Đông Nam Bộ và Tây Nam
Bộ.Thành phố Hồ Chí Minh (TP HCM) bao gồm 19 quận và 5 huyện, tổng diện tích
2.095,06 km². Theo kết quả điều tra dân số chính thức vào thời điểm 0 giờ ngày 1
tháng 4 năm 2009 thì dân số thành phố là 7.162.864 người (chiếm 8,34% dân số
Việt Nam), mật độ trung bình 3.419 người/km². Đến năm 2011 dân số thành phố
tăng lên 7.521.138 người[1]. Đến thời điểm 0 giờ ngày 1/4/2014 thì dân số thành
phố đạt 7.955.000 người. Tuy nhiên nếu tính những người cư trú không đăng ký thì
dân số thực tế của thành phố vượt trên 10 triệu người. Dưới tác động của quá trình
đô thị hóa tại TPHCM giai đoạn 1989-2006 đã làm tăng cường các bề mặt không
thấm, từ đó gây tác động đến nền nhiệt độ chung trên toàn thành phố theo xu hướng
tăng nóng [6]. Kết quả ứng dụng viễn thám trích xuất nhiệt độ bề mặt đô thị đã xác
định được độ lớn và không gian mở rộng của các “Đảo nhiệt đô thị bề mặt”, với độ
o

o

chênh lệch nhiệt độ bề mặt giữa khu vực đô thị và nông thôn khoảng 11 C – 12 C
trên ảnh năm 2006. Độ lớn không gian của các đảo nhiệt đô thị bề mặt tăng từ 6 đến
26 lần, đặc biệt đảo nhiệt lớn nhất tập trung ở khu vực nội thành với diện tích gần
29.000ha. Đảo nhiệt đô thị tác hại đến môi trường và sức khỏe con người rất lớn. Vì
vậy, cần thiết phải thực hiện hạ thấp nhiệt độ của đảo nhiệt để giúp thành phố thân
thiện hơn với môi trường, bảo đảm sức khỏe con người, giảm nhu cầu năng lượng,
giảm lãng phí nguồn nước theo mục tiêu phát triển bền vững [6].
 Thành phố Hà nội:
Hà Nội là Thủ đô của nước Việt Nam từ năm 1976 đến nay, là thành phố lớn
nhất Việt Nam về diện tích với 3328,9 km2, đồng thời cũng là địa phương đứng thứ
nhì về dân số. Dân số Hà Nội là 6.451.909 người (2009) [4].
Theo GS.TS.Nguyễn Hữu Ninh, chuyên gia về biến đổi khí hậu, Hà Nội đang
phát triển theo hướng xa rời các tiêu chí xanh. Bê tông hóa và kính hóa làm tăng
nguy cơ hấp thụ nhiệt dưới mặt đất, khiến lớp không khí cách mặt đất 100m đổ lại
trở nên nóng hơn, nung nóng mặt đất lâu hơn. Quá nhiều nhà cao tầng trong khi tỷ
lệ không gian trống giữa các tòa nhà và trên các tuyến đường ngày càng ít làm cho
đối lưu không khí ngày càng bị hạn chế, tạo ra chế độ tiểu khí hậu cục bộ, vừa

13


gây ô nhiễm không khí vừa làm tăng oi bức [2]. Trong khi đó, diện tích tuyệt đối và
tỷ lệ cây xanh, vốn có chức năng hấp thụ cả khí CO 2 lẫn hấp thu nhiệt lại không
được đảm bảo [2].
Trên 9 quận nội thành của Hà Nội có 45 nghìn cây xanh, nhưng lại tập trung
chủ yếu ở 4 quận cũ là Ba Đình, Hoàn Kiếm, Hai Bà Trưng và Đống Đa [2].
Theo cảnh báo của GS.TSKH Nguyễn Đức Ngữ (Trung tâm Khoa học Công
nghệ khí tượng, thủy văn và môi trường), Hà Nội sẽ chịu "hiệu ứng đảo nhiệt", nhiệt
độ khi đó sẽ cao hơn các vùng xung quanh, có thể đạt những kỷ lục mới cùng với sự
kéo dài hơn của mùa nóng, sự gia tăng các đợt và số ngày nắng nóng [2].

Hiện tượng nắng nóng được ghi nhận tháng 5 và 6 năm 2015 vừa qua tại khu
vực Hà Nội cũng như cả khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ, cao nhất trong hơn 40
năm qua (từ năm 1971 trở lại đây). Cùng với kỷ lục về nhiệt độ không khí, sự tăng
điện năng tiêu thụ trong những ngày vừa qua cũng đạt mức kỷ lục. Theo Tổng công
o

ty điện lực TP Hà Nội: ngày 24/5/2015 nhiệt độ dao động trong khoảng 25 C o

36 C, sản lượng điện năng tiêu thụ là 41.520 MWh, công suất đỉnh đạt 2.027MW và
ngày 25/5/2015 sản lượng điện năng tiêu thụ là 46.539MWh, công suất đỉnh lên tới
2.462 MW [2].
Nguyên nhân của nắng nóng ở Hà Nội, trước hết là do bức xạ mặt trời, đặc
biệt là trực xạ của mặt trời ở nước ta có cường độ rất cao. Thời điểm cuối tháng 5 là
lúc mặt trời ở vị trí cao nhất trên bầu trời và vào giữa trưa mặt trời ở sát thiên đỉnh.
Đây cũng là giai đoạn trời ít mưa, quang mây nên cường độ bức xạ trực xạ của mặt
trời là lớn nhất trong năm. Theo dữ liệu thời tiết của Hà Nội từ năm 1996 - 2005 cho
thấy cường độ bức xạ trực xạ trung bình của mặt trời từ 10h đến 14h có những ngày
trong tháng 5 có thể đạt từ 800W/m2 đến hơn 900W/m2 (cường độ bức xạ mặt trời
ở ngoài vùng khí quyển là 1350W/m2) [2]. Nguyên nhân thứ hai là do sự hoạt động
của áp thấp nóng phía Tây, có nguồn gốc từ vùng trung tâm ở khu vực Ấn Độ và
Myanmar, cộng thêm với gió mùa nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương vượt qua
Trường Sơn thổi vào đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam gây ra “hiệu
ứng Phơn” làm cho không khí trở nên nóng và khô. Nguyên nhân thứ ba là hiện

14