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

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 -

C
C
Ủ
Ủ
A
AL
L
U
U
Ậ
Ậ
N
NÁ
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

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

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
Á
Á
N
N
Chương 1:
T
T
Ồ
Ồ
N
N
G
GQ
Q
U
U
A
A
N
N
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

C
Ơ
ƠS
S
Ở
ỞP
P
H
H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
GP
P
H
H
Á

H
Ư
Ư
Ơ
Ơ
N
N
G
GP
P
H
H
Á
Á
P
PN
N
G
G
H
H
I
I
Ê

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.
- 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

c
cn
n
g
g
h
h
i
i
ê
ê
n
nc
c
ứ
ứ
u
u

C
C

n
n
g
g
h
h
i
i
ê
ê
n
nc
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

) (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
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜

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
⎟
⎠

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

- 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
NĐ
Đ
Ộ
Ộ
N
N
G
GĐ
Đ
Ô

Đ
Ộ
ỘB
B
Ề
ỀM
M
Ặ
Ặ
T
TT
T
P
P
H
H
C
C
M
M


-
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

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%.


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

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

), 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.
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

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

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

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

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

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

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


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.
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

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

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

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

TỞ
ỞT
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:


∑∑
−−
(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

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

T
TL
L
U
U
Ậ
Ậ
N
NV
V
À
ÀK
K
I
I
Ế
Ế
N
N
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