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


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.



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.

...................................................................................................................................35
Bảng 6. Nhiệt độ mặt đất tại tọa độ các trạm quan trắc từ bản đồ phân bố nhiệt .....46
Bảng 7. Kết quả chụp ảnh nhiệt hồng ngoại tại các vị trí đo đạc và chọn dải nhiệt độ
từ 84 -140 oF (28,9-60 oC) .........................................................................................48
Bảng 8. Kết quả kiểm chứng của biện pháp sơn .......................................................53

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình1. Hình ảnh mô tả hiện tượng đảo nhiệt đô thị [13] ................................................. 2
Hình 2. Tốc độ phát triển nhiệt đô thị ở một số thành phố lớn trên thế giới [10] ............ 3
Hình 3. Trung bình nhiệt độ tháng 9 trong suốt mười năm tại khu vực Kanto từ năm
1907 đến 2007 Nhật Bản [25] .......................................................................................... 3
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]............................................... 4
Hình 5. Nhiệt độ trung bình năm các khu vực phía nam Victoria giai đoạn 1990 – 2000
[17] ................................................................................................................................... 5
Hình 6. Ảnh vệ tinh Lansat của các điểm đảo nhiệt tại Atlanta [14] ............................... 6
Hình 7. Hình ảnh đặc điểm độ thấm nước và thoát hơi nước của bề mặt [13] ............... 8
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] ................................ 29
Hình 13. Biểu đồ nhiệt độ trung bình ngày tại các trạm quan trắc tháng 8 năm 2009
........................................................................................................................................ 30

Hình 33. Bề mặt che phủ xung quanh trạm Láng và Trạm Hà Đông ............................ 42
Hình 34. Bề mặt che phủ xung quan trạm quan trắc Sơn Tây và Ba Vì ........................ 42
Hình 35. Bề mặt che phủ xung quan trạm quan trắc Hải Dương và Hà Nam ............... 42
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] ................................................................................. 43
Hình 37. Bản đồ hồng ngoại nhiệt khu vực Hà Nội từ vệ tinh Landsat 5 ngày
29/11/2011 ..................................................................................................................... 44
Hình 38. Histogram LST ................................................................................................ 45
Hình 39. Bản đồ LST khu vực thành phố Hà Nội theo phương pháp NOR ngày
24/09/2011 ..................................................................................................................... 45
Hình 40. Một số hình ảnh đo đạc thực nghiệm .............................................................. 50
Hình 41. Mô hình khu vực mái sơn được áp dụng thử nghiệm ..................................... 52
Hình 42. Một số hình ảnh kiểm chứng kết quả ............................................................. 53

viii


DANH TỪ VIẾT TẮT

Urban Heat Island

UHI

Hiện tượng đảo nhiệt đô thị

BXMT

Bức xạ mặt trời

ĐHKK

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

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).

Ban đêm: 7 - 12 oC
Phương
pháp
nghiên cứu

Đo đạc gián tiếp:
Viễn thám

Đo đạc trực tiếp:
- Các trạm quan trắc thời tiết
- Trạm di động

Phương
pháp mô tả

Hình ảnh nhiệt

- Biểu đồ đẳng nhiệt
- Biểu đồ đường nhiệt độ

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

 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



`

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

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 SO2, NOx, Hg, CO, bụi. Những khí
thải này ảnh hưởng đến sức khỏe con người và là tác nhân gây ra những vấn đề về
chất lượng không khí như mưa axit.

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
chênh lệch nhiệt độ bề mặt giữa khu vực đô thị và nông thôn khoảng 11oC – 12oC
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

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


tượng El Nino đang diễn ra khiến nhiệt độ mặt nước biển ở Thái Bình Dương ấm
lên, gây ra thời tiết nóng nực, khô hạn khắp châu Á. Ba nguyên nhân này mang tính
lãnh thổ rộng lớn, có tính khách quan không thể tránh được. Ngoài các nguyên nhân
kể trên còn có nguyên nhân thứ tư gây nên nắng nóng kỷ lục ở Hà Nội trong thời
gian qua là nguyên nhân có tính cục bộ, thường xảy ra trong một đô thị, được gọi là
“hiệu ứng đảo nhiệt đô thị". Hiện tượng “hiệu ứng đảo nhiệt đô thị” rất nghiêm
trọng ở khí hậu nhiệt đới, khi mà các bề mặt xây dựng không được che nắng và
không gian xanh không thể ngăn chặn ánh nắng mặt trời trực tiếp, cũng như hấp thụ
bớt lượng nhiệt phát sinh từ các hoạt động của đô thị (các công trình kiến trúc chạy
máy điều hòa và xe cộ).
1.2.

Tổng quan về khu vực nghiên cứu
Hà Nội là một trong năm thành phố trực thuộc Trung ương của Việt Nam,

cùng với Thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và Cần Thơ. Riêng Hà Nội
và Thành phố Hồ Chí Minh còn được xếp vào đô thị loại đặc biệt, thỏa mãn các tiêu

Mật độ

tích

(Điều tra dân số

(km²)/n

(km²)

ngày 1/4/2009)

gười)

14 phường

9,22

225.910

24.502

Quận Hoàn Kiếm

18 phường

5,29

147.334


8 phường

12,04

225.643

18.741

6

Quận Đống Đa

21 phường

9,96

370.117

37.160

7

Quận Hai Bà Trưng

20 phường

9,6

295.726


17 phường

47,91

233.136

4.866

11

Quận Bắc Từ Liêm

13 phường

43,3534

320.414

7.391

12

Quận Nam Từ Liêm

10 phường

32,2736

232.894


16