Tổng quan hiện tượng đảo nhiệt tại một số đô thị lớn của Việt Nam

Các đô thị của Việt Nam đều đang trong quá trình mở rộng, phát triển làm cho hiện tượng đảo nhiệt trong đô thị lớn ngày càng trầm trọng. Bài viết làm rõ hiện tượng đảo nhiệt tại một số đô thị lớn của Việt Nam.

1. Đặt vấn đề

Việc xây dựng các thành phố lớn thể hiện sự thay đổi cơ bản về hạ tầng, môi trường so với điều kiện tự nhiên. Ở hầu hết các khía cạnh, đô thị hóa có lợi vì nó giúp nâng cao mức sống: Các khu vực thành thị tạo ra hơn 90% tổng giá trị gia tăng toàn cầu [2].

Thật không may, đô thị hóa cũng gây một số hậu quả tiêu cực về môi trường, xã hội và kinh tế. Việc tạo ra các đảo nhiệt đô thị (UHI) là một trong những mối lo ngại như vậy. 

UHI là hiện tượng nhiệt độ của thành phố (hoặc các khu vực trong thành phố) cao hơn so với các khu vực xung quanh. Hiện tượng này là kết quả của hai quá trình: tác động của nhiệt mặt trời trên bề mặt trái đất (bức xạ mặt trời) và nhiệt sinh ra từ các hoạt động của con người (nhiệt do con người gây ra).

Hiệu ứng đảo nhiệt dẫn đến nhiệt độ ban ngày ở khu vực thành thị cao hơn nhiệt độ ở các khu vực xa xôi khoảng 1 - 7°F và nhiệt độ ban đêm cao hơn khoảng 2 - 5°F. Các vùng ẩm ướt (chủ yếu ở miền đông Hoa Kỳ) và các thành phố có dân số đông hơn và dày đặc hơn có sự chênh lệch nhiệt độ lớn nhất.

Nghiên cứu dự đoán rằng hiệu ứng đảo nhiệt sẽ tăng cường trong tương lai khi cấu trúc, quy mô không gian và mật độ dân số của các khu vực đô thị thay đổi và tăng trưởng [3]. Tác động của nhiệt từ bức xạ mặt trời và nhiệt do hoạt động của con người tạo ra làm tăng nhiệt độ của các trung tâm thành phố so với các khu vực xung quanh và hình thành hiệu ứng UHI [12].

Các công trình như tòa nhà, đường sá và cơ sở hạ tầng khác hấp thụ và tái phát nhiệt của mặt trời nhiều hơn cảnh quan tự nhiên như rừng và các vùng nước. Các khu vực đô thị, nơi tập trung nhiều công trình và cây xanh bị hạn chế, trở thành những “hòn đảo” có nhiệt độ cao hơn so với các khu vực ngoại ô.

   
Hình 1: Cấu hình UHI theo không gian mô phỏng (Nguồn: Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ 2020).

 

Những túi nhiệt này được gọi là “đảo nhiệt”. Đảo nhiệt có thể hình thành trong nhiều điều kiện khác nhau, kể cả ban ngày hay ban đêm, ở các thành phố lớn hay nhỏ, ở khu vực ngoại ô, ở vùng khí hậu phía Bắc hoặc phía Nam và trong bất kỳ mùa nào.

Việt Nam là quốc gia chịu tác động mạnh biến đổi khí hậu (BĐKH), đặc biệt là sự gia tăng nắng nóng cực đoan. Các đô thị của Việt Nam đều đang trong quá trình mở rộng, phát triển, và làm cho hiện tượng đảo nhiệt trong các đô thị lớn ở Việt Nam ngày càng trầm trọng. Nghiên cứu này làm rõ hơn về hiện tượng đảo nhiệt tại một số đô thị lớn của Việt Nam. (Hình 1)

2. Sự gia tăng nhiệt độ tại một số đô thị lớn của Việt Nam

Ở các thành phố, nơi tập trung đông dân cư do sự phát triển mạnh mẽ của quá trình đô thị hóa đã làm thay đổi đáng kể cảnh quan của khu vực. Suy giảm lớp phủ thực vật, mở rộng không gian đất ở và các công trình công cộng, chuyển đổi đất canh tác và gia tăng bề mặt không thấm là một số nguyên nhân đặc trưng góp phần làm tăng nhiệt độ khu vực đô thị so với khu vực nông thôn. 

Sự khác biệt nhiệt độ giữa hai khu vực này có thể dao động từ 3 - 6oC, có khi lên đến 11 - 12oC [10]. Sự chênh lệch nhiệt độ này đã dẫn đến hiệu ứng “Ốc đảo nhiệt đô thị” (UHI - urban heat island - gọi tắt “đảo nhiệt đô thị”).

Hiện tượng này xảy ra khi vào cùng thời điểm, nhiệt độ trung bình ở khu vực phát triển đô thị với nhiều công trình nhân tạo cao hơn ở khu vực công viên và nông thôn với môi trường tự nhiên xung quanh và gây nên hiện tượng bức xạ nhiệt bề mặt dị thường. Về bản chất, các bề mặt không thấm (bê tông, đường nhựa, bãi đỗ xe…) thu nhận bức xạ mặt trời và chuyển đổi thành năng lượng nhiệt.  

Nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt ở Thủ đô Hà Nội của Lê Đình Quang [4] đánh giá chênh lệch nhiệt độ giữa nội thành Hà Nội so với các vùng phụ cận cho thấy, sự chênh lệch nhiệt độ trung bình tháng giữa nội thành Hà Nội so với nhiệt độ trung bình tháng trạm Hà Đông và trạm Hoài Đức trong các tháng về mùa hè (tháng 5 đến tháng 9) và mùa đông (tháng 1, 2, 3, 11) tương ứng từ 0,4 - 0,6oC. Cụ thể chênh lệch nhiệt độ trạm Hà Nội với Hà Đông: mùa hè và mùa đông là 0,48oC; chênh lệch trạm Hà Nội - Hoài Đức, mùa hè là  0,56oC, mùa đông là 0,36oC.

Nghiên cứu của Doãn Huy Phương và cộng sự [1], trên cở sở phân tích nhiệt độ tại 4 trạm khí tượng từ năm 1961 - 2014, để phân tích đánh giá ảnh hưởng của đô thị hoá lên nhiệt độ gồm: Trạm Láng (trạm Hà Nội), trạm Hà Đông đại diện cho khu vực nội thành, trạm Ba Vì, trạm Sơn Tây đại diện cho khu vực nông thôn, ngoại thành cho thấy, nhiệt độ trung bình năm luôn duy trì một xu thế tăng qua 50 năm quan trắc. Nhiệt độ trung bình hằng năm quan trắc được tại trạm Hà Nội cao hơn so với các trạm khác và tăng, giảm nhanh hơn trong những năm từ năm 2000 trở lại đây (Hình 2).

Hình 2: Sự chênh lệch nhiệt độ tại trạm Hà Nội và trạm thuộc khu vực nông thôn.

Để đánh giá sự thay đổi bề mặt, các chuyên gia đã sử dụng phương pháp viễn thám và GIS trong việc tính toán nhiệt độ của bề mặt (LST). Với việc sử dụng ảnh chuỗi thời gian Landsat-5 TM và Landsat-8 OLI/TIRS trong giai đoạn 1996 - 2016, nghiên cứu của Tien Nguyen, 2020 [8] cho thấy tồn tại tác động tiêu cực của đất xây dựng và tác động tích cực của thảm thực vật lên LST.

Ngoài ra, các dấu hiệu về tác động UHI ngày càng tăng đã được phát hiện tại khu vực Thủ đô Hà Nội (HMA), đặc biệt có xu hướng mở rộng nhanh hơn và rộng hơn đến các khu vực phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam HMA trong giai đoạn 1996 - 2007.

Những phát hiện này cho thấy, thảm thực vật làm suy yếu tác động của UHI; trong khi đó, đất xây dựng tăng cường đáng kể tác động của UHI trong HMA. Cụ thể, nhiệt độ bề mặt đất trung bình tăng từ 26,4°C năm 1996 lên 38,8°C năm 2007 và 42,9°C năm 2016.

Mặc dù năm 1996, nhiệt độ bề mặt cao đo được chủ yếu ở khu vực trung tâm thành phố, năm 2007 và đến năm 2016, nhiệt độ bề mặt cao mở rộng đến các khu vực phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam Hà Nội (Hình 3). 

 

Nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt tại TP.HCM cho thấy, trong giai đoạn 1996 -2016, thành phố đã được đô thị hóa mạnh mẽ theo nhiều hướng, với diện tích IS tăng từ 10.488,5 ha (1996) lên 27.142,7 ha (2016).

Nhiệt độ bức xạ năm 1996 dao động trong khoảng 22,4 - 35,8 °C, trong khi các giá trị này cao hơn đáng kể vào năm 2007 (23,8 - 39,8 °C) và năm 2016 (25,3 - 40,4 °C). Những kết quả này cho thấy xu hướng ngày càng tăng phù hợp với nhiệt độ hằng năm và mùa hè đo được tại trạm đo Tân Sơn Hòa trong suốt 20 năm qua từ 1996 đến 2016 (Hình 5). 

Nhìn chung, giá trị LST ở các khu vực xây dựng tương đối cao hơn ở các vùng ngoại ô lân cận. Các điểm nóng của UHI rõ ràng tập trung nhiều hơn ở khu vực trung tâm thành phố, nơi các khu dân cư đông đúc được xây dựng. Ngoài ra còn có nhiều điểm nóng UHI nhỏ hơn dọc các tuyến đường chính nối vào trung tâm thành phố.

Trong giai đoạn 1995 - 2015, xu hướng hình thành đảo nhiệt đô thị bề mặt với 4 vị trí điển hình cho thấy sự khác biệt rõ ràng giữa nhiệt độ bề mặt của khu vực đô thị và khu vực nông thôn, mở rộng không gian đảo nhiệt năm 2015 gấp 4 lần so với năm 1995 (Hình 4) [7].

Hình 3: Nhiệt độ bề mặt mặt đất theo không gian ở Hà Nội, từ dữ liệu Landsat (a) 1996, (b) 2007, (c) 2016.
Hình 4: Nhiệt độ bề mặt mặt đất theo không gian ở TP.HCM, từ dữ liệu Landsat (a) 1996, (b) 2007, (c) 2016.

Kết quả LST thu được cho thấy, nhiệt độ bức xạ của năm 1996 dao động từ 22,4 - 35,8°C, trong khi đó, năm 2016 cao hơn đáng kể từ 25,3 - 40,4°C. Tại TP.HCM, nhiệt độ bề mặt mặt đất trung bình tăng từ 27,1°C năm 1996 lên 29,5°C năm 2007 và sau đó là 30,1°C năm 2016.

Nhiệt độ trung bình hằng năm và mùa hè của thành phố đã tăng ít nhất 0,5°C trong thời gian 1996 - 2000. Kết quả cho thấy, chỉ có một số quận trung tâm nằm trong thành phố có nhiệt độ cao hơn 30°C vào năm 1996, trong khi hầu hết các quận đều chịu ảnh hưởng nặng nề của cấu trúc bề mặt đô thị với LST cao hơn 31°C vào năm 2007 và 32°C vào năm 2016.

Hình 5: Nhiệt độ năm và mùa hè (tháng 1 - tháng 4) tại trạm Tân Sơn Hòa từ năm 1996-2015 [7].

 

   

Nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt tại TP Cần Thơ, về diễn biến nhiệt độ bề mặt được tính toán từ ảnh hồng ngoại nhiệt cho thấy sự gia tăng theo thời gian (tăng khoảng 1,25°C từ năm 2014 đến năm 2020), nhiệt độ cao được xác định tại khu vực đô thị, và ngược lại các khu vực có hiện trạng phủ xanh, sông rạch độ lớn nhiệt độ bề mặt khá thấp.

Sự suy giảm mảng xanh đô thị là một trong các yếu tố thúc đẩy gia tăng đảo nhiệt bề mặt. Đảo nhiệt đô thị xuất hiện với diện tích nhỏ và độ lớn ở mức trung bình vào năm 2014, đến năm 2020 đảo nhiệt xảy ra với cường độ và quy mô lớn hơn tại khu vực trung tâm thành phố. Đỉnh điểm đảo nhiệt đạt mức 8,96oC so với nhiệt độ trung bình toàn thành phố (Hình 5) [6].

Hình 6: Phân bố không gian nhiệt độ bề mặt tại TP Cần Thơ giai đoạn 2014-2020 [6].

3. Kết luận

Với các phương pháp nghiên cứu khác nhau, các kết quả nghiên cứu đều chỉ ra sự thay đổi nền nhiệt độ trung bình của nhiều thành phố lớn của Việt Nam đều có xu thế tăng trong những năm qua. Quy mô, cường độ của “đảo nhiệt” thay đổi theo không gian và thời gian. Hiện tượng đảo nhiệt đã cho thấy ảnh hưởng của đô thị hoá cùng với BĐKH đã làm gia tăng thêm các tác động đến môi trường sức khoẻ cộng đồng.  

Một số các nghiên cứu về đảo nhiệt đô thị trên đây mới chỉ dừng ở việc đánh giá dựa trên số liệu thực đo tại các trạm khí tượng, đánh giá dựa trên dữ liệu ảnh viễn thám. Thời gian tới, cần có các đề tài khoa học nghiên cứu chuyên sâu hơn trên cơ sở điều tra, đánh giá các đối tượng bị tác động, bị tổn thương; xác định các nguyên nhân và đề xuất các giải pháp cụ thể cho mỗi đô thị chịu ảnh hưởng của hiện tượng đảo nhiệt của Việt Nam.

 

Tài liệu tham khảo:
[1] Doãn Huy Phương, Ngô Thị Thuỷ, 2018. Ảnh hưởng của quá trình đô thị hoá đến tiểu vùng khí hậu TP Hà Nội, Tạp chí khoa học BĐKH, số 8, T48-57.
[2] Fragkias M, Guneralp B, Seto K, Goodness J. 2013. Urbanization, biodiversity and ecosystem services: challenges and opportunities. In Urbanization, Biodiversity and Ecosystem Services: Challenges and Opportunities: A Global Assessment, ed. T Elmqvist, M Fragkias, J Goodness, B Guneralp, P Marcotullio, RMcDonald, C Wilkinson, pp. 409–35. Dordrecht, Netherlands: Springer.
[3] Hibbard, K.A., F.M. Hoffman, D. Huntzinger, and T.O. West. 2017. Changes in land cover and terrestrial biogeochemistry. In Climate Science Special Report: Fourth National Climate Assessment, Volume I [Wuebbles, D.J., D.W. Fahey, K.A. Hibbard, D.J. Dokken, B.C. Stewart, and T.K. Maycock (eds.)]. U.S. Global Change Research Program, Washington, DC. pp. 277–302. doi: 10.7930/J0416V6X.
[4] Lê Đình Quang, 2005. Sự hình thành “đảo nhiệt” ở nội thành TP Hà Nội. Tạp chí Khí tượng thuỷ văn, số 02, 44-46.
[5] M. Tuan Le and N. Anh Quan Tran, Features of the formation of urban heat islands effects in tropical climates and their impact on the ecology of the city, doi: 10.1051/e3sconf/2019910.
[6] Nguyễn Kiều Diễm, Phan Kiều Diễm, 2022, Theo dõi đảo nhiệt bề mặt đô thị tài TP Cần Thơ giai đoạn 2014-2020, Tạp chí Khoa học Trường ĐH Cần Thơ, Tập 58, Số 4A (2022): 35-44.
[7] Son, Nguyen-Thanh et al. (2017): Assessment of urbanization and urban heat islands in Ho Chi Minh City, Vietnam using Landsat data. In Sustainable Cities and Society 30, pp. 150–161. DOI: 10.1016/j.scs.2017.01.009
[8] Tien Nguyen, Thanh (2020): Landsat Time-series Images-based Urban Heat Island Analysis: The Effects of Changes in Vegetation and Built-up Land on Land Surface Temperature in Summer in the Hanoi Metropolitan Area, Vietnam. In Environ. Nat. Resour. J. 18 (2), pp. 177–190. DOI: 10.32526/ennrj.18.2.2020.17.
[9] Trần Thị Vân, Hà Dương Xuân Bảo, Đinh Thị Kim Phượng, Nguyễn Thị Tuyết Mai và Đặng Thị Mai Nhung, 2017, Đặc điểm môi trường nhiệt và diễn biến đảo nhiệt đô thị bề mặt khu vực Bắc TP.HCM, Tạp chí Khoa học Trường ĐH Cần Thơ, Tập 49, Phần A (2017): 11-20.
[10] Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan, & Lê Văn Trung, 2011. Nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt đô thị dưới tác động của quá trình đô thị hóa ở TP.HCM bằng phương pháp viễn thám. Tạp chí khoa học về Trái đất, 33(3): 347-359.
[11] Trịnh Lê Hùng, 2014. Nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ bề mặt bằng dữ liệu ảnh đa phổ Landsat, Tạp chí các khoa học về Trái đất, 36(1), 82-89.
[12] Nguyễn Thị Thu Thuỷ và Michael Waibel, 2021. Đảo nhiệt đô thị và những hệ luỵ đối với Việt Nam, Báo cáo Quốc gia - Chính sách môi trường ở Việt Nam.

Bình luận