ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN -   LƯƠNG VĂN VIỆT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ TỚI KHÍ QUYỂN LỚP BIÊN, THỬ NGHIỆM Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Chuyên ngành : Sử dụng Bảo vệ tài nguyên môi trường Mã số : 62.85.15.01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2011 Công trình hoàn thành tại: VIỆN MÔI TRƯỜNG VA TÀI NGUYÊN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Địa chỉ: 142 Tô Hiến Thành, Quận 10, TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 08.8651132 Fax: 08.8655670 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS VŨ THANH CA GS.TS ALAIN CLAPPIER Phản biện 1: GS TS Phạm Ngọc Hồ Phản biện 2: PGS TSKH Bùi Tá Long Phản biện 3: PGS TS Hồng Hải Vý Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Nhà nước họp Viện Môi trường Tài nguyên Vào hồi 14 , ngày 21 tháng năm 2011 Có thể tìm hiểu luận án thư viện Viện Môi trường Tài nguyên, ĐHQG TP Hồ Chí Minh MỞ ĐẦU Tính cần thiết luận án Sự phát triển nhanh chóng thị làm thay đổi đáng kể cấu sử dụng đất Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất cho phát triển đô thị làm thay đổi đặc tính mặt đệm gây biến đổi khí hậu cấu trúc trường khí tượng lớp biên Ảnh hưởng phát triển đô thị tới yếu tố khí tượng lớp biên nhiều nhà khoa học giới quan tâm Tại Việt Nam chưa có nghiên cứu đánh giá cụ thể vấn đề Đây vấn đề nghiên cứu cần thiết, nhằm đáp ứng yêu cầu qui hoạch chỉnh trang đô thị, hướng đến phát triển đô thị bền vững Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu đánh giá tác động thay đổi mặt đệm trình phát triển thị tới biến đổi khí hậu cấu trúc số trường khí tượng lớp biên khu vực thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM), tìm hiểu nguyên nhân đề xuất hướng khắc phục Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu yếu tố khí tượng lớp biên khí chịu tác động mạnh mẽ mặt đệm, bao gồm nhiệt độ độ ẩm tương đối - Khu vực nghiên cứu Tp.HCM - Thời gian nghiên cứu: Theo phương pháp thống kê, nghiên cứu thay đổi nhiệt ẩm Tp.HCM giai đoạn từ năm 1977 tới năm 2006 Đối với mơ hình số trị, thời tiết mô theo kịch mặt đệm với điều kiện biên từ số liệu phân tích mơ hình tồn cầu năm 2006 Phương pháp nghiên cứu - Đánh giá biến đổi khí hậu Tp.HCM phương pháp phân tích đồ Xác định xu biến đổi khí hậu trình thị hóa mối quan hệ với thay đổi sử dụng đất - Xây dựng để lựa chọn mơ hình số trị nhằm đáp ứng mục tiêu nghiên cứu.Tìm hiểu vấn đề cần khắc phục mơ hình lựa chọn nhằm nâng cao độ xác kết mô - Mô thời tiết theo kịch mặt đệm hữu, mặt đệm sau cải tạo mặt đệm ứng với qui hoạch đô thị Tp.HCM năm 2020 Phân tích đánh giá kết Ý nghĩa khoa học thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Đưa phương pháp kết nghiên cứu ảnh hưởng phát triển thị tới biến đổi khí hậu cấu trúc số trường khí tượng lớp biên khu vực Tp.HCM, góp phần vào việc nghiên cứu khí tượng lớp biên khu vực thị - Ý nghĩa thực tiễn : Sử dụng kết nghiên cứu làm tài liệu tham khảo toán qui hoạch chỉnh trang đô thị Đưa cảnh báo thay đổi khí hậu Tp.HCM phát triển mở rộng đô thị đến năm 2020 kiến nghị nhằm giảm thiểu ảnh hưởng phát triển thị Tp.HCM đến biến đổi khí hậu Tính luận án - Đưa kết thống kê xây dựng hàm thực nghiệm ảnh hưởng phát triển đô thị tới biến đổi khí hậu Tp.HCM - Luận án ứng dụng cách có hiệu mơ hình số trị nghiên cứu ảnh hưởng phát triển thị đến yếu tố khí tượng lớp biên khu vực Tp.HCM cách: + Chọn lựa mơ hình phù hợp với đối tượng khu vực nghiên cứu + Phân chia chi tiết dạng mặt đệm đô thị tạo số liệu mặt đệm số liệu đồ, số liệu từ vệ tinh + Xây dựng sơ đồ chạy mơ hình phương pháp đánh giá nhằm chọn lựa tối ưu tham số cho dạng mặt đệm đô thị - Việc gắn kết phương pháp thống kê mơ hình số trị làm sáng tỏ kết nghiên cứu Cấu trúc luận án: gồm phần mở đầu, chương, phần kết luận phụ lục - Mở đầu: Nêu tính cần thiết đề tài luận án, mục tiêu nội - - dung nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học thực tiễn, tính luận án Chương 1: Tổng quan tình hình phát triển thị, ảnh hưởng phát triển đô thị tới yếu tố khí tượng lớp biên, tình hình nghiên cứu đề xuất hướng nghiên cứu Chương 2: Giới thiệu phương pháp nghiên cứu luận án, bao gồm phương pháp thống kê mơ hình số trị Chương 3: Phân tích đánh giá kết nghiên cứu đạt Các kết luận kiến nghị từ kết nghiên cứu Phụ lục Chương TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ VÀ NGHIÊN CỨU VỀ LỚP BIÊN ĐÔ THỊ 1.1 Tình hình xu phát triển đô thị giới Việt Nam Hiện đa số nước giới bước vào giai đoạn cơng nghiệp hố rộng khắp ngành sản xuất làm cho số lượng đô thị tăng lên, đồng thời qui mô đô thị lớn lên diện tích dân số Nếu xác định tốc độ thị hóa mức tăng tỷ lệ dân số thị Châu Á khu vực có tốc độ cao nhất, Châu Mỹ La Tinh, Châu Phi Châu Âu Đông Nam Á khu vực có tốc độ thị hóa cao, với mức tăng bình qn giai đoạn 2000-2005 0,84%, Việt Nam đứng vị trí trung bình 1.2 Tình hình phát triển định hướng qui hoạch tổng thể đô thị Việt Nam Theo số liệu Tổng cục Thống kê từ năm 1975-2006 bình qn năm dân số thị nước ta tăng lên 1,18 triệu dân So với nước giới, mật độ dân số đô thị nước ta mức cao ngày tăng Số lượng đô thị tăng nhanh theo thời gian, nước có 718 thị, có thị loại đặc biệt Theo định hướng quy hoạch tổng thể phát triển đô thị Việt Nam đến năm 2020 dân số thị khoảng 46 triệu, chiếm 45% dân số nước Diện tích đất thị 4.600 km2, chiếm 1,4% diện tích đất tự nhiên nước, bình qn 100 m2/người 1.3 Tổng quan thị Hồ Chí Minh Trước năm 1997 diện tích đất nội thành Tp.HCM 143,2 km2 Do phát triển nhanh chóng thành phố, phủ hai lần điều chỉnh địa giới nội thành thành lập quận mới, diện tích quận nội thành 494 km2 So với năm 1979, năm 2004 dân số nội thành tăng 1,91 lần tương ứng với mật độ dân số tăng 1,60 lần Mục tiêu phát triển kinh tế xã hội Tp.HCM nhằm trì tốc độ tăng trưởng kinh tế, phát triển kinh tế - xã hội; chỉnh trang, cải tạo nâng cấp đô thị cũ, phát triển nhanh khu đô thị Để đáp ứng mục tiêu Chính phủ ban hành định việc qui hoạch thành phố, với đề án điều chỉnh qui hoạch qui hoạch chi tiết Thành phố 1.4 Tổng quan lớp biên nghiên cứu lớp biên đô thị 1.4.1 Khái niệm lớp biên đô thị Lớp biên hành tinh (Planetary Boundary Layer - PBL) phận tầng đối lưu, thể ảnh hưởng trực tiếp từ bề mặt trái đất phản ứng lại tác động từ bề mặt với thời gian khoảng từ nhỏ Các tác động từ bề mặt ảnh hưởng tới PBL bao gồm lực ma sát, thông lượng nhiệt ẩm từ bề mặt, phát thải nhiệt chất ô nhiễm Theo đặc tính mặt đệm, PBL có dạng PBL cho khu vực đô thị (Urban Planetary Boundary Layer - UBL) BPL cho khu vực nông thôn (Rural Planetary Boundary Layer - RBL) 1.4.2 Ảnh hưởng phát triển thị tới yếu tố khí tượng lớp biên Ảnh hưởng mặt đệm đô thị đến yếu tố khí tượng lớp biên thể qua thành phần ma sát bề mặt, thông lượng nhiệt ẩm từ bề mặt, v.v Do có liên hệ chặt chẽ yếu tố khí tượng nên yếu tố bị ảnh hưởng mặt đệm dẫn theo thay đổi yếu tố khác Những ảnh hưởng rõ rệt mặt đệm đô thị đến yếu tố khí tượng lớp biên làm giảm tốc độ gió, gây nên gió hỗn loạn làm tăng nhiệt độ lớp biên Sự phát triển đô thị làm cho đặc tính mặt đệm thay đổi, dẫn đến thay đổi yếu tố khí tượng lớp biên 1.4.3 Tổng quan nghiên cứu ảnh hưởng phát triển đô thị tới yếu tố khí tượng lớp biên Các nghiên cứu lớp biên đô thị ảnh hưởng phát triển thị tới khí lớp biên chia theo hướng chủ yếu phương pháp thống kê mơ hình số trị - Phương pháp thống kê nghiên cứu biến đổi khí hậu q trình thị hóa Các nghiên cứu biến đổi khí hậu khu vực thị tập trung đánh giá mức độ biến đổi yếu tố khí hậu, xác định xu biến đổi khí hậu, tìm hiểu ngun nhân biến đổi khí hậu theo giai đoạn phát triển đô thị Phương pháp thống kê nghiên cứu biến đổi khí hậu q trình thị hóa ứng dụng rộng rãi nhiều nước Tại Việt Nam hướng nghiên cứu quan tâm nhiều thập niên gần thể qua nghiên cứu Lê Đình Quang, Dương Văn Khảm, v.v Tuy nhiên kết nghiên cứu không sâu nhằm tách biệt tác động q trình thị hóa biến đổi khí hậu tồn cầu đến biến đổi khí hậu khu vực thị - Mơ hình số trị nghiên cứu lớp biên đô thị Các kết nghiên cứu giới khí tượng lớp biên môi trường đô thị thể qua việc xây dựng mơ ENVI-met, FVM nhiều mơ hình khác Hướng nghiên cứu nhằm hồn thiện sơ đồ tham số hóa phục vụ nghiên cứu lớp biên hướng nhiều nhà khoa học quan tâm với kết thể nhiều báo cáo Tại Việt Nam, việc ứng dụng xây dựng mơ hình số trị cho nghiên cứu lớp biên đô thị ý đến nhiều thập niên gần với số kết tiêu biểu thể báo cáo Vũ Thanh Ca, Dương Hồng Sơn Tuy nhiên, kết nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng phát triển đô thị tới trường khí tượng lớp biên chưa quan tâm xem xét 1.5 Những vấn đề tồn đề xuất định hướng nghiên cứu cho luận án 1.5.1 Những vấn đề tồn nghiên cứu ảnh hưởng phát triển thị tới khí lớp biên Do có q trình phát triển lâu dài nên phương pháp thống kê sử dụng nghiên cứu biến đổi khí hậu phát triển mở rộng thị hồn thiện Việc ứng dụng mơ hình thời tiết qui mơ vừa nghiên cứu khí tượng lớp biên có nhược điểm độ phân giải mơ hình khơng cao, việc tham số hóa mặt đệm thường khơng chi tiết, mặt đệm thị Các mơ hình lớp biên có ưu điểm mơ tả chi tiết trình xảy lớp biên nhiên q trình vật lý lớp phía khơng quan tâm xem xét Các kết dạng mơ hình phù hợp điều kiện trời mây 1.5.2 Đề xuất hướng nghiên cứu cho luận án Do khu vực nghiên cứu có địa hình tương đối phẳng, sở liệu đầy đủ nên việc ứng dụng phương pháp thống kê nghiên cứu biến đổi khí hậu phát triển mở rộng đô thị khả thi Để ứng dụng mơ hình số trị phục vụ mục tiêu nghiên cứu cần chọn lựa mơ hình phù hợp khắc phục vấn đề tồn Việc kết hợp phương pháp thống kê mơ hình số trị “Nghiên cứu ảnh hưởng phát triển đô thị tới khí lớp biên, thử nghiệm Tp.HCM” hướng đề tài luận án nhằm hoàn chỉnh bổ sung vấn đề tồn nêu Chương NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ TỚI CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯNG LỚP BIÊN 2.1 Nội dung nghiên cứu Trên sở việc tổng quan nghiên cứu, vấn đề tồn đề xuất định hướng nghiên cứu cho luận án, nội dung nghiên cứu đề tài luận án bao gồm nghiên cứu lý thuyết nghiên cứu thử nghiệm cho khu vực Tp.HCM trình bày 2.2 Nghiên cứu lý thuyết 2.2.1 Tìm hiểu ngun nhân biến đổi khí hậu khu vực thị So với khu vực xung quanh, khu vực đô thị thường có nhiệt độ cao hơn, lượng mưa lớn hơn, độ ẩm thấp Những khác biệt tạo q trình phát triển thị trở nên ngày rõ rệt qui mô đô thị đủ lớn Sự biến đổi khí hậu khu vực thị có ngun nhân chịu ảnh hưởng xu biến đổi khí hậu tồn cầu thay đổi mặt đệm q trình thị hóa Ngồi ngun nhân trên, gia tăng lượng phát thải nhiệt từ hoạt động công nghiệp, giao thơng từ hộ gia đình, v.v , khu vực thị góp phần gây nên biến đổi khí hậu Vai trị thành phần thường không lớn chưa xem xét luận án 2.2.2 Phương pháp thống kê nghiên cứu biến đổi khí hậu khu vực thị - Đánh giá biến đổi khí hậu khu vực thị phương pháp phân tích đồ + Xây dựng đồ phân bố yếu tố khí hậu Phân tích ảnh hưởng mặt đệm đô thị đến phân bố yếu tố khí hậu + Chồng lấp đồ thời kỳ nhằm đánh giá ảnh hưởng q trình thị hóa đến thay đổi đường phân bố - Xác định xu biến đổi khí hậu q trình thị hóa mối quan hệ với thay đổi sử dụng đất Để phản ánh phát triển đô thị qua giai đoạn, phương pháp EMD (Empirical Mode Decomposition) sử dụng việc xác định xu biến động khí hậu Phương pháp Huang xây dựng năm 1998-1999, sở phương pháp phân tích dao động loại bỏ dao động có chu kỳ ngắn Xu biến đổi khí hậu q trình thị hóa xác định chênh lệch xu biến đổi khí hậu khu vực thị với khu vực xung quanh Khu vực xung quanh chọn lựa từ 105049’E-107026’E ; 9057’N-11035’ gọi tắt KV1 Quan hệ gia tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối (Y) q trình thị hóa với diện tích đất xây dựng (S) xây dựng theo hàm lũy thừa: Y= a S et (2.1) Trong a, et hệ số cần tìm, xác định theo phương pháp bình phương tối thiểu Hàm có ưu điểm cho hệ số tương quan lớn S tiến tới khơng có thay đổi nhiệt, ẩm 2.2.3 Phân tích, lựa chọn mơ hình số trị phục vụ nghiên cứu Để phù hợp với phạm vi nghiên cứu, mơ hình khí tượng qui mô vừa ứng dụng Nhằm lựa chọn mơ hình phù hợp, phân tích hai mơ hình tiêu biểu mơ hình thời tiết qui mơ vừa MM5 mơ hình khí tượng qui mô vừa cho khu vực đô thị FVM 2.2.3.1 Giới thiệu mơ hình MM5 Mơ hình thời tiết qui mô vừa hệ thứ (MM5) Trung tâm Nghiên cứu Khí Quốc gia Mỹ Trường Đại học Tổng hợp Pennsylvania Mỹ hệ số mơ hình nghiên cứu dự báo thời tiết Đây mơ hình có mã nguồn mở ứng dụng rộng rãi dự báo thời tiết, nghiên cứu khí tượng lớp biên Phiên mơ hình 3-7 (V3-7 MM5), so với phiên trước phiên điều chỉnh, cải tiến kỹ thuật lồng 12 + Khu vực 4: Có độ cao cơng trình xây dựng, mật độ xây dựng đường thấp nhất, diện tích xanh mặt nước cao 10.90 Khu vùc 10.85 10.80 10.75 Khu vùc Khu vùc Khu vùc 10.70 106.60 106.65 106.70 106.75 106.80 106.85 Hình 2.8 Phân chia khu vực thị Có kiểu, từ đô thị dạng (D1) đến đô thị dạng (D4) phân chia luận án Căn vào khu vực độ bao phủ thực vật ô lưới (VegFrac), dạng đô thị phân chia theo qui định sau:  Ở khu vực 1, VegFrac < 5% mặt đệm D1  Ở khu vực 2, VegFrac < 10% mặt đệm D2  Ở khu vực 3, VegFrac < 15% mặt đệm D3  Ở khu vực 4, VegFrac < 30% mặt đệm D4 Với giá trị lại độ bao phủ thực vật, trường hợp phần diện tích xanh nhỏ 60% diện tích lưới, dạng sử dụng đất cho ô lưới qui định theo bảng 2.5 Bảng 2.5 Bảng phân loại dạng đô thị VegFrac 5-9% 10-14% 15-29% 30-60% Khu vực1 D1 D2 D3 D4 Khu vực Khu vực Khu vực D2 D2 D2 D2 D3 D3 D3 D3 D4 D4 D4 D4 13 Đối với lưới cịn lại, tùy theo diện tích chiếm ưu loại sử dụng đất mà qui định 2.3.3.3 Số liệu phương pháp chỉnh sửa số liệu địa hình sử dụng đất - Số liệu sử dụng Số liệu địa hình lấy từ vệ tinh SRTM Số liệu dạng lớp phủ thực vật lấy từ vệ tinh MODIS/Terra tệp MOD12Q1 Số liệu sử dụng đất khu vực đô thị Tp.HCM cho kịch phát triển đô thị dựa đồ định hướng phát triển không gian năm 2020 Số liệu sử dụng đất khu vực đô thị Tp.HCM cho kịch cải tạo mặt đệm đô thị dựa số liệu mặt đệm hữu chỉnh lý số tham số mặt đệm - Chương trình chỉnh sửa kết từ môđun TERRAIN Môđun TERRAIN môđun mơ hình MM5 dùng để nội suy liệu độ cao địa hình dạng sử dụng đất Kết môđun gồm file TERRAIN_DOMAIN# (với # số miền tính) Dựa số liệu thay từ ảnh vệ tinh, việc chỉnh sửa file thực chương trình viết ngơn ngữ FORTRAN Linux 2.3.4 Các thiết lập mơ hình MM5 khu vực nghiên cứu Mơ hình chạy theo phương pháp lưới lồng với miền tính Miền tính có 100 x 100 điểm tính, độ phân giải ngang km x km, miền bao phủ Tp.HCM Điều kiện biên điều kiện ban đầu cho mơ hình số liệu trường phân tích từ mơ hình thời tiết tồn cầu NCEP, gói ds083.2 Các sơ đồ xạ, đối lưu, vi vật lý mây, lớp biên bề mặt lựa chọn tương ứng RRTM longwave, Grell, Simple Ice, Eta PVL Noah LSM 2.3.5 Thời gian mô phương pháp đánh giá Thời tiết mô với điều kiện biên từ mơ hình tồn cầu năm 2006 theo kịch mặt đệm tại, mặt đệm sau 14 cải tạo mặt đệm ứng với qui hoạch thị Tp.HCM Ngồi đợt khảo sát thời tiết mô Chất lượng mô đánh giá qua số liệu quan trắc trạm khí tượng thuộc miền tính số liệu từ đợt khảo sát Các yếu tố kiểm định bao gồm gió, nhiệt độ ẩm tương đối Việc đánh giá kết mô hình thơng qua hệ số tương quan, sai số trung bình sai số lớn giá trị quan trắc mô Do yếu tố đánh giá có tính chu kỳ ngày, để loại bỏ ảnh hưởng trước tính hệ số tương quan số liệu chuyển dạng biến chuẩn (giá trị trung bình độ lệch chuẩn 1) Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết phân tích biến đổi khí hậu Tp.HCM qua phương pháp phân tích đồ Bản đồ phân bố nhiệt độ trung bình tháng năm giai đoạn 19772006 cho thấy tồn vùng nóng nằm trung tâm Tp.HCM, nhiệt độ trung bình năm cao khu vực xung quanh khoảng 0,40C Kết phân tích cho thấy cường độ hiệu ứng đảo nhiệt đô thị khu vực mạnh vào chiều tối tháng 12, tháng lại sau khoảng thời gian trưa Bản đồ chênh lệch nhiệt độ giai đoạn 1977-1991 1992-2006 cho thấy so với giai đoạn trước nhiệt độ trung bình khu vực nội thành tăng khoảng 0,20C Cũng nhiệt độ, đồ phân bố cho thấy hình thành vùng có độ ẩm thấp nằm trung tâm đô thị Các tháng mùa khô thời gian có mức chênh lệch độ ẩm cao khu vực, độ ẩm tương đối trung bình khu vực nội thành thấp so với xung quanh từ 1,3-1,8% Trong tháng cịn lại mức chênh lệch thấp với giá trị từ 0,6-0,9% Trên khu vực nội thành, độ ẩm trung bình năm giai đoạn 1992-2006 giảm so với giai đoạn 1977-1991 0,3% 15 Qua kết thống kê nhiêt độ độ ẩm tương đối trạm Tân Sơn Hòa cho thấy tháng có nhiệt độ cao độ ẩm thấp thường xuất từ năm 1998 trở lại tháng có nhiệt độ thấp độ ẩm cao lại xuất vào thời gian trước 3.2 Phân tích xu biến đổi nhiệt, ẩm Tp.HCM mối quan hệ với sử dụng đất Từ kết việc xác định đường xu nhiệt độ độ ẩm cho thấy so với KV1 nhiệt độ độ ẩm Tp.HCM có thay đổi mạnh mẽ, rõ nét 10 năm gần Trong giai đoạn 1977-2006, nhiệt độ tăng 0,350C (0,120C/10 năm) độ ẩm tương đối giảm khoảng 3,54% (1,18% /10 năm) q trình thị hóa Mức giảm độ ẩm tương đối phát triển thị có phần gia tăng nhiệt độ phần giảm độ ẩm riêng Độ ẩm riêng yếu tố không quan trắc, nghiên cứu xác định theo độ ẩm tương đối, nhiệt độ áp suất Kết xác định xu cho thấy độ ẩm riêng trạm Tân Sơn Hòa giảm khoảng 0,22 g/kg giai đoạn 1977-2006 q trình thị hóa Quan hệ gia tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối trạm Tân Sơn Hòa với diện tích đất xây dựng xây dựng theo hàm (2.1) Các giá trị a, et cho nhiệt độ có giá trị tương ứng 0,2448 0,57046, cho độ ẩm tương đối -0.8932 0,73088 3.3 Đánh giá kết ứng dụng mơ hình MM5 nghiên cứu khí tượng lớp biên khu vực Tp.HCM 3.3.1 Kết chỉnh sửa số liệu địa hình sử dụng đất Cho thời điểm tại, sau thêm dạng mặt đệm đô thị, khu vực nghiên cứu có 16 dạng mặt đệm Diện tích đất xác định đô thị tăng lên so với số liệu USGS khoảng lần phù hợp so với thực tế Từ sơ đồ chạy mơ hình, kết chỉnh sửa tham số mặt đệm cho lớp thị trình bày bảng sau: 16 Bảng 3.11 Tham số vật lý cho dạng mặt đệm khu vực Tp.HCM Độ ẩm Độ phát Độ gồ Dạng sử Albedo Quán tính nhiệt tiềm xạ lúc ghề mặt (%) (cal cm-2 k-1 s-1/2) dụng đất đất (%) (%) đệm (cm) Đô thị D1 18 10 88 60 0,030 Đô thị D2 18 13 89 54 0,031 Đô thị D3 18 17 90 46 0,033 Đô thị D4 19 22 92 32 0,035 Với kịch cải tạo mặt đệm, dạng mặt đệm D1 D2 chọn lựa đối tượng cải tạo khu vực xanh mật độ xây dựng cao Kịch dựa tiêu chuẩn xanh đô thị áp dụng giải pháp kỹ thuật với giả thiết sau:  Diện tích xanh tăng 15%  Có 15% diện tích mái phủ sơn chống nóng  Diện tích xanh phần mái phủ sơn chống nóng phân bố khu vực cải tạo Với giả thiết tham số cho mặt đệm tính tốn theo trọng số diện tích phần cải tạo phần lại Việc xây dựng số liệu sử dụng đất năm 2020 dựa số liệu sử dụng đất đồ định hướng phát triển không gian đến năm 2020 Tp.HCM So với tại, tổng diện tích đất thị tăng 1,62 lần so với xấp xỉ với mức tăng dân số theo dự kiến, mức tăng đáng kể dạng mặt đệm D2 D3 3.3.2 Đánh giá hiệu việc chỉnh lý số liệu địa hình sử dụng đất Bằng việc thay cho độ cao địa hình, số liệu lớp phủ thực vật phân loại chi tiết dạng bề mặt đô thị góp phần nâng cao chất lượng mơ Đối với nhiệt độ, sai số trung bình giảm từ 0,10C đến 0,180C hệ số tương quan tăng từ 0,11 đến 0,14 cho trạm Đối với độ ẩm tương đối, hệ số tương quan gần không tăng 17 sai số trung bình lại giảm đáng kể từ 0,18% đến 0,32% Với tốc độ gió, chất lượng mơ khơng tăng đáng kể cho thấy có suy giảm rõ rệt tốc độ gió khu vực đô thị 3.3.3 Đánh giá kết mô cho năm 2006 Chất lượng mô nhiệt độ mực m từ mơ hình MM5 tương đối phù hợp với thực tế Giá trị trung bình hệ số tương quan 0,65 sai số trung bình 0,580C Kết đánh giá chất lượng mô nhiệt độ cao cho thấy mơ hình MM5 thể phù hợp với diễn biến nhiệt độ cao Kết mơ hình MM5 khơng chiết suất thành phần độ ẩm tương đối mực m, thành phần tính từ tỷ số xáo trộn, nhiệt độ khí áp Chất lượng mô độ ẩm thấp so với nhiệt độ, mực m giá trị trung bình hệ số tương quan 0,6 sai số trung bình 2,86%, lên cao chất lượng mơ giảm So với số liệu gió thực đo thành phần gió vĩ hướng kinh hướng từ mơ hình tương đối phù hợp Tại mực m, giá trị trung bình hệ số tương quan 0,58 sai số trung bình m/s, lên cao gió từ mơ hình gần với gió thực đo 3.3.4 Đánh giá kết mơ thời gian đợt khảo sát Có đợt khảo sát điểm khu vực chuyển tiếp nội thành ngọai thành Tp.HCM vào tháng 3/2007 7/2008, đợt kéo dài ngày Các yếu tố quan trắc bao gồm nhiệt độ ướt khô mực m, tốc độ hướng gió mực 1,5 m 3,0 m Cũng đồ phân bố nhiệt ẩm thành lập từ số liệu khảo sát, kết mơ từ mơ hình cho thấy hình thành vùng có nhiệt độ cao độ ẩm thấp trung tâm đô thị Sai số trung bình kết mơ cho nhiệt độ, độ ẩm tương đối tốc độ gió có giá trị tương ứng 0,310C, 1,3% 0,44 m/s Hệ số tương quan giá trị quan trắc dự báo cao, cao cho nhiệt độ với giá trị 0,81, thấp cho độ ẩm với giá trị 0,52 18 3.4 Phân tích kết ứng dụng mơ hình MM5 nghiên cứu ảnh hưởng phát triển đô thị tới nhiệt độ độ ẩm khu vực Tp.HCM 3.4.1 Phân tích ảnh hưởng mặt đệm thị hữu tới phân bố nhiệt độ độ ẩm tương đối Các đồ phân bố nhiệt độ độ ẩm tương đối mực m mô từ mơ hình thể ảnh hưởng rõ nét dạng sử dụng đất Ở khu vực quận trung tâm thường nơi có nhiệt độ cao độ ẩm thấp Chênh lệch nhiệt độ mực m nội thành ngoại thành yếu tố thể cường độ hiệu ứng đảo nhiệt đô thị Mức chênh lệch phụ thuộc vào thời gian năm, cao vào tháng mùa khô với giá trị từ 0,40C đến 0,60C Trong ngày, mức chênh lệch nhiệt độ thường thể rõ nét vào khoảng thời gian từ 11h-17h, tháng mùa khơ có giá trị từ 0,80C đến 1,10C tháng mùa mưa từ 0,50C đến 0,70C Kết tương đối phù hợp với kết từ phương pháp thống kê Cũng nhiệt độ, độ ẩm tương đối khác biệt ngoại nội thành với mức chênh lệch trung bình năm 1,3% Qua mặt cắt thẳng đứng nằm ngang trường nhiệt độ mô cho thấy hiệu ứng đảo nhiệt đô thị thể rõ nét Do đặc tính mặt đệm đô thị nên khả hấp thụ nhiệt thường cao, giải phóng ẩn nhiệt bốc nước thấp, vận chuyển nhiệt bình lưu bị hạn chế độ gồ ghề mặt đệm nguyên nhân gây nên hiệu ứng đảo nhiệt Trong tháng mùa khơ hiệu ứng thường xun xuất tháng mùa mưa xuất không rõ nét Ảnh hưởng mặt đệm đô thị đến việc thiếu hụt ẩm mực cao lớp biên không rõ rệt Nguyên nhân hội tụ ẩm cao nhiễu động trường gió khu vực thị 19 3.4.2 Ý nghĩa việc cải tạo mặt đệm hữu nhiệt độ độ ẩm mực m Sự thay đổi nhiệt độ độ ẩm tính tốn dựa kết mơ thời tiết ứng với mặt đệm mặt đệm cải tạo Kết cho thấy khu vực có suy giảm nhiệt độ tăng độ ẩm tương đối chủ yếu nằm phần diện tích cải tạo, ô lưới gần trung tậm phần diện tích cải tạo có mức thay đổi cao Mức giảm nhiệt độ tăng độ ẩm tương đối tính trung bình năm khu vực cải tạo có giá trị tương ứng 0,240C 0,28%, tháng mùa khô mức thay đổi có giá trị cao Mức giảm nhiệt độ tăng độ ẩm tương đối phụ thuộc rõ rệt vào thời gian ngày Vào khoảng thời gian từ trưa tới chiều thời gian có mức giảm nhiệt độ tăng độ ẩm tương đối nhiều Tính trung bình năm khoảng từ 11-17h, khu vực mặt đệm cải tạo có mức giảm nhiệt độ 0,360C tăng độ ẩm tương đối 0,56%, từ tháng đến tháng có mức thay đổi cao với giá trị tương ứng 0,420C 0,63% 3.4.3 Sự thay đổi nhiệt độ độ ẩm phát triển mở rộng đô thị tới năm 2020 - Thay đổi nhiệt độ độ ẩm tương đối mực m Sự thay đổi nhiệt độ độ ẩm tương đối phát triển mở rộng đô thị khu vực nghiên cứu xác định dựa kết mô thời tiết theo mặt đệm mặt đệm ứng với qui hoạch đô thị Tp.HCM năm 2020 Các đặc điểm chung thay đổi nhiệt ẩm mực m thể sau: - Mức thay đổi nhiệt ẩm phụ thuộc vào mức độ thay đổi đặc tính mặt đệm Tại khu vực có thay đổi sử dụng đất từ dạng đất có độ ẩm độ phủ thực vật cao thành đất xây dựng có mức gia tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối cao 20 - Sự thay đổi nhiệt ẩm khu vực có chuyển đổi sử dụng đất thành đất xây dựng làm thay đổi nhiệt độ độ ẩm khu vực bên cạnh vận chuyển rối bình lưu - Tùy thuộc vào mùa mà mức giảm độ ẩm tương đối gia tăng nhiệt độ khác với giá trị cao rơi vào tháng mùa khô Do phát triển mở rộng đô thị tới năm 2020 nên diện tích đất xây dựng tăng đáng kể, thể rõ quận huyện ven đô thị quận 7, quận 8, quận Thủ Đức, quận Bình Tân huyện Hóc Mơn Theo kết mô nhiệt độ mực m quận huyện khu vực có mức gia tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối nhiều Nội thành khu vực có mức tăng nhiệt độ cao với giá trị trung bình 0,190C, khu vực nội thành cũ, quận trung tâm với giá trị tương ứng 0,140C, 0,120C Tháng tháng có nhiệt độ tăng cao với giá trị tương ứng cho khu vực nội thành mới, nội thành cũ, quận trung tâm toàn Tp.HCM với giá trị tương ứng 0,230C, 0,170C, 0,140C 0,100C Với độ ẩm tương đối, mức độ chịu ảnh hưởng khu vực có thay đổi thứ tự so với yếu tố nhiệt Các khu vực nằm bên thể thiếu hụt ẩm nhiều so với khu vực bên ngoài, thứ tự mức độ suy giảm độ ẩm sau: toàn Tp.HCM, khu vực ứng với biên nội thành mới, khu vực ứng với biên nội thành cũ, quận trung tâm với mức giảm trung bình năm tương ứng 0,29%, 0,45%, 0,46% 0,49% Trên lưới mơ hình mà có thay đổi sử dụng đất thành đất xây dựng có mức gia tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối cao Mức tăng nhiệt độ trung bình cho Tp.HCM 0,260C quận khu vực nội thành 0,30C Mức giảm độ ẩm tương đối tính trung bình cho Tp.HCM 0,46% cho khu vực ứng với biên nội thành 0,50% 21 Mức tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối phụ thuộc rõ rệt vào thời gian ngày, vào khoảng thời gian từ trưa tới chiều thời gian có mức thay đổi cao Mức tăng nhiệt độ tính trung bình từ 11h đến 17h khu vực biên nội thành 0,350C, khu vực nội thành cũ 0,270C, khu vực quận trung tâm 0,220C toàn Tp.HCM 0,160C Mức giảm độ ẩm tương đối tính trung bình từ 11h đến 17h khu vực biên nội thành 0,67%, khu vực nội thành cũ 0,70%, khu vực quận trung tâm 0,75% toàn Tp.HCM 0,44% Các kết mơ chưa tính đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu tồn cầu, xét thêm mức ảnh hưởng nhiệt độ khu vực đô thị cao mà khu vực trung tâm - So sánh kết từ mô hình phương pháp thống kê biến đổi nhiệt độ độ ẩm tương đối tới năm 2020 Từ kết mô cho thấy thay đổi nhiệt độ độ ẩm tương đối năm 2020 so với năm 2006 ô lưới thuộc quận trung tâm khơng có khác biệt đáng kể, giả thiết xu thay đổi nhiệt ẩm trạm Tân Sơn Hòa xu thay đổi nhiệt ẩm quận trung tâm Theo phương trình (2.1) giả thiết ta dự báo thay đổi nhiệt độ độ ẩm tới năm 2020 khu vực quận trung tâm Gọi S1 S2 tương ứng diện tích đất xây dựng khu vực quận nội thành năm 2006 2020, mức độ thay đổi nhiệt độ độ ẩm (dy) năm tính sau: dy  a (S et2  S1et ) (3.9) Với hệ số a et xác định mục 3.2, kết xác định mức độ thay đổi nhiệt độ độ ẩm có giá trị sau: - Nhiệt độ trung bình khu vực quận trung tâm năm 2020 tăng so với năm 2006 0,140C - Độ ẩm tương đối trung bình khu vực quận trung tâm năm 2020 giảm so với năm 2006 1,12 % 22 Về nhiệt độ, kết mô từ mơ hình (nhiệt độ tăng 0,120C) tương đối gần với kết từ phương pháp thống kê Giá trị sai khác so với kết từ phương pháp thống kê 0,020C Kết hợp với kết đánh giá chất lượng mơ nhiệt độ mơ hình cho năm 2006 giá trị sai khác khẳng định kết mô trường nhiệt tới năm 2020 tin cậy Về độ ẩm tương đối, kết mơ từ mơ hình (độ ẩm giảm 0,49%) tương đối khác biệt với kết từ phương pháp thống kê Mức độ sai khác so với giá trị thống kê 0,63% So với nhiệt độ mức độ sai khác độ ẩm tương đối lớn Kết đánh giá chất lượng mô từ mơ hình cho thấy độ xác việc mô yếu tố thấp so với nhiệt độ Như độ tin cậy việc mô độ ẩm tương đối cho Tp.HCM tới năm 2020 khơng cao KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Q trình thị hóa tác động tiêu cực đến biến đổi khí hậu Qua đồ phân bố yếu tố khí hậu khu vực Tp.HCM cho thấy hình thành vùng có nhiệt độ cao độ ẩm thấp khu vực đô thị, thể hiệu ứng đảo nhiệt q trình thị hóa Kết phân tích xu cho thấy nhiệt độ độ ẩm trung bình năm khu vực trung tâm thị có mức biến đổi mạnh so với mức tăng KV1 Nhất từ năm 1997 tới năm 2006 thời kỳ mà q trình thị hóa diễn mạnh, nhiệt độ trung bình trạm Tân Sơn Hịa gia tăng gấp đôi so với KV1, ngược lại độ ẩm tương đối lại giảm nhanh Trong giai đoạn 1977-2006, tính riêng ảnh hưởng q trình thị hóa nhiệt độ trung bình trạm Tân Sơn Hòa tăng 0,350C độ ẩm tương đối giảm 3,54% 23 Mối quan hệ diện tích đất xây dựng với gia tăng nhiệt độ giảm độ ẩm tương đối chặt chẽ, đường cong thể gần mối quan hệ hàm lũy thừa Kết cho thấy nguyên nhân dẫn đến thay đổi nhiệt độ độ ẩm đô thị Tp.HCM q trình thị hóa việc gia tăng diện tích đất xây dựng Với việc sử dụng số liệu thay độ cao địa hình từ SRTM, số liệu lớp phủ thực vật từ MODIS/MOD12Q1 việc phân loại chi tiết dạng bề mặt đô thị việc chọn lựa tham số mặt đệm phù hợp góp phần nâng cao chất lượng mơ mơ hình số trị Qua việc tiến hành đánh giá chất lượng mô dựa số liệu trạm quan trắc khí tượng số liệu đo đạc khảo sát, kết cho thấy mơ hình MM5 phản ảnh diễn biến yếu tố khí tượng lớp biên khu vực nghiên cứu Kết từ mơ hình thời tiết theo sử dụng đất hữu thể ảnh hưởng mặt đệm đến phân bố trường nhiệt ẩm lớp bề mặt cao khu vực nghiên cứu mà thể hiệu ứng đảo nhiệt khu vực đô thị Tính trung bình từ 11h-17h, nhiệt độ nội thành cao khu vực ngoại thành từ 0,50C đến 1,10C với giá trị cao xảy tháng mùa khô Cũng nhiệt độ, độ ẩm tương đối khác biệt ngoại nội thành với mức chênh lệch trung bình năm 1,3% Kết mô thời tiết theo kịch cải tạo mặt đệm cho thấy hiệu việc tăng cường diện tích xanh sử dụng sơn chống nóng việc giảm nhiệt độ mà thời gian có nhiệt độ cao Tính trung bình khoảng thời gian từ 11h-17h, nhiệt độ khu vực cải tạo giảm 0,360C Dựa kết mô thời tiết ứng với qui hoạch đô thị Tp.HCM năm 2020 cho thấy nhiệt độ trung bình thành phố tiếp tục tăng thập niên tới Sự phát triển mở rộng đô thị làm tăng nhiệt độ khu vực có chuyển đổi sử dụng 24 đất thành xây dựng mà làm tăng nhiệt độ khu vực đô thị cũ Trong tháng mùa khô mức gia tăng nhiệt độ thường cao so với tháng mùa mưa, thể rõ nét khu vực phát triển thành đô thị tới năm 2020 Mức tăng nhiệt độ phụ thuộc rõ rệt vào thời gian ngày, cao từ trưa tới chiều Tính trung bình từ 11h đến 17h khu vực biên nội thành có mức tăng 0,350C, khu vực nội thành cũ 0,270C, khu vực quận trung tâm 0,220C toàn Tp.HCM 0,160C Ngược lại với mức tăng nhiệt độ, độ ẩm tương đối khu vực Tp.HCM giảm rõ rệt Qua kết mơ từ mơ hình cho thấy toàn Tp.HCM, khu vực ứng với biên nội thành mới, khu vực ứng với biên nội thành cũ, quận trung tâm, độ ẩm tương đối có mức giảm trung bình 0,29%, 0,45%, 0,46% 0,49% Mức giảm cao xảy khoảng từ 11h-17h với giá trị tương ứng 0,44%, 0,67%, 0,70% 0,75% Hướng mở rộng nghiên cứu đề tài luận án kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho thành phố đươc xếp vào đô thị loại I đô thị loại Đặc biệt Mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng phát triển đô thị cho đối tượng khác bao gồm phân bố mưa lượng mưa, trường gió lớp biên Từ kết thu nhận cho thấy vai trò quan trọng đặc tính mặt đệm thị yếu tố khí tượng bề mặt Do quĩ đất thành phố có hạn nên việc mở rộng đô thị phạm vi xung quanh đô thị cũ tránh khỏi Để tránh tác động xấu đến thay đổi khí hậu, việc qui hoạch, chỉnh trang xây dựng đô thị cần đặc biệt quan tâm đến diện tích xanh, thơng thống đường phố, sử dụng vật liệu thích hợp xây dựng không phát triển đô thị tập trung với qui mô lớn DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 1) Lương Văn Việt (2006), "ENSO khả dự báo mưa, nhiệt, ẩm khu vực Nam Bộ", Tạp chí KTTV, 551, tr 39-45 2) Lương Văn Việt (2007), "Sự phát triển đô thị xu biến đổi khí hậu thành phố Hồ Chí Minh", Tạp chí KTTV, 558, tr 29-35 3) Lương Văn Việt (2008), “Một số kết bước đầu ứng dụng mơ hình MM5 nghiên cứu hiệu ứng đảo nhiệt thành phố Hồ Chí Minh”, Tạp chí PTKHCN, Tập11, Số 4, tr 79-92 4) Lương Văn Việt nnk (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng phát triển thị tới khí tượng lớp biên thành phố Hồ Chí Minh, Đề tài NCKH - Sở KHCN Tp.HCM 5) Lương Văn Việt nnk (2008), Thử nghiệm mơ hình lớp biên khí mơ hình quang hóa mô ô nhiễm giao thông vận tải khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Đề tài NCKH Viện khoa học KTTV&MT 6) Lương Văn Việt nnk (2008), “Mô lan truyền ô nhiễm giao thông vận tải khu vực thành phố Hồ Chí Minh”, Tạp chí KTTV, 570, tr 5-12 7) Lương Văn Việt (2008), Xây dựng sở liệu khí tượng - thủy văn phục vụ lồng ghép vào qui hoạch sử dụng đất đến năm 2020 huyện Nhơn Trach, Dự án SEMLA - Sở TN&MT Đồng Nai 8) Lương Văn Việt nnk (2008), Nghiên cứu xây dựng sở liệu đặc trưng mưa phục vụ phòng chống ngập úng khu vực thành phố Hồ Chí Minh, Đề tài NCKH - Trung tâm điều hành Chương trình chống ngập nước Tp.HCM 9) Lương Văn Việt, Vũ Thanh Ca (2008), “Mô thay đổi nhiệt độ thành phố Hồ Chí Minh theo qui hoạch thị đến năm 2020”, Tạp chí KTTV, 576, tr 13-18 ... Hướng mở rộng nghiên cứu đề tài luận án kiến nghị Tiếp tục nghiên cứu mở rộng cho thành phố đươc xếp vào đô thị loại I đô thị loại Đặc biệt Mở rộng nghiên cứu ảnh hưởng phát triển đô thị cho... nnk (2008), Nghiên cứu ảnh hưởng phát triển đô thị tới khí tượng lớp biên thành phố Hồ Chí Minh, Đề tài NCKH - Sở KHCN Tp.HCM 5) Lương Văn Việt nnk (2008), Thử nghiệm mơ hình lớp biên khí mơ hình... PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ TỚI CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯNG LỚP BIÊN 2.1 Nội dung nghiên cứu Trên sở việc tổng quan nghiên cứu, vấn đề tồn đề xuất định hướng nghiên cứu cho