Nghiên cứu ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới khí quyển lớp biên, thử nghiệm ở thành phố hồ chí minh

Sự phát triển nhanh chóng của các đô thị đã làm thay đổi đáng kể cơ cấu sử dụng đất , làm thay đổi các đặc tính mặt đệm và tác động đến các yếu tố khí tượng trong lớp biên, gây nên biến

-  -

LƯƠNG VĂN VIỆT

ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ TỚI KHÍ QUYỂN LỚP BIÊN, THỬ NGHIỆM Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2011

-  -

LƯƠNG VĂN VIỆT

ĐỀ TÀI 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 VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 62.85.15.01

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là tác giả của bản luận án “Nghiên cứu ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới khí quyển lớp biên, thử nghiệm ở thành phố Hồ Chí Minh” Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu ra trong luận án

là của riêng tôi và chưa từng được ai công bố trong một công trình nào khác

Tác giả

Lương Văn Việt

LỜI CẢM ƠN

Luận án được hoàn thành tại Viện Môi trường và Tài nguyên - Đại học Quốc gia Tp.HCM dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Vũ Thanh Ca và GS.TS Alain Clappier

Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy hướng dẫn đã luôn nhiệt tình chỉ bảo và giúp đỡ trong suốt thời gian thực hiện luận án

Xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Môi trường và Tài nguyên, phòng quản lý chuyên ngành, phòng Đào tạo, quí thầy cô và Lãnh đạo Đại học Quốc gia Tp.HCM đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của cơ quan chủ quản cũng như các các đồng nghiệp đã quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận án Tác giả cũng xin cảm ơn và chia sẻ niềm vinh dự này cùng vợ, con, gia đình

và bạn bè đã động viên, khuyến khích để thực hiện thành công luận án

Tác giả

Lương Văn Việt

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN

Xu thế của quá trình đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ, thể hiện rõ nhất ở các nước đang phát triển Sự phát triển nhanh chóng của các đô thị đã làm thay đổi đáng

kể cơ cấu sử dụng đất , làm thay đổi các đặc tính mặt đệm và tác động đến các yếu

tố khí tượng trong lớp biên, gây nên biến đổi khí khu vực đô thị Mục tiêu của đề tài luận án là nghiên cứu và đánh giá tác động của sự thay đổi mặt đệm do quá trình phát triển đô thị tới khí quyển lớp biên trên khu vực thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) bằng phương pháp thống kê và mô hình số trị Đối tượng nghiên cứu được giới hạn trong luận án là các yếu tố khí tượng trong lớp biên khí quyển chịu tác động mạnh mẽ của mặt đệm, bao gồm nhiệt độ và độ ẩm tương đối Theo phương pháp thống kê, thời gian sử dụng số liệu phục vụ nghiên cứu là từ năm 1977 tới năm 2006 Theo mô hình số trị, thời tiết được mô phỏng theo các kịch bản về mặt đệm với điều kiện biên và điều kiện ban đầu từ số liệu phân tích của mô hình thời tiết toàn cầu năm 2006

Những kết quả nghiên cứu mới của luận án

1) Quá trình đô thị hóa của Tp.HCM đã ảnh hưởng tiêu cực đến biến đổi khí hậu Qua kết quả phân tích thống kê cho thấy sự hình thành một vùng có nhiệt độ cao và

độ ẩm thấp tại trung tâm đô thị, đây là sự thể hiện của hiệu ứng đảo nhiệt do quá trình đô thị hóa Kết quả phân tích xu thế cho thấy nhiệt độ và độ ẩm trung bình năm tại trung tâm đô thị có sự thay đổi khá mạnh so với khu vực xung quanh Nhất

là từ năm 1997-2006, là thời kỳ mà quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh, nhiệt độ trung bình tại trạm Tân Sơn Hòa đã gia tăng gấp đôi so với khu vực xung quanh Mối quan hệ giữa diện tích đất xây dựng với sự gia tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm tương đối là khá chặt chẽ

2) Bằng cách sử dụng các số liệu thay thế về độ cao địa hình và sử dụng đất từ số liệu vệ tinh cũng như phân loại chi tiết các dạng bề mặt đô thị và việc chọn lựa các tham số mặt đệm phù đã góp phần nâng cao chất lượng mô phỏng Kết quả mô phỏng đã thể hiện được những ảnh hưởng độ gồ ghề mặt đệm và các dạng sử dụng

đất đến phân bố trường gió, nhiệt, ẩm trong lớp bề mặt và trên cao khu vực nghiên cứu mà nhất là sự thể hiện của hiệu ứng đảo nhiệt trên khu vực đô thị

3) Kết quả mô phỏng thời tiết theo kịch bản về cải tạo mặt đệm đã cho thấy hiệu quả của việc tăng cường diện tích cây xanh và sử dụng sơn chống nóng đối với việc giảm nhiệt độ, đặc biệt là vào buổi chiều Tính trung bình trong khoảng thời gian từ

11 giờ đến 17 giờ, nhiệt độ trên khu vực được cải tạo đã giảm 0,360

C

4) Dựa trên kết quả mô phỏng thời tiết ứng với quy hoạch đô thị Tp.HCM năm

2020 cho thấy nhiệt độ trung bình của thành phố tiếp tục tăng, nội thành mới là khu vực có mức tăng nhiệt độ cao nhất Mức tăng nhiệt độ phụ thuộc vào thời gian trong ngày, từ 11 giờ đến 17 giờ trên khu vực biên nội thành mới có mức tăng là 0,350C, trên khu vực nội thành cũ là 0,270C Ngược lại với mức tăng nhiệt độ, độ ẩm tương đối trên khu vực đô thị Tp.HCM giảm rõ rệt

Khả năng ứng dụng trong thực tiễn

Áp dụng rộng rãi cho các độ thị lớn trên cả nước trong việc đánh giá biến đổi khí hậu do quá trình phát triển đô thị, đánh giá hiệu quả của việc chỉnh trang đô thị

và tác động của sự mở rộng đô thị đối với môi trường nhiệt

Phát triển các kết quả của luận án trong việc đánh giá ảnh hưởng của sự phát triển đô thị đến lượng mưa và phân bố mưa, phục vụ việc thiết kế và quy hoạch mạng lưới tiêu thoát nước

ABSTRACT

Nowadays, urbanization is on the growing trend worldwide, especially in developing countries The rapid development of urban areas has significantly changed the land use structure, the characteristics of surface layer, and effected on meteorological variables in the boundary layer, leading to climate change in these areas The thesis target is to study the influence of urbanization on the atmospheric boundary layer by using statistic and numerical method and testing in HCMC The study covers atmospheric variables effected strongly by the surface layer, including temperature and relative humidity Studied period for the statistical method, it is from 1977-2006 For the numerical method, the weather is simulated with boundary conditions taken from reanalyzed data of global weather model in 2006

New results of the thesis

1) HCMC’s urbanization has put a negative effect on its climate The analysis of climatological variables in HCMC has demonstrated that there is a warm and dry zone located in the city center This is the proof of urban heat island effect The results of statistical analysis have indicated that the average annual temperature and relative humidity of HCMC has a remarkable change in comparison with the surrounding area Especially in the period of 1997-2006, the average temperature of HCMC increased two times higher than the surrounding area The correlation between built-up land area and the temperature change and relative humidity is relatively strong

2) The simulating quality of numerical model has been improved by using the replacement data of topographic height and land use from satellite as well as classifying urban surfaces and selecting appropriate surface layer parameters The simulated results have not only shown the effect of surface rough and land use on wind, temperature, relative humidity distribution in the boudary layer but also clearly shown the urban heat island effect

3) The result of weather simulation with the scenario of transforming the surface

layer has displayed the effect of increasing the vegetation area and using solar

reflective paint to reduce temperature, especially at noontime From 11 am – 5 pm, the average temperature background in the area after the transformation has decreased by 0,360C

4) The result of simulating HCMC weather on 2020 land use plan map has shown that the city’s average temperature would continuously increase The greatest increase would be expected to happen at the new inner areas The increasing limit would depend on different periods at day From 11 am – 5 pm, the increase is by 0,350C in the new inner area and by 0,270C in the old inner one Contrary to temperature increase, relative humidity in the urban area of HCMC is predicted to decrease significantly

The possibility of application

Being widely applicable to other large cities in the country for estimating the level of climate change due to their own urbanization as well as assessing the effect

of urban reconstruction and expansion on temperature

The results of the thesis are promising It can be developed to assess the effect

of urbanization on rainfall and rain distribution for designing drainage systems

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Tĩm tắt nội dung luận án iii

Mục lục vii

Danh mục các từ viết tắt xi

Danh mục các bảng xii

Danh mục các hình xv

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ VÀ NGHIÊN CỨU VỀ LỚP BIÊN ĐÔ THỊ 7

1.1 Tình hình và xu thế phát triển đơ thị trên thế giới 7

1.2 Tình hình phát triển và định hướng quy hoạch tổng thể đơ thị Việt Nam 9

1.2.1 Tình hình phát triển đơ thị sau ngày đất nước thống nhất 9

1.2.2 Định hướng quy hoạch tổng thể phát triển đơ thị Việt Nam đến năm 2020 10

1.3 Tổng quan về đơ thị Hồ Chí Minh 11

1.3.1 Điều kiện tự nhiên 11

1.3.2 Sự phát triển của đơ thị Hồ Chí Minh 12

1.3.3 Quy hoạch chung Tp.HCM đến năm 2020 16

1.4 Tổng quan về lớp biên và các nghiên cứu cĩ liên quan đến đề tài luận án 18

1.4.1 Lớp biên và các ảnh hưởng của sự phát triển đơ thị tới các yếu tố khí tượng lớp biên 18

1.4.2 Tổng quan các nghiên cứu theo hướng của đề tài luận án 23

1.5 Những vấn đề tồn tại và đề xuất định hướng nghiên cứu cho luận án 30

1.5.1 Những vấn đề tồn tại trong nghiên cứu ảnh hưởng của sự phát triển đơ thị tới khí quyển lớp biên 30

1.5.2 Đề xuất về hướng nghiên cứu cho luận án 32

1.6 Nhận xét cuối chương 1 32

Chương 2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ TỚI CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG LỚP BIÊN 34

2.1 Nội dung nghiên cứu 34

2.2 Nghiên cứu lý thuyết 35

2.2.1 Tìm hiểu nguyên nhân biến đổi khí hậu khu vực đơ thị 35

2.2.2 Phương pháp thống kê trong nghiên cứu biến đổi khí hậu khu vực đơ thị 41

2.2.3 Phân tích, lựa chọn mơ hình số trị phục vụ nghiên cứu 45

2.2.3.1 Mơ hình MM5 46

2.2.3.2 Mơ hình khí tượng qui mơ vừa cho khu vực đơ thị FVM 57

2.2.3.3 Lựa chọn mơ hình phục vụ nghiên cứu 60

2.2.4 Các vấn đề đặt ra trong việc ứng dụng mơ hình MM5 phục vụ các nội dung nghiên cứu 64

2.2.5 Xác định các tham số mặt đệm, miền tính và lựa chọn các sơ đồ tham số hĩa 65

2.3 Nghiên cứu thử nghiệm cho Tp.HCM 70

2.3.1 Số liệu sử dụng trong phương pháp thống kê 70

2.3.2 Thời gian chạy thử nghiệm nhằm xác định các tham số mặt đệm, miền tính và lựa chọn các sơ đồ tham số hĩa cho khu vực nghiên cứu 72

2.3.3 Chỉnh sửa số liệu địa hình và sử dụng đất 73

2.3.3.1 Các lý do cần chỉnh sửa số liệu địa hình và sử dụng đất 73

2.3.3.2 Phân loại các dạng mặt đệm trên khu vực đơ thị khu vực Tp.HCM 76

2.3.3.3 Số liệu và phương pháp chỉnh sửa số liệu địa hình và sử dụng đất 78

2.3.4 Các thiết lập trong mơ hình MM5 trên khu vực nghiên cứu 80

2.3.5 Thời gian mơ phỏng và phương pháp đánh giá 83

2.4 Nhận xét cuối chương 2 86

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 87

3.1 Kết quả phân tích biến đổi khí hậu Tp.HCM qua phương pháp phân tích bản đồ 87

3.1.1 Phân bố nhiệt độ 87

3.1.2 Phân bố độ ẩm tương đối 92

3.2 Phân tích xu thế biến đổi nhiệt, ẩm Tp.HCM và mối quan hệ với sử dụng đất 96

3.3 Đánh giá kết quả ứng dụng mơ hình MM5 trong nghiên cứu khí tượng trong lớp biên trên khu vực Tp.HCM 103

3.3.1 Kết quả chỉnh sửa số liệu địa hình và sử dụng đất 103

3.3.1.1 Số liệu địa hình và sử dụng đất cho thời điểm hiện tại 103

3.3.1.2 Số liệu sử dụng đất khi cải tạo mặt đệm hiện hữu 106

3.3.1.3 Số liệu sử dụng đất tới năm 2020 109

3.3.2 Đánh giá hiệu quả của việc chỉnh lý số liệu địa hình và sử dụng đất 111

3.3.3 Đánh giá kết quả mơ phỏng cho năm 2006 114

3.3.3.1 Nhiệt độ 116

3.3.3.2 Độ ẩm tương đối 119

3.3.3.3 Các thành phần tốc độ giĩ 122

3.3.4 Đánh giá kết quả mơ phỏng trong thời gian các đợt khảo sát 126

3.3.4.1 Phân tích số liệu khảo sát 126

3.3.4.2 Đánh giá kết quả mơ phỏng qua số liệu khảo sát 129

3.4 Phân tích kết quả ứng dụng mơ hình MM5 trong nghiên cứu ảnh hưởng của

sự phát triển đơ thị tới nhiệt độ và độ ẩm trên khu vực Tp.HCM 132

3.4.1 Phân tích ảnh hưởng của mặt đệm đơ thị hiện hữu tới phân bố nhiệt độ và độ ẩm 132

3.4.1.1 Nhiệt độ 132

3.4.1.2 Độ ẩm tương đối 135

3.4.2 Ý nghĩa của việc cải tạo mặt đệm hiện hữu đối với nhiệt độ và độ ẩm mực 2 m 139

3.4.2.1 Nhiệt độ mực 2 m 139

3.4.2.2 Độ ẩm tương đối mực 2 m 142

3.4.3 Sự thay đổi nhiệt độ và độ ẩm do phát triển và mở rộng đơ thị tới năm 2020 144

3.4.3.1 Sự thay đổi nhiệt độ mực 2 m 145

3.4.3.2 Sự thay đổi độ ẩm tương đối mực 2 m 150

3.4.3.3 So sánh kết quả từ mơ hình và phương pháp thống kê về biến đổi nhiệt độ và độ ẩm tương đối tới năm 2020 154

3.5 Nhận xét cuối chương 3 156

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 158

Tài liệu tham khảo 162

Phụ lục 170

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BT Sơ đồ lớp biên Burk-Thompson

CBL Lớp biên hành tinh đối lưu

CDC Trung tâm Chuẩn đoán Khí hậu

EMD Phương pháp xác định xu thế bằng cách loại bỏ các dao động

có chu kỳ ngắn (Empirical Mode Decomposition) FVM Mô hình khí tượng qui mô vừa cho khu vực đô thị

IPCC Ủy ban về biến đổi khí hậu liên chính phủ

KV1 Khu vực trong khoảng 105049’E -107026’E ; 9057’N-11035’N KV2 Các quận ít biến động sử dụng đất đến năm 2020 Bao gồm

quận 1, 3, 4, 5, 10, 11, Tân Bình, Tân Phú và Phú Nhuận

LSM Mô hình đất bề mặt

MM5 Mô hình thời tiết qui mô vừa thế hệ thứ 5

MODIS Vệ tinh quan trắc bề mặt (Moderate resolution Imaging

Spectroradiometer)

MY Sơ đồ rối Mellor-Yamada

NCAR Trung tâm Nghiên cứu Khí quyển Quốc gia Mỹ

NCEP Trung tâm Quốc gia Môi trường Mỹ

PBL Lớp biên hành tinh

RBL Lớp biên hành tinh trên khu vực nông thôn

SBL Lớp biên hành tinh phân tầng ổn định

SRTM Vệ tinh đo độ cao địa hình

TKE Năng lượng động năng rối

UBL Lớp biên hành tinh trên khu vực đô thị

UHI Hiệu ứng đảo nhiệt đô thị

USGS Cơ quan Khảo sát Địa chất Mỹ

VegFrac Độ bao phủ thực vật

DANH SÁCH BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Số đô thị theo mức dân số 8

Bảng 1.2 Dân số Tp.HCM qua các cuộc tổng điều tra và điều tra giữa kỳ 13

Bảng 1.3 Dân số trung bình Tp.HCM 13

Bảng 1.4 Mật độ dân số Tp.HCM 15

Bảng 2.1 Lượng mây tổng quan trung bình ngày tại trạm quan trắc Tân Sơn Hòa 61

Bảng 2.2 Các trạm khí tượng phục vụ nghiên cứu 71

Bảng 2.3 Bảng phân loại theo 24 dạng lớp phủ mặt đệm của USGS 75

Bảng 2.4 Bảng phân loại các dạng đô thị 78

Bảng 2.5 Lựa chọn các sơ đồ trong MM5 83

Bảng 3.1 Nhiệt độ trung bình và mức chênh lệch giữa các khu vực 88

Bảng 3.2 Chênh lệch nhiệt độ giữa trạm Tân Sơn Hòa và KV1 89

Bảng 3.3 Các giá trị thống kê nhiệt độ tối thấp, trạm Tân Sơn Hòa 92

Bảng 3.4 Các giá trị thống kê nhiệt độ tối cao, trạm Tân Sơn Hòa 92

Bảng 3.5 Độ ẩm tương đối trung bình và mức chênh lệch giữa các khu vực 94

Bảng 3.6 Các giá trị thống kê của độ ẩm tối thấp, trạm Tân Sơn Hòa 95

Bảng 3.7 Các giá trị thống kê của độ ẩm tối cao, trạm Tân Sơn Hòa 96

Bảng 3.8 Sự thay đổi nhiệt độ, độ ẩm tương đối trên KV1 và trạm Tân Sơn Hòa 97

Bảng 3.9 Diện tích đất xây dựng và sự thay đổi nhiệt, ẩm trạm Tân Sơn Hòa 101

Bảng 3.10 Bảng phân loại các dạng sử dụng đất trên khu vực nghiên cứu 105

Bảng 3.11 Các tham số vật lý cho các dạng mặt đệm đô thị khu vực Tp.HCM 105

Bảng 3.12 Độ bao phủ thực vật theo các dạng đô thị 106

Bảng 3.13 Một số thuộc tính của lớp D1n và D2n 109

Bảng 3.14 Diện tích các dạng đất đô thị trong thời gian hiện tại và năm 2020 110

Bảng 3.15 Đánh giá kết quả mô phỏng trước và sau khi chỉnh sửa số liệu địa

hình và sử dụng đất 113

Bảng 3.16 Độ cao trung bình các mực sigma tại trạm Tân Sơn Hòa vào lúc 7h sáng 115

Bảng 3.17 Đánh giá kết quả mô phỏng nhiệt độ mực 2 m 116

Bảng 3.18 Đánh giá kết quả mô phỏng nhiệt độ theo độ cao 118

Bảng 3.19 Đánh giá kết quả mô phỏng nhiệt độ theo từng tháng 119

Bảng 3.20 Đánh giá kết quả mô phỏng độ ẩm tương đối mực 2 m 119

Bảng 3.21 Đánh giá kết quả mô phỏng độ ẩm tương đối theo độ cao 121

Bảng 3.22 Đánh giá kết quả mô phỏng độ ẩm tương đối theo tháng 122

Bảng 3.23 Đánh giá kết quả mô phỏng tốc độ gió mực 10 m 123

Bảng 3.24 Đánh giá kết quả mô phỏng Vx và Vy theo độ cao 125

Bảng 3.25 Đánh giá kết quả mô phỏng Vx và Vy theo tháng 125

Bảng 3.26 Kết quả thống kê các giá trị trung bình trong các đợt khảo sát 127

Bảng 3.27 Kết quả thống kê số liệu của các trạm khí tượng trong các đợt khảo sát 127

Bảng 3.28 Kết quả tính độ cao mực gồ ghề trong các đợt khảo sát 129

Bảng 3.29 Giá trị trung bình của nhiệt độ, độ ẩm tương đối và tốc độ gió trong các đợt khảo sát từ mô hình MM5 130

Bảng 3.30 Sai số trung bình và hệ số tương quan giữa giá trị mô phỏng và quan trắc theo các trạm trong các đợt khảo sát 131

Bảng 3.31 Mức chênh lệch nhiệt độ giữa nội thành cũ và toàn Tp.HCM 133

Bảng 3.32 Mức chênh lệch độ ẩm tương đối giữa nội thành cũ và toàn Tp.HCM 136

Bảng 3.33 Mức giảm nhiệt độ mực 2 m trên khu vực mặt đệm được cải tạo 141

Bảng 3.34 Mức tăng độ ẩm tương đối trên khu vực mặt đệm được cải tạo 143

Bảng 3.35 Sự gia tăng nhiệt độ do sự phát triển đô thị tới năm 2020 148

Bảng 3.36 Sự gia tăng nhiệt độ do sự phát triển đô thị tới năm 2020 trên khu vực chuyển đổi sử dụng đất thành đất xây dựng 148

Bảng 3.37 Sự gia tăng nhiệt độ do sự phát triển đô thị tới năm 2020, tính trung

bình trong khoảng thời gian từ 4-6 giờ 149Bảng 3.38 Sự gia tăng nhiệt độ do sự phát triển đô thị tới năm 2020, tính trung

bình trong khoảng thời gian từ 11-17 giờ 150Bảng 3.39 Mức giảm độ ẩm do sự phát triển đô thị tới năm 2020 153Bảng 3.40 Sự suy giảm độ ẩm do sự phát triển đô thị tới năm 2020 trên khu vực

chuyển đổi sử dụng đất thành đất xây dựng 153Bảng 3.41 Mức giảm độ ẩm do sự phát triển đô thị tới năm 2020, tính trung bình

trong khoảng thời gian từ 4-6 giờ 154Bảng 3.42 Mức giảm độ ẩm do sự phát triển đô thị tới năm 2020, tính trung bình

trong khoảng thời gian từ 11-17 giờ 154

DANH SÁCH HÌNH

Trang

Hình 1.1 Bản đồ địa hình Tp.Hồ Chí Minh 12

Hình 1.2 Cấu trúc của PBL 20

Hình 1.3 Mô phỏng hiệu ứng đảo nhiệt đô thị 22

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc các môđun chính trong MM5 47

Hình 2.2 Liên kết các sơ đồ tham số hóa trong MM5 56

Hình 2.3 Sơ đồ I, lựa chọn và chỉnh lý số liệu mặt đệm và các sơ đồ tham số hóa 67

Hình 2.4 Sơ đồ II, chỉnh lý các tham số mặt đệm 68

Hình 2.5 Sơ đồ chạy mô hình MM5 70

Hình 2.6 Vị trí các trạm quan trắc khí tượng 71

Hình 2.7 Các dạng sử dụng đất trên miền tính 4 từ số liệu USGS độ phân giải 30 giây 74

Hình 2.8 Phân chia các khu vực đô thị 77

Hình 2.9 Sơ đồ định hướng phát triển không gian đến năm 2020 của Tp.HCM 79

Hình 2.10 Các miền tính trong mô hình MM5 81

Hình 3.1 Phân bố nhiệt độ trung bình năm thời kỳ 1977-2006 87

Hình 3.2 Nhiệt độ trung bình tháng và mức chênh lệch giữa các khu vực 88

Hình 3.3 Hướng gió thịnh hành và tốc độ gió trung bình trạm Tân Sơn Nhất 90

Hình 3.4 Chênh lệch nhiệt độ giữa hai thời kỳ 91

Hình 3.5 Phân bố độ ẩm tương đối trung bình năm 93

Hình 3.6 Độ ẩm tương đối trung bình tháng và mức chênh lệch giữa các khu vực 94

Hình 3.7 Chênh lệch độ ẩm tương đối giữa hai thời kỳ 95

Hình 3.8 Xu thế biến đổi nhiệt độ và độ ẩm tương đối trạm Tân Sơn Hòa 96

Hình 3.9 Chênh lệch độ ẩm riêng giữa trạm Tân Sơn Hòa và KV1 99

Hình 3.10 Xu thế của RH’TSH và RH’’TSH 99

Hình 3.11 Quan hệ giữa diện tích đất xây dựng với nhiệt độ và độ ẩm tương đối 102

Hình 3.12 Kết quả chỉnh sửa độ cao địa hình từ số liệu SRTM 104Hình 3.13 Kết quả chỉnh sửa các dạng sử dụng đất theo mặt đệm hiện tại trên

khu vực đô thị 104Hình 3.14 Khu vực cải tạo mặt đệm 106Hình 3.15 Diện tích cây xanh, sơn chống nóng và phần còn lại của dạng mặt

đệm D1 trong D1n 108Hình 3.16 Các dạng sử dụng đất khu vực đô thị theo định hướng phát triển

không gian đến năm 2020 110Hình 3.17 Kết quả mô phỏng nhiệt độ trung bình mực 2 m cho tháng 2/2006 từ

số liệu độ cao địa hình và sử dụng đất của USGS 111Hình 3.18 Kết quả mô phỏng nhiệt độ trung bình tháng 2/2006 với số liệu địa

hình và sử dụng đất đã được chỉnh sửa 112Hình 3.19 Hệ số tương quan giữa nhiệt độ mực 2 m thực đo và mô phỏng 117Hình 3.20 Nhiệt độ mực 2 m trạm Tân Sơn Hòa và kết quả từ mô hình, tháng

4/2006 117Hình 3.21 Nhiệt độ không khí mô phỏng và thực đo tại trạm cao không Tân Sơn

Hòa, lúc 7h/4/2/2006 118Hình 3.22 Hệ số tương quan giữa độ ẩm tương đối mực 2 m thực đo và mô

phỏng 120Hình 3.23 Độ ẩm tương đối mực 2 m trạm Tân Sơn Hòa và kết quả từ mô hình,

tháng 4/2006 120Hình 3.24 Độ ẩm tương đối mô phỏng và thực đo tại trạm cao không Tân Sơn

Hòa, lúc 7h/15/4/2006 121Hình 3.25 Hệ số tương quan giữa Vx, Vy thực đo và mô phỏng 123Hình 3.26 Thành phần gió trên cao thực đo và mô phỏng tại trạm cao không Tân

Sơn Hòa, lúc 7h/3/2/2006 124Hình 3.27 Phân bố nhiệt độ và độ ẩm tương đối tính trung bình trong đợt khảo

sát lần 1 128

Hình 3.28 Phân bố nhiệt độ và độ ẩm tương đối tính trung bình trong đợt khảo

sát lần 2 128Hình 3.29 Nhiệt độ và độ ẩm tương đối trung bình mực 2 m trong đợt khảo sát

lần 1 từ mô hình MM5 130Hình 3.30 Nhiệt độ trung bình tháng 3/2006 và tháng 8/2006 tại mực 2 m từ mô

hình MM5 133Hình 3.31 Chênh lệch nhiệt độ giữa nội thành cũ và toàn Tp.HCM 134Hình 3.32 Nhiệt độ tại mực 2 m và theo mặt cắt kinh tuyến qua trạm Tân Sơn

Hòa từ mô hình MM5 lúc 13h/02/02/2006 134

Hình 3.33 Độ ẩm tương đối trung bình tháng 3/2006 và tháng 8/2006 tại mực 2

m từ mô hình MM5. 136Hình 3.34 Độ ẩm tương đối trung bình tháng 2/2006 mô phỏng bằng MM5 137Hình 3.35 Kết quả mô phỏng mức giảm nhiệt độ mực 2 m trung bình các tháng

mùa khô do cải tạo mặt đệm 140Hình 3.36 Quan hệ giữa T2006n - T2006 và T2006 trên khu vực cải tạo mặt đệm. 141Hình 3.37 Kết quả mô phỏng mức tăng độ ẩm mực 2 m trung bình các tháng

mùa khô do cải tạo mặt đệm 142Hình 3.38 Kết quả mô phỏng sự gia tăng nhiệt độ mực 2 m trung bình các tháng

mùa khô do phát triển đô thị tới năm 2020 145Hình 3.39 Kết quả mô phỏng sự gia tăng nhiệt độ mực 2 m trung bình các tháng

mùa mưa do phát triển đô thị tới năm 2020 146Hình 3.40 Quan hệ giữa T2020 - T2006 và T2006 trên khu vực biên nội thành mới 148Hình 3.41 Kết quả mô phỏng sự suy giảm độ ẩm mực 2 m trung bình các tháng

mùa khô do phát triển đô thị tới năm 2020 151Hình 3.42 Kết quả mô phỏng sự suy giảm độ ẩm mực 2 m trung bình các tháng

mùa mưa do phát triển đô thị tới năm 2020 151

MỞ ĐẦU

1 Tính cần thiết của luận án

Xu thế của quá trình đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ, thể hiện rõ nhất ở các nước đang phát triển Sự phát triển nhanh chóng của các đô thị đã làm thay đổi đáng

kể cơ cấu sử dụng đất Việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất cho phát triển đô thị

đã làm giảm đáng kể tỷ lệ cây xanh và mặt nước, bề mặt cũ được thay thế bằng các loại vật liệu xây dựng có khả năng hấp thụ nhiệt cao và không thấm nước Sự thay đổi tính chất mặt đệm kết hợp với sự thay đổi về hình học do các hoạt động xây dựng đã gây ra các biến đổi về khí hậu và cấu trúc các trường khí tượng trong lớp biên, rõ nét nhất là sự gia tăng nhiệt độ, giảm độ ẩm và tốc độ gió Chính do những ảnh này, các nghiên cứu về ảnh hưởng của sự phát triển đô thị đến biến đổi khí hậu

và khí quyển lớp biên được nhiều nước quan tâm cho mục đích quy hoạch và phát triển bền vững

Ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới lớp biên khí quyển được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, đặc biệt là các nghiên cứu về hiệu ứng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island Effect – UHI), năng lượng rối, hoạt động của gió trong lớp biên và cấu trúc các trường khí tượng trong lớp biên Các nghiên cứu về lớp biên đô thị cũng như ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới khí quyển lớp biên được chia theo 2 hướng chủ yếu là phương pháp thống kê và mô hình số trị Điển hình cho phương pháp thống kê là những nghiên cứu về biến đổi của tốc độ gió theo độ cao, UHI, xác định hệ số rối theo các điều kiện khí tượng khu vực, năng lượng rối và độ cao lớp biên hành tinh Hướng nghiên cứu bằng mô hình số trị về ảnh hưởng mặt đệm đô thị tới các trường khí tượng trong lớp biên được đặc biệt quan tâm Theo hướng nghiên cứu này, người ta đã xây dựng hàng loạt các dạng mô hình số trị với

độ chi tiết khác nhau như mô hình khí tượng cho khu vực đô thị, mô hình đường phố Tại Việt Nam, những nghiên cứu về lớp biên đô thị được chú ý đến nhiều trong thập niên gần đây Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của sự

phát triển đô thị tới sự biến đổi khí hậu và các trường khí tượng trong lớp biên chưa được quan tâm xem xét đúng mức

Thành phố Hồ Chí Minh (Tp.HCM) có dân số trên 6 triệu người, là thành phố

có mật độ dân số cao và tốc độ phát triển đô thị nhanh Qua kết quả nghiên cứu về biến động khí hậu khu vực Nam Bộ và Tp.HCM [41], [42], [46] đã cho thấy trong những năm gần đây khí hậu khu vực Thành phố có những thay đổi rõ rệt, thể hiện

rõ nhất là sự gia tăng nhiệt độ do sự phát triển và mở rộng thành phố Trong kiến trúc hiện tại của thành phố còn có nhiều bất cập như thiếu diện tích cây xanh, mật

đô xây dựng cao, góc mở của đường phố nhỏ, v.v Hiện trạng kiến trúc này đã làm cho nhiệt độ Thành phố cao hơn khu vực xung quanh, làm giảm tốc độ gió trong lớp sát mặt làm cản trở việc lưu thông không khí gây gia tăng tình trạng ô nhiễm

Hiện nay chưa có các nghiên cứu, đánh giá cụ thể về ảnh hưởng của sự phát triển đô thị của Tp.HCM đến biến đổi khí hậu và các yếu tố khí tượng lớp biên khu vực này Đây là vấn đề nghiên cứu cần thiết, nhằm đáp ứng các yêu cầu trong quy hoạch và chỉnh trang đô thị để tránh các tác động đến môi trường không khí, hướng đến sự phát triển của một đô thị bền vững

Với mong muốn thu được những kết quả xác thực hơn cho một khu vực cụ thể, luận án đi sâu nghiên cứu những tác động do sự thay đổi mặt đệm tới biến đổi

vi khí hậu thành phố Hồ Chí Minh cũng như các ảnh hưởng của chúng tới cấu trúc các trường khí tượng và tìm đề xuất các giải pháp khắc phục

2 Mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu và đánh giá tác động của sự thay đổi mặt đệm do quá trình phát triển đô thị tới sự biến đổi khí hậu và cấu trúc của một số trường khí tượng trong lớp biên trên khu vực Tp.HCM, tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất các giải pháp khắc phục

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là các yếu tố khí tượng trong lớp biên khí quyển chịu tác động mạnh của mặt đệm, bao gồm nhiệt độ và độ ẩm tương đối

- Khu vực nghiên cứu là Tp.HCM

- Thời gian nghiên cứu: Theo phương pháp thống kê, số liệu được sử dụng cho nghiên cứu là từ năm 1977 tới năm 2006 Theo mô hình số trị, thời tiết được mô phỏng theo các kịch bản về mặt đệm với điều kiện biên và điều kiện ban đầu từ số liệu phân tích của mô hình thời tiết toàn cầu năm 2006

4 Phương pháp nghiên cứu

Việc nghiên cứu những ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới biến đổi khí hậu

và khí tượng lớp biên trên khu vực đô thị được thực hiện qua phương pháp thống kê

và mô hình số trị

Phương pháp thống kê nhằm đánh giá sự biến đổi vi khí hậu của thành phố trong quá trình phát triển Các nội dung nghiên cứu bao gồm:

- Tìm hiểu các nguyên nhân của biến đổi vi khí hậu khu vực đô thị

- Đánh giá biến đổi khí hậu Tp.HCM bằng phương pháp phân tích bản đồ

- Xác định xu thế biến đổi khí hậu Tp.HCM do quá trình đô thị hóa và mối quan hệ với sự thay đổi sử dụng đất

Phương pháp ứng dụng mô hình số trị nhằm đánh giá những tác động của sự phát triển đô thị tới các trường khí tượng trong lớp biên Các nội dung nghiên cứu chính bao gồm:

- Xây dựng các căn cứ để lựa chọn mô hình số trị nhằm đáp ứng mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Tìm hiểu và giải quyết các vấn đề cần khắc phục đối với mô hình được lựa chọn nhằm nâng cao độ chính xác của kết quả mô phỏng

- Mô phỏng thời tiết với điều kiện mặt đệm hiện hữu, đánh giá những ảnh hưởng của mặt đệm đô thị tới các trường khí tượng trong lớp biên

- Thay đổi một số tính chất của mặt đệm theo các yêu cầu cải tạo mặt đệm, chạy mô hình để tìm ra các giải pháp phát triển bền vững

- Mô phỏng thời tiết ứng với tình hình phát triển đô thị trong tương lai Đánh giá những ảnh hưởng tích cực và tiêu cực đến cấu trúc các trường khí tượng trong lớp biên

Do kích thước của các miền tính, mô hình khí tượng qui mô vừa sẽ được ứng dụng nhằm thực hiện các nội dung nghiên cứu Trong báo cáo, hai mô hình tiêu biểu

là mô hình thời tiết qui mô vừa MM5 và mô hình khí tượng qui mô vừa cho khu vực đô thị FVM sẽ được phân tích nhằm lựa chọn mô hình đáp ứng các mục tiêu nghiên cứu đặt ra

5 Cách tiếp cận trong nghiên cứu

Cách tiếp cận trong nghiên cứu dựa trên những thay đổi thực tế của các yếu tố khí tượng lớp biên trong quá trình đô thị hóa, cơ sở lý thuyết về lớp biên khí quyển, vai trò mặt đệm trong mô hình số trị

Việc xác định các nội dung và phương pháp nghiên cứu trong luận án xuất phát từ những cơ sở sau đây:

- Tiếp thu và phát triển các nghiên cứu đã có về ảnh hưởng của đô thị tới biến đổi khí hậu cho khu vực nghiên cứu cũng như các khu vực khác

- Sử dụng những thông tin và phần mềm nghiên cứu có liên quan từ các trung tâm nghiên cứu trong nước và thế giới

- Khai thác sử dụng các số liệu, tài liệu sẵn có liên quan đến đề tài, điều tra khảo sát những thông tin và số liệu cần thiết

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học

Đưa ra các phương pháp và kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của sự phát triển

đô thị tới sự biến đổi khí hậu và cấu trúc của một số trường khí tượng trong lớp biên trên khu vực Tp.HCM, góp phần vào việc nghiên cứu khí tượng lớp biên khu vực

đô thị

- Ý nghĩa thực tiễn

+ Sử dụng các kết quả nghiên cứu làm tài liệu tham khảo trong bài toán quy hoạch và chỉnh trang đô thị

+ Cảnh báo sự thay đổi khí hậu Tp.HCM do phát triển và mở rộng đô thị đến năm 2020

+ Các kiến nghị nhằm giảm thiểu các ảnh hưởng của sự phát triển đô thị Tp.HCM đến biến đổi khí hậu

7 Tính mới của luận án

Qua việc thực hiện các nội dung nghiên cứu và kết quả đạt được, luận án đã có những đóng góp mới sau:

- Đưa ra các kết quả thống kê về các ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới biến đổi khí hậu Tp.HCM Xác định xu thế biến đổi khí hậu Tp.HCM do quá trình đô thị hóa

- Xây dựng các hàm thống kê thực nghiệm về mối quan hệ giữa sự thay đổi nhiệt ẩm do quá trình đô thị hóa với diện tích đất xây dựng

- Luận án đã ứng dụng một cách có hiệu quả một mô hình số trị trong nghiên cứu khí tượng lớp biên trên khu vực Tp.HCM bằng cách:

+ Chọn lựa mô hình phù hợp với đối tượng và khu vực nghiên cứu

+ Phân chia chi tiết các dạng mặt đệm đô thị và tạo mới số liệu mặt đệm bằng số liệu bản đồ, số liệu từ vệ tinh

+ Xây dựng các sơ đồ chạy mô hình và phương pháp đánh giá nhằm chọn lựa tối ưu các tham số cho các dạng mặt đệm đô thị, các miền tính và các sơ đồ tham số hóa của mô hình nghiên cứu

- Đưa ra các kết quả nghiên cứu bằng mô hình số trị về: ảnh hưởng của mặt đệm đô thị hiện hữu đến sự hình thành đảo nhiệt trên khu vực Tp.HCM; mức ý nghĩa của việc cải tạo mặt đệm trong việc giảm thiểu ảnh hưởng của

sự phát triển đô thị đến biến đổi khí hậu; dự báo về sự thay đổi khí hậu Tp.HCM do phát triển và mở rộng đô thị tới năm 2020 Với các kết quả này, mô hình số trị có thể sử dụng trên khu vực nghiên cứu như một công

cụ cho việc quy hoạch và chỉnh trang đô thị

- Việc gắn kết giữa phương pháp thống kê và mô hình số trị trong nghiên cứu

đã nâng cao tính chính xác của các lý luận và kết quả trong nghiên cứu

8 Cấu trúc của luận án

Cấu trúc của luận án gồm phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và phụ lục:

- Mở đầu: Nêu tính cần thiết của đề tài luận án, mục tiêu và nội dung nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, cách tiếp cận trong nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn và tính mới của luận

án

- Chương 1: Giới thiệu tổng quan về tình hình phát triển đô thị trên thế giới, tình hình phát triển các đô thị ở Việt Nam, sự ra đời và phát triển của Tp.HCM Ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới các yếu tố khí tượng lớp biên và tổng quan về các phương pháp nghiên cứu

- Chương 2: Giới thiệu chi tiết các phương pháp nghiên cứu của luận án, bao gồm phương pháp thống kê và mô hình số trị Các vấn đề cần khắc phục và phương pháp khắc phục nhằm nâng cao chất lượng mô phỏng của mô hình

số trị trong việc thực hiện các nội dung nghiên cứu

- Chương 3: Phân tích và đánh giá các kết quả nghiên cứu đạt được

- Các kết luận và kiến nghị từ kết quả nghiên cứu

- Phụ lục

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐÔ THỊ VÀ NGHIÊN CỨU VỀ LỚP BIÊN ĐÔ THỊ

1.1 Tình hình và xu thế phát triển đơ thị trên thế giới

Trước thời kỳ tiền cơng nghiệp các đơ thị được hình thành gắn liền với hoạt động của các triều đình phong kiến, sản xuất thủ cơng và các hoạt động thương mại

Do trình độ sản xuất thấp và nơng nghiệp vẫn là ngành nghề chính nên diện tích và qui mơ dân số của các đơ thị dạng này thường khơng lớn và khá phân tán Sự phát triển và mở rộng các đơ thị chỉ thực sự bùng nổ khi cơng nghiệp phát triển Các giai đoạn phát triển của cơng nghiệp đã tác động mạnh đến quá trình đơ thị hố ở các nước theo những đặc tính riêng Lịch sử phát triển cơng nghiệp trên thế giới đã trải qua ba giai đoạn và cùng với nĩ là các thời kỳ phát triển đơ thị:

Trong thời kỳ hiện nay (thời kỳ hậu cơng nghiệp), đa số các nước trên thế giới

đã bước vào giai đoạn cơng nghiệp hố rộng khắp trong các ngành sản xuất Ở các nước đã và đang phát triển đang chuyển sang thời kỳ tự động hố nền sản xuất với

sự trợ giúp của cộng nghệ thơng tin Trong thời kỳ này số lượng các đơ thị tăng lên, đồng thời qui mơ đơ thị cũng lớn lên cả về diện tích và dân số Với qui mơ lớn cấu trúc đơ thị cũng phúc tạp hơn Cơ cấu sản xuất và phương thức sinh hoạt ở các đơ thị thay đổi do sự phát triển của cơng nghệ

Dưới tác động của cách mạng cơng nghiệp và khoa học kỹ thuật, dân số đơ thị thế giới tăng lên với tốc độ ngày càng nhanh Theo tài liệu thống kê và ước tính của Liên Hiệp Quốc [95] thì mức độ đơ thị hĩa tại các nước thuộc Châu Mỹ La Tinh là cao nhất, tiếp theo là Châu Âu, Châu Á và Châu Phi Nếu xác định tốc độ đơ thị hĩa bằng mức tăng tỷ lệ dân số đơ thị thì Châu Á là cao nhất, tiếp theo là Châu Mỹ La Tinh, Châu Phi và Châu Âu Đơng Nam Á là khu vực cĩ tốc độ đơ thị hĩa rất cao, với mức tăng trung bình giai đoạn 2000-2005 là 0,84% Inđơnêxia và Malayxia là các quốc gia cĩ tốc độ đơ thị hĩa cao nhất trong khu vực này, với mức tăng trên 1%, Việt Nam đứng vị trí trung bình

Cũng theo tài liệu thống kê và ước tính của Liên Hiệp Quốc [95] thì năm 1900 chỉ có 15 đô thị với dân số trên 1 triệu dân, đến năm 1950 đã có 7 đô thị có số dân trên 5 triệu và đến năm 2000 đã có 17 đô thị trên 10 triệu dân (bảng 1.1) Các thành phố có số dân trên 10 triệu người được gọi là các đô thị đặc biệt lớn (Mega-City hoặc Megalopolise) Đến năm 2005 số đô thị này trên toàn cầu đã lên đến con số 20 Trong số 10 thành phố có dân số lớn nhất năm 2005 thì Châu Á đã chiếm đến 6 thành phố (Tokyo, Mumbai, Delhi, Shanghai, Kolkata, Jakartar) và Đông Nam Á chiếm 1 thành phố Các đô thị loại này có xu hướng tăng mạnh vào giai đoạn từ 1990- 2000 Theo dự báo, số đô thị cực lớn sẽ tăng chậm, mức tăng chủ yếu sẽ

thuộc loại các đô thị có qui mô dân số dưới 10 triệu dân

Bảng 1.1 Số đô thị theo mức dân số

Nguồn: Ủy ban kinh tế và các vấn đề xã hội [95]

Xu thế của quá trình đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ, thể hiện rõ nhất ở các nước đang phát triển Sự phát triển nhanh chóng của nhiều ngành nghề khu vực đô thị và hiện đại hóa ngành nông nghiệp trong những thập niên gần đây đã ngày càng tạo ra sự dư thừa lao động ở nông thôn, chênh lệch thu nhập giữa khu vực nông thôn và đô thị ngày càng cao Kết hợp với sự bùng nổ dân số ở các nước đang phát triển và chậm phát triển, là những lý do chính của việc gia tăng tốc độ đô thị hóa trong những năm gần đây

Một đô thị có quy mô hợp lý khi các điều kiện kinh tế, văn hóa, xã hội và tự nhiên cho phép đảm bảo tốt nhất về các mặt tổ chức sản xuất, tổ chức đời sống, tổ chức không gian đô thị, cảnh quan và môi trường đô thị với những chi phí xây dựng

và quản lý đô thị ít tốn kém nhất Để đáp ứng điều này các đô thị sẽ phải khống chế

về mặt không gian và dân số, đây cũng là xu hướng phát triển của loại đô thị từ 1 đến 5 triệu dân

1.2 Tình hình phát triển và định hướng quy hoạch tổng thể đô thị Việt Nam 1.2.1 Tình hình phát triển đô thị sau ngày đất nước thống nhất

Theo số liệu của Tổng cục Thống kê [49] thì từ năm 1975-2006 bình quân mỗi năm dân số đô thị của nước ta tăng lên 1,18 triệu dân Từ năm 1975-1996, xu thế về

tỷ lệ dân số đô thị không rõ ràng Trong giai đoạn từ năm 1997-2006, tỷ lệ dân số

đô thị tăng khá cao, mức tăng trung bình khoảng 0,55%/năm Cũng theo số liệu này thì tốc độ đô thị hóa của nước ta là được đẩy mạnh nhất kể từ năm 1997

Chương trình đổi mới kinh tế toàn diện từ Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ VI (tháng 12 năm 1986) với mục tiêu xây dựng một nền kinh tế nhiều thành phần, chuyển nền kinh tế sang cơ chế thị trường với sự quản lý của nhà nước ở tầm vĩ mô, chuyển nền kinh tế tự cung tự cấp sang nền kinh tế mở cửa với thế giới bên ngoài Kết quả của quá trình đổi mới đã làm cho lực lượng sản xuất trong nước phát triển, thu hút mạnh các nguồn đầu tư nước ngoài Điều này đã làm thay đổi cơ cấu dân số, nhất là trong 10 năm gần đây, tỷ lệ dân số đô thị đã tăng gần 6%

Sự phát triển của dân số đô thị cũng khác nhau giữa các khu vực và các tỉnh Các tỉnh thành phố trực thuộc trung ương hoặc các khu công nghiệp, các khu vực trọng tâm đầu tư phát triển có tỷ lệ đô thị hóa tăng khá nhanh Các tỉnh đồng bằng đông dân, các tỉnh miền núi, vùng sâu vùng xa tỷ lệ đô thị hóa không tăng hoặc tăng không đáng kể

Mật độ dân số đô thị ở nước ta là ở mức cao và ngày một tăng Năm 1992 mật

độ dân số đô thị của thế giới là 40 người/km2

, các nước phát triển là 22 người/km2, các nước đang phát triển và kém phát triển là 52 người/km2, Việt Nam là 209 người/km2

[15] Năm 2004, mật độ dân số ở một số thành phố lớn của nước ta là Hà Nội: 3.347 người/km2

; Tp.Hồ Chí Minh: 2.894 người/km2; Cần Thơ: 800 người/km2; Đà Nẵng: 777 người/km2 [49]

Số lượng đô thị của nước ta tăng nhanh theo thời gian, năm 1976 cả nước có

312 đô thị các loại, năm 1990 là 500 và năm 2000 là 694 Trong những năm gần đây mạng lưới đô thị Việt Nam không ngừng được mở rộng và phát triển Hiện nay

cả nước đã có 718 đô thị, trong đó có 2 đô thị loại đặc biệt, 3 đô thị loại I, 14 đô thị loại II, 28 đô thị loại III, 50 đô thị loại IV và 622 đô thị loại V

1.2.2 Định hướng quy hoạch tổng thể phát triển đô thị Việt Nam đến năm 2020

Tốc độ đô thị hóa nhanh trong quá trình thực hiện công nghiệp hóa hiện đại hóa ở nước ta đặt ra những vấn đề bức xúc trong quản lý đất đai đô thị Định hướng phát triển, quy hoạch và sử dụng đất đô thị là một trong những nội dung quan trọng của quản lý nhà nước Gắn quy hoạch sử dụng đất với quy hoạch xây dựng đô thị là một giải pháp quan trọng phát triển đô thị bền vững

Mục tiêu tổng quát của chiến lược phát triển đô thị cả nước năm 2020 [4] là: xây dựng tương đối hoàn chỉnh hệ thống đô thị cả nước, có cơ sở hạ tầng kinh tế, xã hội và kỹ thuật hiện đại, môi trường đô thị trong sạch, được phân bố và phát triển hợp lý trên địa bàn cả nước, đảm bảo cho mỗi đô thị theo vị trí và chức năng của mình phát triển ổn định, cân bằng, bền vững

Theo định hướng quy hoạch tổng thể phát triển đô thị Việt Nam đến năm 2020 [4]:

- Dân số đô thị năm 2010 sẽ lên tới 30,4 triệu người, chiếm 33% dân số cả nước Diện tích đất đô thị sẽ là 2.432 km2

, chiếm 0,744% diện tích đất tự nhiên cả nước, bình quân 60 m2/người Có 6 thành phố trực thuộc Trung ương, 93 thành phố và thị xã thuộc tỉnh với 11 đô thị loại 2; 2000 thị trấn thuộc huyện; 100 khu công nghiệp, khu chế xuất

- Đến năm 2020 dân số đô thị sẽ khoảng 46 triệu, chiếm 45% dân số cả nước Diện tích đất đô thị sẽ là 4.600 km2, chiếm 1,4% diện tích đất tự nhiên cả nước, bình quân 100 m2

/người

Năm 2000 diện tích đất đô thị của cả nước khoảng 633 km2, chiếm 0,2% diện tích đất tự nhiên cả nước, bình quân 45 m2/người Như vậy tới năm 2010 diện tích đất đô thị sẽ tăng 2 lần, tới năm 2020 sẽ tăng 4 lần

Động lực phát triển đô thị dựa trên việc chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng công nghiệp hóa, hiện đại hóa kéo theo sự phát triển các ngành giao thông, thương

mại, dịch vụ, du lịch, khoa học công nghệ Hướng phát triển đô thị và bố trí dân cư dựa trên phát triển tăng cường sử dụng quỹ đất đô thị hiện có, mở rộng ra vùng ven

đô, phát triển các đô thị vệ tinh vùng ngoại thành và các đô thị mới tại các vùng kinh tế kém phát triển

Quy hoạch tổng thể phát triển đô thị Việt Nam đến năm 2020 nhằm tổ chức hệ thống đô thị quốc gia, tăng cường phát huy vai trò trung tâm của các đô thị loại đặc biệt, I, II, III để trở thành cực tăng trưởng và điểm tựa hình thành các quần cư đô thị theo lãnh thổ Hình thành nhiều trung tâm đô thị vừa và nhỏ, phân bố hợp lý, không tập trung quá đông vào các đô thị lớn, tiến tới nhất chế hóa đô thị nông thôn Điều hòa sự phát triển quá tải tại các đô thị lớn, đồng thời tạo nguồn lực tăng cường vai trò, chức năng của đô thị vừa và nhỏ Quy hoạch các đô thị phù hợp với điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội của từng vùng và xu hướng phát triển công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

1.3 Tổng quan về đô thị Hồ Chí Minh

1.3.1 Điều kiện tự nhiên

Tp.HCM nằm trong khoảng 10o22’–11o10’N, 106o21’–107o 02’E Phía bắc giáp tỉnh Bình Dương, tây bắc giáp tỉnh Tây Ninh, đông và đông bắc giáp tỉnh Đồng Nai, đông nam giáp tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, tây và tây nam giáp Long An và Tiền Giang, phía đông giáp với biển Đông Chiều dài thành phố từ tây bắc xuống đông nam là 102 km, từ đông sang tây là 75 km Thành phố có bờ biển dài 15 km, khoảng cách từ trung tâm thành phố tới biển là 59 km Độ cao trung bình so với mặt biển là

6 m (hình 1.1)

Tp.HCM có tổng diện tích tự nhiên 2.095,58 km2 và được phân chia thành 24 quận huyện, với 317 phường, xã Khu nội thành gồm 19 quận là 1; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 11; Phú Nhuận; Bình Thạnh; Gò Vấp; Tân Bình; Tân Phú (nội thành cũ) và các quận 2; 7; 9; 12; Thủ Đức và Bình Tân (nội thành mở rộng), với diện tích là 493,96

km2, bao gồm 254 phường Khu vực ngoại thành gồm 5 huyện là Củ Chi; Hóc Môn; Bình Chánh; Nhà Bè; Cần Giờ với diện tích là 1.601,28 km2, bao gồm 63 xã

Đất đai của thành phố tương đối màu mỡ Đất phèn chiếm 40%, đất xám phát triển trên nền phù sa cổ chiếm 19,3%, đất mặn 12,2%, đất cồn cát-bãi biển chiếm 3,2%, các loại đất khác chiếm 6,7%, diện tích mặt nước chiếm 16%

Hình 1.1 Bản đồ địa hình Tp.Hồ Chí Minh Thành phố có trên 37.000 ha rừng, chủ yếu là rừng ngập mặn, tập trung tại huyện Cần Giờ Độ che phủ thực vật của toàn thành phố là 17% Diện tích cây xanh trên đầu người cho nội thành là 8 m2/người và ngoại thành là 227 m2/người Hệ thống sông ngòi, kênh rạch của thành phố có chiều trên 795 km, rất thuận lợi cho giao thông và vận tải đường thủy

Với nền khí hậu nhiệt đới, gió mùa, cận xích đạo khí hậu thành phố khá hài hòa Tính trung bình cho toàn thành phố thì nhiệt độ trung bình năm khoảng 27,10C

và độ ẩm tương đối trung bình năm khoảng 80% Thời tiết có hai mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Lượng mưa trung bình năm khoảng 1800 mm và gần 95% lượng mưa tập trung trong mùa mưa

1.3.2 Sự phát triển của đô thị Hồ Chí Minh

- Sự thay đổi về dân số tại Tp.HCM

m

Năm 1698, khi Nguyễn Hữu Cảnh vào Nam lập ra phủ Gia Định và được xem

là thời điểm thành lập của vùng đất Sài Gòn xưa mà nay là Tp.HCM Trải qua thời gian hơn 300 năm từ 1 thị trấn nhỏ có khoảng 1 vạn dân đã phát triển trở thành Tp.HCM ngày nay có dân số trên 6 triệu người

Qua số liệu tổng điều tra và điều tra giữa kỳ (bảng 1.2) cho thấy dân số Tp.HCM có xu hướng tăng nhanh theo thời gian Chênh lệch dân số 10 năm, từ

1979 đến 1989 khoảng 600 ngàn người, từ 1989 đến 1999 khoảng 1 triệu người Trong những năm gần đây tốc độ tăng dân số càng nhanh hơn, chỉ trong 5 năm (từ

1999 đến 2004) dân số tại Tp.HCM đã tăng thêm khoảng 1 triệu người

Bảng 1.2 Dân số Tp.HCM qua các cuộc tổng điều tra và điều tra giữa kỳ

Nếu vẫn giữ nguyên tốc độ tăng dân số của thời kỳ 2000-2006, thì vào năm

2015 dân số thành phố sẽ khoảng 8,24 triệu dân Việc gia tăng dân số Tp.HCM ngoài gia tăng dân số tự nhiên còn có sự đóng góp của sự gia tăng dân số cơ học Khi tốc độ công nghiệp hóa được đẩy nhanh, việc gia tăng dân số do cơ học sẽ giữ vai trò chủ đạo, làm gia tăng dân số đô thị một cách nhanh chóng Để thấy được xu thế dân số Tp.HCM, dưới đây phân tích các yếu tố có liên quan

Theo số liệu từ Cục Thống kê Tp.HCM [50] thì sự phát triển kinh tế Tp.HCM dựa trên 2 khu vực kinh tế chủ yếu là công nghiệp - xây dựng và dịch vụ Mức tăng trưởng của khu vực công nghiệp - xây dựng và dịch vụ là cao nhất, thấp nhất là khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản Xu hướng giảm nhanh tỷ trọng khu vực nông, lâm nghiệp và thủy sản cho thấy tốc đô thị hóa của Thành phố đang được đẩy nhanh

Theo kết quả nghiên cứu [46] thì mối quan hệ giữa dân số Thành phố với thu nhập của khu vực công nghiệp - xây dựng là khá chặt chẽ trong giai đoạn 1991-

2006 (hệ số tương quan bằng 0,998) Nguyên nhân của quan hệ chặt chẽ này là do hình thức sản xuất của Thành phố gần như không thay đổi trong giai đoạn này, trình

độ sản xuất của khu vực công nghiệp và xây dựng còn thấp, phải sử dụng nhiều nhân công Do nguồn nhân lực tại chỗ chỉ đáp ứng được một phần, dẫn đến sự nhập

cư của người lao động từ các tỉnh khác, làm cho dân số thành phố gia tăng nhanh chóng Nếu mức tăng GDP của khu vực công nghiệp và xây dựng trong thời gian tới trung bình là 12%/năm, xấp xỉ của trung bình năm năm cuối (2002-2006) thì dân

số thành phố năm 2010 sẽ là 8,18 triệu và năm 2015 sẽ là 11,45 triệu Việc Việt Nam gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (World Trade Organization – WTO)

sẽ thúc đẩy sản xuất của Thành phố phát triển Điều này rất có thể làm cho mức tăng GDP của khu vực công nghiệp và xây dựng trong thời gian tới tăng trên 12%/năm và dân số sẽ có thể tăng cao hơn

- Biến đổi về không gian đô thị và mật độ dân số

Trước năm 1997 diện tích đất các quận nội thành thành phố là 143,2 km2

, do

sự phát triển nhanh chóng của thành phố, chính phủ đã hai lần điều chỉnh địa giới

nội thành cũng như thành lập các quận mới, lần đầu vào năm 1997 và lần hai vào năm 2003

Theo nghị định 03/CP của Chính Phủ về việc thành lập quận Thủ Đức, quận 2, quận 7, quận 9 và quận 12 ngày 06 tháng 01 năm 1997 Do đó diện tích đất các quận nội thành của thành phố sẽ là 442,1 km2, tăng lên 298,9 km2

Nghị định 130/2003/NĐ-CP về việc thành lập quận Bình Tân và Tân Phú, ngày 05 tháng 11 năm 2003 Với nghị định này diện tích đất các quận nội thành của thành phố là 494 km2, tăng thêm 51,9 km2

Với các nghị định này diện tích đất đô thị cũng tăng lên, góp phần làm giảm mật độ dân số Tuy nhiên do mức độ tăng dân số quá nhanh nên mật độ dân số của khu vực nội thành vẫn tăng quá nhanh

Theo số liệu điều tra dân số, tỷ lệ dân số tăng tự nhiên tại Tp.HCM có xu hướng ngày càng giảm, tỷ lệ tăng dân số bình quân năm giảm từ 1,61% (thời kỳ 1979-1989) xuống 1,52% (thời kỳ1989-1999) và còn 1,27% (thời kỳ 1999-2004) Ngược lại, tỷ lệ tăng dân số cơ học lại có xu hướng tăng nhanh, tỷ lệ tăng dân số bình quân năm tăng từ 0,02% (thời kỳ 1979-1989) lên 0,84% (thời kỳ 1989-1999)

1.3.3 Quy hoạch chung Tp.HCM đến năm 2020

Theo quyết định số 123/1998/QĐ-TTg ngày 10/7/1998 của Thủ tướng Chính phủ "Về việc quy hoạch chung Tp.HCM đến năm 2020" [4], các nội dung chính của quyết định này được thể hiện như sau:

Mục tiêu quy hoạch tổng thể Tp.HCM đến năm 2020

Điều chỉnh quy hoạch chung Tp.HCM đến năm 2020 nhằm xác định vị trí, vai trò đặc biệt của thành phố trong mối quan hệ với vùng trọng điểm phía Nam, với cả nước và quốc tế Đảm bảo đáp ứng mục tiêu phát triển kinh tế – xã hội, đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa Xây dựng Tp.HCM trở thành một đô thị vừa hiện đại vừa có bản sắc dân tộc, là một trung tâm kinh tế, một trung tâm giao dịch quốc tế và

du lịch của cả nước, có vị trí chính trị quan trọng của nước ta ở phía Nam, với các nước trong khu vực và quốc tế

Phạm vi điều chỉnh lập quy hoạch và định hướng phát triển không gian

Phạm vi nghiên cứu quy hoạch bao gồm Tp.HCM và các đô thị xung quanh thuộc các tỉnh Bình Dương, Đồng Nai, Long An, Tây Ninh, Bà Rịa – Vũng Tàu có bán kính ảnh hưởng từ 30 – 50 km

- Hướng phát triển của thành phố chủ yếu về phía Đông Bắc, gắn với Thuận

An (Bình Dương), Biên Hoà (Đồng Nai); bổ sung thêm hướng phát triển

về phía Nam, Đông Nam tiến ra biển, gắn với khu Nhà Bè, Bình Chánh, Hiệp Phước, Cần Giờ, đô thị mới Nhơn Trạch – Long Thành và hướng phụ khác về hướng Bắc, Tây Bắc gắn với Củ Chi, Hóc Môn, dọc quốc lộ

22 và trục xuyên Á nối với Tây Ninh, Campuchia

- Trung tâm thành phố được mở rộng qua Thủ Thiêm nhằm khai thác các lợi thế về vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, đất đai, cơ sở hạ tầng kỹ thuật và môi trường

Về một số khu chức năng

- Các khu dân cư: Đến năm 2020 và lâu dài, quy mô dân số thành phố khoảng 10 triệu người, trong đó khu vực nội thành (gồm 12 quận khu nội

thành cũ và 5 quận mới của khu nội thành phát triển) khống chế khoảng 6 triệu người, khu vực ngoại thành bao gồm các thị trấn, thị tứ, các đô thị mới và dân cư nông thôn với số dân từ 3 đến 4 triệu người

- Các khu công nghiệp: Cải tạo, nâng cấp và sắp xếp lại khu công nghiệp hiện có, đồng thời phát triển mới một số khu công nghiệp tập trung, khu chế xuất và khu công nghiệp cho phù hợp với quy hoạch xây dựng thành phố Diện tích đất dành để xây dựng các khu công nghiệp tập trung khoảng 6.000 ha

- Cây xanh và mặt nước: Bảo vệ, tôn tạo, nâng cấp các công viên, vườn hoa, cây xanh và mặt nước hiện có Xây dựng các hồ lớn tại để điều tiết thoát nước; phát triển cây xanh công cộng đô thị, đảm bảo bình quân khu nội thành cũ 4 m2/người, khu nội thành mới và các khu đô thị ngoại thành 17

m2/ người Hình thành vành đai xanh bảo vệ môi trường giữ gìn cân bằng sinh thái đô thị Bảo tồn khu rừng sinh thái ngập mặn khoảng 33.000 ha ở huyện Cần Giờ, các khu rừng lịch sử, rừng phòng hộ khác ở huyện Củ Chi

và huyện Bình Chánh

Về chỉ tiêu sử dụng đất và kiến trúc cảnh quan đô thị

- Chỉ tiêu sử dụng đất bình quân 100 m2

/người, trong đó đất giao thông là

20 – 22 m2/người, đất cây xanh là 10-15 m2/người và đất xây dựng các công trình phục vụ lợi ích công cộng là 5 m2/người

- Cải tạo các khu vực nội thành cũ, nhằm cải thiện nơi ở, tăng thêm diện tích cây xanh, các công trình phục vụ công cộng Di dời ra ngoại thành những cơ sở công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, những kho tàng gây ô nhiễm, từng bước cải thiện môi sinh và bảo vệ môi trường đô thị

- Tổ chức các khu đô thị mới theo hướng có cơ sở hạ tầng hiện đại, đồng

bộ, tăng tỷ lệ trung bình tầng cao, triệt để khai thác không gian ngầm và trên không, mật độ xây dựng thấp ưu tiên đất cho không gian thông thoáng

- Các khu phát triển mới phải được xây dựng theo hướng hiện đại, văn minh, bền vững Chú trọng phát triển hệ thống cây xanh, công viên, mặt nước

Theo quyết định này thì Tp.HCM sẽ được quy hoạch theo vùng đô thị, đảm bảo cho thành phố ổn định về mặt dân số, phát triển bền vững Trong quy hoạch này rất chú trọng đến các vần đề về môi trường và cảnh quan đô thị, như cây xanh, mặt nước, hệ thống thoát nước và giao thông

Cùng với quyết định số 123/1998/QĐ-TTg ngày 10/7/1998, Ủy ban nhân dân Tp.HCM đã đưa ra các quyết định (6786 /QĐ-UB-QLĐ, 6787/QĐ-UB-QLĐT ngày 18/12/1988 , ) về việc phê duyệt quy hoạch chung cho từng quận huyện đến năm

2020 [51] Trong các quyết định này đưa ra các chỉ tiêu về kinh tế kỹ thuật và phân

bố sử dụng đất, qui mô dân số, định hướng phát triển không gian và hạ tầng kỹ thuật đến năm 2020 cho các quận huyện Theo các quyết định này thì tổng diện tích đất xây dựng của nội thành Tp.HCM là 26.809 ha

Để phù hợp với tình hình mới, trong những năm gần đây Ủy ban nhân dân Tp.HCM đã đưa ra một số quyết định về duyệt nhiệm vụ điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng một số quận, huyện đến năm 2020 Gần đây nhất là quyết định số 1597/QĐ-UBND ngày 8/4/2010 của Ủy ban nhân dân Tp.HCM ‘‘Về duyệt Nhiệm

vụ điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng quận 6 thành phố Hồ Chí Minh - tỷ lệ 1/5000’’ [51] Tuy nhiên so với các quyết định trước đây, các số liệu về sử dụng đất không có thay đổi đáng kể

1.4 Tổng quan về lớp biên và các nghiên cứu có liên quan đến đề tài luận án 1.4.1 Lớp biên và các ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới các yếu tố khí tượng lớp biên

- Khái niệm về lớp biên

Khí quyển không đồng nhất theo cả phương thẳng đứng lẫn phương nằm ngang, sự khác biệt về trạng thái và tính chất của nó theo phương thẳng đứng là rõ

rệt nhất Khí quyển được chia thành nhiều tầng, trong mỗi tầng lại được phân thành nhiều lớp

Lớp biên hành tinh (Planetary Boundary Layer - PBL) là một bộ phận của tầng đối lưu, thể hiện những ảnh hưởng trực tiếp từ bề mặt Trái đất và phản ứng lại những tác động từ bề mặt với thời gian khoảng từ một giờ hoặc nhỏ hơn Các tác động từ bề mặt ảnh hưởng tới PBL bao gồm lực ma sát, thông lượng nhiệt ẩm từ bề mặt, các phát thải nhiệt và các chất ô nhiễm PBL còn được gọi tắt là lớp biên (Boudary Layer – BL) và có tên gọi khác là lớp biên khí quyển (Atmospheric Boundary Layer – ABL)

Độ dày của PBL biến đổi theo thời gian và không gian, từ vài trăm mét đến vài kilômét Tùy thuộc vào đặc tính mặt đệm và hình thế thời tiết mà độ cao PBL là khác nhau Trên biển do nền nhiệt độ ít thay đổi nên độ cao PBL chỉ thay đổi khoảng 10%, với độ cao trung bình khoảng 1 km, ngược lại trên các khu vực mà mặt đệm dạng hoang mạc và sa mạc thì độ cao PBL biến đổi rất mạnh theo ngày đêm Ở các vùng áp cao do chuyển động của dòng giáng nên độ cao PBL thường thấp Ngược lại ở vùng áp thấp do chuyển động của dòng thăng mạnh mẽ nên độ cao PBL thường khá cao, có khi lên tới đỉnh tầng đối lưu

Phía trên lớp bề mặt năng lượng rối bị tiêu tán dần theo độ cao của PBL và được chuyển sang năng lượng tiềm năng của dòng phân tầng Cân bằng giữa năng lượng rối sản sinh và sự tiêu tán của nó quyết định độ cao của lớp biên Độ cao của lớp biên biến đổi khá mạnh theo thời gian Vào ban đêm mùa lạnh độ cao PBL là nhỏ nhất và điều này xảy ra ngược lại vào ban ngày mùa nóng Có hai nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi độ cao của PBL là gió và gradient nhiệt độ theo chiều thẳng đứng Gió mạnh làm tăng cường xáo trộn thẳng đứng dẫn đến tăng độ cao PBL Nhiệt độ lớp bề mặt càng cao hơn nhiệt độ các lớp phía trên, lực nổi càng lớn và độ cao PBL càng cao Chu trình bức xạ là nguyên nhân của chu trình ngày đêm của độ cao PBL Vào ban đêm ở vùng cực độ cao của PBL chỉ khoảng vài chục mét và ở vùng xích đạo chỉ khoảng vài trăm mét Vào ban ngày khi mặt đệm bị đốt nóng mạnh, độ cao của PBL có thể lên tới vài ngàn mét

Việc xác định độ cao của PBL được dựa trên profile thẳng đứng của nhiệt độ,

độ ẩm và mật độ khơng khí Đỉnh của PBL thường cĩ sự đảo ngược nhiệt độ, sự thay đổi độ ẩm và mật độ khơng khí Trong một vài trường hợp ranh giới giữa PBL

và khí quyển tự do là khơng rõ như trong trường hợp cĩ đối lưu mạnh trong dải hội

tụ nhiệt đới Thơng thường độ cao PBL được xác định theo profile của nhiệt độ điểm sương và véctơ giĩ Ngồi các yếu tố bên trong PBL cịn cĩ bốn yếu tố bên ngồi để xác định độ cao PBL là tốc độ giĩ tại tầng khí quyển tự do, cán cân nhiệt

bề mặt, sự phân tầng theo mật độ của khí quyển tự do (the free atmosphere density stratification) và độ đứt giĩ của khí quyển tự do

Theo vai trị và đặc tính của từng phần trong PBL nĩ được chia làm 3 lớp chính là lớp bề mặt (surface layer), lớp nhân (PBL core) và lớp trung chuyển (entrainment layer)

Lớp bề mặt là nơi chịu ảnh hưởng mạnh mẽ nhất của mặt đệm Do sự phức tạp của các quá trình vật lý xảy ra trong lớp này nên nĩ lại được chia làm 3 lớp phụ (hình 1.2) Các lớp phụ trong lớp bề mặt gồm lớp sát mặt (lớp canopy), lớp gồ ghề

và lớp biên nội Việc chia làm 3 lớp này là dựa trên việc phát sinh và tiêu tán năng lượng rối cũng như các khác biệt về thành phần lực trong phương trình chuyển động Do cĩ độ đứt giĩ (wind shear) lớn nên đây được coi là lớp sản sinh năng lượng rối Lớp bề mặt cĩ độ dày khoảng 10% độ dày PBL

Lớp bề mặt

Z

h

z=h z=z0

z=zPBL

z~0.1zPBL

(Mixing layer) (PBL core)

(Stable boundary layer)

Tại lớp nhân, trong điều kiện bất ổn định quá trình rối xảy ra mạnh mẽ, do đó profile thẳng đứng của các yếu tố khí tượng trong lớp nhân là khá ổn định

Trong lớp trung chuyển, chuyển động rối tắt dần và profile các yếu tố khí tượng thay đổi nhanh để tiến tới trạng thái của khí quyển tự do Do năng lượng rối tắt dần trong lớp này nên nó còn được coi là lớp tiêu tán năng lượng rối Ở đây năng lượng rối được chuyển dần sang năng lượng tiềm năng của các dòng phân tầng Theo đặc tính mặt đệm, PBL có 2 dạng mà thường được quan tâm là PBL cho khu vực đô thị (Urban Planetary Boundary Layer - UBL) và PBL cho khu vực nông thôn (Rural Planetary Boundary Layer - RBL) UBL được quan tâm nhiều nhất vì

nó chịu tác động mạnh của mặt đệm Lớp nhân UBL thường phát triển và độ dày của UBL thường lớn hơn so với RBL

- Ảnh hưởng của sự phát triển đô thị tới các yếu tố khí tượng lớp biên

Ảnh hưởng của mặt đệm đô thị đến các yếu tố khí tượng lớp biên được thể hiện qua các thành phần như ma sát bề mặt, vận chuyển nhiệt ẩm từ bề mặt, v.v Các ảnh hưởng này được thể hiện thông qua các thành phần trong hệ phương trình

về chuyển động, cân bằng nhiệt và ẩm Do có sự liên hệ chặt chẽ giữa các yếu tố khí tượng nên khi một trong các yếu tố bị ảnh hưởng của mặt đệm sẽ dẫn theo sự thay đổi của các yếu tố khác Những ảnh hưởng rõ rệt nhất của mặt đệm đô thị đến các yếu tố khí tượng lớp biên là:

- Làm giảm tốc độ gió và gây nên gió hỗn loạn trong lớp biên

- Làm tăng nhiệt độ và giảm độ ẩm tương đối trong lớp biên

Ma sát bề mặt do các vật cản như nhà cửa, cây cối, v.v , là nguyên nhân xuất hiện và phát triển của xoáy và gió hỗn loạn trong UBL Chuyển động rối diễn ra trên toàn bộ bề dày UBL, lớp bề mặt là nơi phát sinh chuyển động rối, lớp nhân là nơi có hoạt động rối mạnh mẽ nhất, trong lớp trung chuyển hoạt động rối tắt dần

Do chuyển động rối diễn ra mạnh mẽ nên khuếch tán xảy ra theo cả chiều ngang và thẳng đứng Trong UBL gió tạo ra do nhiều thành phần lực là gradient khí áp, Coriolis, nhớt phân tử, thành phần ứng suất rối (ứng suất Reynolds) và lực cản khí