Luận văn Sử dụng tư liệu vệ tinh modis đánh giá chất lượng không khí khu vực đồng bằng Sông Hồng

ark not defined. 2.5. Ứng dụng web-based GIS phục vụ giám sát bụi PM 2.5 ................. Error! Bookmark not defined. CHƢƠNG 3 ........................................................ Error! Bookmark not defined. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN . Error! Bookmark not defined. 3.1. Thực nghiệm ............................................ Error! Bookmark not defined. 3.1.1. Dữ liệu sol khí ................................... Error! Bookmark not defined. 3.1.2. Dữ liệu thu đƣợc từ các trạm quan trắcError! Bookmark not defined. 3.1.3. Xử lý hình học ảnh ............................ Error! Bookmark not defined. 3.1.4. Tính toán hồi quy giữa AOD/AOT và PM 2.5Error! Bookmark not defined. Trang3 3.2. Thành lập bản đồ chỉ số PM2.5 cho khu vực đồng bằng sông Hồng .................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3.3. WebGis thể hiện bản đồ PM 2.5 .............. Error! Bookmark not defined. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................ Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 18 PHỤ LỤC ........................................................... Error! Bookmark not defined. Trang4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Tác động của sol khí và bụi đến sức khỏe con ngƣời khi kết hợp với các kim loại nặng ........................................................................................................................ 14 Bảng 1. 2. Các bệnh có tỉ lệ ngƣời mắc bệnh cao nhất trên phạm vi toàn Việt Nam (Nguồn: Niên giám thống kê y tế năm 2008) ................................................................ 15 Bảng 2.1. Mức độ tƣơng quan thể hiện qua R².............. Error! Bookmark not defined. Bảng 2.2. Bƣớc sóng phổ của các kênh ảnh và ứng dụng thực tiễnError! Bookmark not defined. Bảng 2.3. Ví dụ về cấu trúc dữ liệu PM 2.5 đƣợc lƣu trữ trong file exel .............. Error! Bookmark not defined. Bảng 3.1. Danh mục các cảnh ảnh Terra ....................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.2. Danh mục các cảnh ảnh Aqua ....................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.3. Danh mục các trạm thực địa ......................... Error! Bookmark not defined. Bảng 3.4. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại các trạmError! Bookmark not defined. Trang5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Kích thƣớc cái loại bụi PM so với đƣờng kính sợi tóc của con ngƣời .......... 12 Hình 2.1. Các tia phản xạ trong khí quyển đến đầu thu Error! Bookmark not defined. Hình 2.2. Ví dụ về mối liên hệ tuyến tính ..................... Error! Bookmark not defined. Hình 2.3. Bản đồ vùng đồng bằng sông Hồng .............. Error! Bookmark not defined. Hình 2.4. Cấu trúc nhóm các band ảnh raster trong file HDFError! Bookmark not defined. Hình 2.5. Trạm quan trắc đặt tại Long Biên, Hà Nội .... Error! Bookmark not defined. Hình 2.6. Đồ thị số liệu quan trắc từ 07 trạm và chỉ số AIQ trên website của Trung tâm quan trắc môi trƣờng ......... Error! Bookmark not defined. Hình 2.7. Quy trình tính toán chất lƣợng không khí khu vực ĐBSHError! Bookmark not defined. Hình 2.8. Quy trình tích hợp dữ liệu vệ tinh và dữ liệu quan trắcError! Bookmark not defined. Hình 2.9. Quy trình tính toán PM 2.5 từ ảnh AOD/AOTError! Bookmark not defined. Hình 2.10. Thiết kế kỹ thuật của Web-based GIS ......... Error! Bookmark not defined. Hình 2.11. Thiết kế chi tiết của Web-based GIS ........... Error! Bookmark not defined. Hình 2.12. Giao diện WebGis thuộc CPIS .................... Error! Bookmark not defined. Hình 3.1. Ví dụ tƣ liệu thu thập từ ảnh số hiệu MOBAOD.A2014002.0345.006.2015072135002 từ vệ tinh TerraError! Bookmark not defined. Hình 3.2. Ví dụ tƣ liệu thu thập từ ảnh số hiệu MYBAOD.A2014001.0610.006.2014273233747từ vệ tinh AquaError! Bookmark not defined. Hình 3.3. Vị trí 06 trạm mặt đất trên nền bản đồ GIS ... Error! Bookmark not defined. Hình 3.4. Vị trí 06 trạm trên nền ảnh Modis Terra ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.5. Vị trí 06 trạm trên nền ảnh Modis Aqua ....... Error! Bookmark not defined. Hình 3.6. Giao diện công cụ MRT ................................ Error! Bookmark not defined. Hình 3.7. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Nguyễn Văn Cừ ................. Error! Bookmark not defined. Trang6 Hình 3.8. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Nguyễn Văn Cừ . Error! Bookmark not defined. Hình 3.9. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Phú ThọError! Bookmark not defined. Hình 3.10. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Phú Thọ ........... Error! Bookmark not defined. Hình 3.11. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Hạ LongError! Bookmark not defined. Hình 3.12. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Hạ Long ........... Error! Bookmark not defined. Hình 3.13. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm HuếError! Bookmark not defined. Hình 3.14. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm HuếError! Bookmark not defined. Hình 3.15. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Đà NẵngError! Bookmark not defined. Hình 3.16. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Đà Nẵng .......... Error! Bookmark not defined. Hình 3.17. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại trạm Khánh HòaError! Bookmark not defined. Hình 3.18. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tại trạm Khánh Hòa ...... Error! Bookmark not defined. Hình 3.19. Tƣơng quan giữa AOD và PM2.5 tại 06 trạmError! Bookmark not defined. Hình 3.20. Sai số của mô hình hồi quy AOD và PM2.5 tạị 06 trạmError! Bookmark not defined. Hình 3.21. Biểu đồ hệ số xác định bội R² theo trạm ..... Error! Bookmark not defined. Hình 3.22. Bản đồ giá trị PM 2.5 khu vực đồng bằng sông Hồng ngày 20/12/2016 ....................................................................................... Error! Bookmark not defined. Hình 3.23. Giao diện kết nối dữ liệu raster trong GeoseverError! Bookmark not defined. Hình 3.24. Tạo style cho lớp bản đồ PM 2.5 với SLD .. Error! Bookmark not defined. Trang7 Hình 3.25. Bản đồ PM 2.5 trên nền WebGis ................. Error! Bookmark not defined. Trang8 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT MODIS Một loại cảm biến có độ phân giải trung bình Moderate resolution Imaging Spectrometer AQUA Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS TERRA Một loại vệ tinh mang theo cảm biến MODIS MOD Tiếp đầu ngữ của file ảnh MODIS thu nhận từ vệ tinh TERRA MYD Tiếp đầu ngữ của file ảnh MODIS thu nhận từ vệ tinh AQUA AOD/AOT Độ sâu quang học sol khí AQI Chỉ số chất lƣợng không khí GIS Hệ thông tin địa lý NASA Cơ quan hàng không Vũ trụ Mỹ Bộ TN&MT Bộ Tài nguyên & Môi trƣờng ĐBSH Đồng bằng sông Hồng CENMA Trung tâm Quan trắc và Phân tích Tài nguyên Môi trƣờng Hà Nội DN Digital number- Giá trị số R, r Correlation Coefficient – Hệ số tƣơng quan R², r² Coeffocient of Determination- Hệ số xác định bội PM Paticulate Matter – Bụi Trang9 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết Môi trƣờng là tất cả những gì bao quanh con ngƣời có ảnh hƣởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự tồn tại và phát triển của con ngƣời, trong đó không khí là một trong năm thành phần cơ bản của môi trƣờng. Do vậy, chất lƣợng môi trƣờng không khí là vấn đề đáng đƣợc quan tâm. Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của xã hội, môi trƣờng nói chung và môi trƣờng không khí nói riêng đang bị ô nhiễm rất nặng nề bởi sự tàn phá của con ngƣời.Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO) gần đây đã đƣa ra báo cáo về ô nhiễm không khí năm vừa qua (năm 2014), dựa trên số liệu về mức độ ô nhiễm của 1.600 thành phố trên khắp 19 quốc gia. Tổ chức này đã sử dụng hệ thống đánh giá có tên là PM2.5 và PM10. PM2.5 đƣợc coi là hệ thống tốt nhất đƣợc dùng để đánh giá tác động của ô nhiễm không khí lên sức khỏe và xác định nồng độ bụi ô nhiễm có đƣờng kính từ 2,5 micromet trở xuống. Những hạt bụi ô nhiễm này có thể là khói, bụi bẩn, nấm mốc hoặc phấn hoa, đƣợc tổng hợp từ những kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ độc hại. Đây đƣợc coi là những mối nguy hiểm lớn cho cơ thể con ngƣời nếu bị “tích lũy” trong hệ thống hô hấp. Việc giám sát chất lƣợng không khí thu hút đƣợc sự quan tâm của tất cả các quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tại Việt Nam, các trạm quan trắc khí tƣợng có thể đo lƣờng các chỉ số liên quan chất lƣợng không khí (cũng nhƣ chỉ số PM2.5), tuy nhiên, số lƣợng trạm rất hạn chế. Do vậy, việc tính toán, đánh giá chất lƣợng không khí trên diện rộng, trên toàn khu vực không thể thực hiện đƣợc. Cùng với sự phát triển của công nghệ vệ tinh quan sát Trái đất, khả năng ứng dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh kết hợp với hệ thông tin địa lý trong giám sát chất lƣợng không khí đã đƣợc áp dụng ở rất nhiều quốc gia trên thế giới (khoảng 40 năm trở lại đây). Ảnh vệtinh cho biết thông tin trên toàn khu vực nghiên cứu theo cấu trúc mạng lƣới liên tục của các pixel kềnhau. Mỗi pixel đƣợc ví nhƣlà một trạm quan trắc, do đó sốđiểm từảnh vệtinh sẽdày đặc hơn nhiều so với các trạm đo mặt đất. Kết quảphân tích ảnh vệtinh sẽcho các giá trịô nhiễm thểhiện trên từng pixel tùy thuộc vào độphân giải ảnh và trên toàn vùng đồng thời vào cùng thời điểm quan sát, mà với điều kiện và khảnăng của thiết bịvà trạm đo mặt đất hiện tại không thểnào đạt đƣợc Trang10 Vệ tinh Terra và Aqua có trang bị các phổ kế tạo ảnh độ phân giải trung bình - MODIS đã mở ra những triển vọng mới cho các nghiên cứu mang tính toàn cầu cũng nhƣ khu vực. Với 36 kênh phổtừ bƣớc sóng 0.405 µm đến 14.385 µm và độphân giải không gian là 250 m,500 m và 1 km, MODIS đã đƣợc ứng dụng rất nhiều trong lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực khí tƣợng thuỷ văn và môi trƣờng. Ảnh MODIS với vòng chu kỳ lặp chụp ảnh là 01 ngày là điều thuận tiện cho việc quan trắc thƣờng xuyên mỗi ngày, hỗ trợ tốt cho quan trắc mặt đất, nhất là về mặt phân bố không gian. MOD04/MOY04 là 1 trong 44 sản phẩm ảnh MODIS Terra/Aqua với độ phân giải không gian 10 km, có chứa thông tin về độ dày sol khí Aerosol (AOD/AOT - Aerosol Optical Depth/Thickness) có thể sử dụng để tính toán, xác định mối tƣơng quan với chỉ số chất lƣợng môi trƣờng PM2.5, từ đó cho phép đánh giá, dự đoán chất lƣợng không khí môi trƣờng trên diện rộng. ỞViệt Nam, kỹ thuật này còn tƣơng đối xa lạ và mới mẻ, tuy nhiên, việc triển khai nghiên cứu, đƣa vào ứng dụng đƣợc kỹ thuật này ở khu vực có điều kiện xã hội, môi trƣờng nhƣ nƣớc ta sẽ có rất nhiều ƣu điểm. Xuất phát từ thực tế nêu trên, học viên đã lựa chọn luận văn thạc sĩ: “Sử dụng tư liệu vệ tinh MODIS đánh giá chất lượng không khí khu vực Đồng bằng sông Hồng" với mong muốn góp phần giải quyết phần nào vấn đề nhƣ đã trình bày, cùng góp sức vì mục tiêu chung bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Mục tiêu nghiên cứu: - Nghiên cứu và phát triển phƣơng pháp ƣớc tính nồng độ ô nhiễm bụi trong không khí sử dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh. - Theo dõi chất lƣợng không khí tại khu vực không có trạm quan trắc mặt đất và toàn khu vực nghiên cứu; thể hiện số liệu trên webgis. Nhiệm vụ nghiên cứu: - Thu thập thông tin về hiện trạng giám sát chất lƣợng không khí bằng các trạm quan trắc tự động trên khu vực ĐBSH. - Thu thập dữ liệu vệ tinh, chiết xuất thông tin về độ dày quang học sol khí từ sản phẩm ảnh MODIS (MOD04/MOY04); xây dựng bản đồ sol khí khu vực đồng bằng sông Hồng. - Tiến hành thu thập dữ liệu chỉ số PM2.5 từ các trạm quan trắc khí tƣợng. - Xây dựng hàm hồi quy thể hiện mối tƣơng quan giữa chỉ số độ dày quang học sol khí AOD/AOT và chỉ số PM2.5. Trang11 - Tính toán chỉ số PM2.5 từ mối tƣơng quan trên đối với những khu vực không có trạm quan trắc mặt đất, từ đó xây dựng bản đồ chỉ số PM 2.5 cho toàn khu vực nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phƣơng pháp viễn thám: chiết xuất thông tin độ dày quang học sol khí từ tƣ liệu viễn thám MODIS MOD04/MYD04. - Phƣơng pháp bản đồ: thể hiện bản đồ AOD/AOT; xây dựng bản đồ chỉ số bụi PM 2.5. - Phƣơng pháp điều tra thực địa: lấy số liệu PM2.5 từ các trạm quan trắc khí tƣợng khu vực Đồng bằng sông Hồng. - Phƣơng pháp mô hình hóa: Xây dựng hàm hồi quy, mối tƣơng quan giữa AOD/AOT và PM2.5. - Phƣơng pháp phân tích không gian (GIS): Xác định vị trí các trạm quan trắc khí tƣợng tại khu vực nghiên cứu. - Phƣơng pháp phân tích thống kê. - Phƣơng pháp chuyên gia. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi không gian: Khu vực Đồng bằng sông Hồng Phạm vi thời gian: Sử dụng dữ liệu vệ tinh MODIS và dữ liệu trạm quan trắc mặt đất năm 2014 để đánh giá chất lƣợng không khí khu vực đồng bằng sông Hồng. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Nghiên cứu góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng dụng phƣơng pháp viễn thám vào việc đánh giá chất lƣợng không khí. Ý nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu góp phần xây dựng phƣơng pháp phân tích, đánh giá, dự đoán chất lƣợng không khí (dựa trên chỉ số PM 2.5) trên khu vực đồng bằng sông Hồng, đặc biệt ở những nơi không có điều kiện đặt trạm quan trắc cố định hay lƣu động. Cấu trúc của luận văn Luận văn bao gồm 3 chƣơng cùng với phần Mở đầu, Kết luận, Kiến nghị, Tài liệu tham khảo. Dƣới đây là tiêu đề các chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận về phát hiện ô nhiễm không khí bằng độ dày quang học sol khí. Trang12 Chƣơng 2: Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng không khí khu vực đồng bằng sông Hồng bằng tƣ liệu vệ tinh MODIS. Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận. Trang13 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHÁT HIỆN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ BẰNG ĐỘ DÀY QUANG HỌC SOL KHÍ 1.1. Một số khái niệm cơ bản 1.1.1. Khái niệm sol khí Sol khí là một thành phần phát tán trong khí quyển, đƣợc tạo nên từ bụi và khí thải (tự nhiên và nhân tạo), tham gia trực tiếp vào hiệu ứng nhà kính tác động tới biến đổi khí hậu. Theo NASA, sol khí là các hạt lơ lửng trong không khí. Khi các hạt này đủ lớn, chúng ta sẽ nhận thấy sự hiện dịên của chúng khi chúng phản xạ và hấp thụ ánh sáng mặt trời. Ánh sáng mặt trời bị tán xạ có thể làm giảm tầm nhìn và gây ra hiện tƣởng màu đỏ khi bình minh và hoàng hôn. Sol khí gây nên những thay đổi hóa học của khí quyển, thay đổi quá trình hình thành mây, phản xạ và hấp thụ năng lƣợng bức xạ từ đó gây các tác động xấu đến thời tiết – khí hậu, thông qua 2 cách thức là: - Tƣơng tác trực tiếp: phản xạ ánh sáng mặt trời vào bầu khí quyển. - Tƣơng tác gián tiếp: ảnh hƣởng đến các hạt mây, quá trình hình thành các đám mây, tích tụ và hấp thụ ánh sáng mặt trời, làm nóng bầu khí quyển, Sol khí có thể chia làm 3 cấp dựa theo kích thƣớc của chúng. Cấp có kích thƣớc nhỏ nhất có đƣờng kính nhỏ hơn khoảng 0.1 µm. Cấp trung bình có đƣờng kính nằm trong khoảng từ 0.1 đến 2 µm [1, 2]. Cấp có đƣờng kính lớn nhất đƣợc gọi là các phần tử thô, đƣờng kính của chúng lớn hơn 2µm. Sol khí đƣợc tạo bởi nhiều nguồn gốc, tuy nhiên có ba nguồn tạo ra sol khí chính là: núi lửa, bụi sa mạc và do con ngƣời. - Sol khí núi lửa: đƣợc hình thành ở tầng bình lƣu sau các trận phun trào lớn của núi lửa. Lớp sol khí này chủ yếu hình thành bởi khí SO2, sau đó chuyển đổi thành giọt axit sulfuric trong tầng bình lƣu và tồn tại từ một tuần tới vài tháng sau khí núi lửa phun trào. Gió trong tầng bình lƣu trải rộng sol khí cho đến khi chúng bao phủ toàn cầu. Sau mỗi lần hình thành, các sol khí này tồn tại trong tầng đối lƣu khoảng hai năm. - Sol khí sa mạc: Loại sol khí này đƣợc hình thành qua gió thổi các phần tử bụi nhẹ từ bề mặt sa mạc và có liên quan lớn tới sol khí khí quyển. Thông thƣờng, chúng rơi khỏi khí quyển sau khi bay thời đoạn ngắn nhƣng chúng có thể đƣợc thổi lên độ cao khoảng 4.500 m hoặc cao hơn bởi lực cuốn rất mạnh của các cơn bão cát. Trang14 - Sol khí đƣợc tạo từ các hoạt động của con ngƣời: phần lớn sol khí tạo bởi con ngƣời là do khói bụi từ các đám cháy ở các khu rừng nhiệt đới, do đốt than và dầu. Sol khí sulfat tạo bởi con ngƣời đang tăng lên nhanh chóng trong khí quyển kể từ các cuộc cách mạng công nghiệp. Với mức độ sản xuất hiện tại, sol khí sulfat phát thải bởi con ngƣời đƣợc cho rằng là quá nhiều so với lƣợng sol khí sulfat tự nhiên. Sol khí tập trung nhiều nhất ở Bắc Bán Cầu nơi vốn là trung tâm của các hoạt động công nghiệp. 1.1.2. Khái niệm hạt PM Hạt PM (Particulate Matter-PM) là những hạt bụi trong không khí có kích thƣớc rất nhỏ, nhỏ hơn 10µm mà mắt thƣờng của con ngƣời không nhìn thấy đƣợc. Các hạt này gây ô nhiễm môi trƣờng và có tác hại rất lớn đến sức khỏe của con ngƣời. Những hạt PM còn có tên gọi khác là các hạt “bụi hô hấp” vì các hạt này gây ra các bệnh về hô hấp cho con ngƣời. Những hạt PM có đƣờng kính nhỏ hơn 10µm đến 2,5µm đƣợc gọi là các hạt PM 10. Những hạt này đi theo con đƣờng hô hấp có thể đi sâu vào bên trong khí quản của con ngƣời. Những hạt PM có đƣờng kính nhỏ hơn 2.5µm đƣợc gọi là các hạt PM 2.5. Chúng có thể đi sâu vào bên trong cơ thể của con ngƣời, có thể bị giữ lại ở các phế nang. Những hạt có kích thƣớc quá bé thì có thể bị đẩy ra ngoài theo hoạt động thải khí CO2 của con ngƣời. Những hạt PM có nồng độ cao trong cơ thể con ngƣời thì gây ra các bệnh về hô hấp nguy hiểm đồng thời cũng ảnh hƣởng xấu tới hoạt động sản xuất và sự cân bằng của hệ sinh thái tự nhiên. Hình 1. 1- Kích thước các loại bụi PM so với đường kính sợi tóc của con người Những hạt PM tồn tại trong không trung từ vài giờ đến vài ngày hoặc vài tuần, điều này tùy thuộc vào kích thƣớc của từng loại hạt. Các hạt có kích thƣớc càng nhỏ Trang15 thì thời gian tồn tại trong không khí càng lâu và càng đƣợc phát tán đi xa trong diện rộng dƣới tác động của gió (PM 2.5), các hạt có kích thƣớc lớn hơn thì có thời gian tồn tại trong không khí từ vài giờ đến vài ngày (PM 10). 1.2. Tác động của bụi và sol khí đối với sức khỏe cộng đồng Trong các thập kỷ qua, các nhà khoa học đã thực hiện nhiều nghiên cứu để tìm các mối liên kiết giữa sức khỏe con ngƣời và ô nhiễm không khí. Và trong khoảng 10 năm qua, nhiều liên kết đã đƣợc tìm thấy. Ảnh hƣởng của sol khí lên sức khỏe con ngƣời đã đƣợc ghi lại trên các địa điểm khác nhau. Tỷ lệ tử vong tăng lên là kết quả của tình trạng ô nhiễm đã đƣợc phát hiện ở khắp mọi nơi. Nghiên cứu ban đầu cho thấy những ảnh hƣởng lớn nhất của sol khí đến từ các "khu vực sạch", nhƣ Mỹ. Xu hƣớng tỷ lệ tử vong cũng đƣợc ghi nhận theo đƣờng dốc từ Tây sang Đông Âu. Trong nghiên cứu gần đây, sự nhạy cảm giống nhau đối với sol khí đã đƣợc chứng minh và thể hiện sự độc lập về vị trí. Tỷ lệ tử vong là gần nhƣ nhau ở Mỹ, Tây Âu và Đông Âu, còn Trung Quốc với khoảng 2-4% trƣờng hợp tử vong với sự gia tăng nồng độ đến 100 µg/m3[3]. Từ khi các cuộc cách mạng công nghiệp bùng nổ, các hạt sol khí đƣợc tạo ra từ các hoạt động này ngày một nhiều khiến cho quá trình xử lý ô nhiễm trở thành một gánh nặng kinh tế. Gần đây, sự chú ý đƣợc tập trung vào vấn đề suy giảm chất lƣợng không khí gây ra bởi các hạt PM, vốn là các hạt sol khí có kích thƣớc lớn. Vì chúng làm suy giảm chất lƣợng không khí nên gây ra rất nhiều hệ lụy đến sức khỏe cho con ngƣời sống trong khu vực ô nhiễm. Các nghiên cứu khác nhau đã chỉ ra mối quan hệ mạnh mẽ giữa ô nhiễm không khí và các tác động đến sức khỏe đã đƣợc ghi nhận. Ngoài ra, cũng có các bằng chứng rõ ràng cho thấy các hạt PM 2.5 giữ một vai trò quan trọng trong tác động đến sức khỏe con ngƣời. Các hạt sol khí có kích thƣớc từ 2.5 µm đến 10 µm thì đã đƣợc loại bỏ một cách hiệu quả ở phần phía trên của hệ thống hô hấp, tuy nhiên các hạt PM 2.5 thì đọng lại trên các vách phế quản. Các hạt có đƣờng kính nhỏ hơn 0.1µm thì đƣợc thu thập trong phế quản, trong khi đó các hạt có đƣờng kính nằm giữa khoảng 0.1- 1 µm thì quá nhỏ để bị giữ lại ở phần trên của hệ thống hô hấp nhƣng lại quá lớn để đƣợc thu thập trong phế quản, do đó chúng sẽ đƣợc giữ ở trong phổi[4]. Hành vi của các hạt đọng lại trong phổi phụ thuộc vào các đặc tính khí động học của hạt trong luồng lƣu thông nhƣ: kích thƣớc, hình dạng và mật độ. Sự lắng đọng của các hạt trong các vùng khác nhau của hệ hô hấp phụ thuộc vào kích thƣớc của chúng [4]. Trang16 Sống trong khu vực chứa nhiều sol khí làm tăng tỷ lệ mắc bệnh hô hấp và mở rộng nguy cơ mắc bệnh hô hấp cấp tính của con ngƣời. Hơn nữa, khi kết hợp với các kim loại nặng thì còn gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng khác tới sức khỏe cộng đồng. Bảng dƣới liệt kê các tác hại của sự kết hợp giữa sol khí và kim loại nặng [4]: Bảng 1. 1- Tác động của sol khí và bụi đến sức khỏe con người khi kết hợp với các kim loại nặng Kim loại nặng Nguồn tự nhiên Mức độ nguy hiểm tối thiểu Tác động độc tính khi tiếp xúc Chì Phát thải công nghiệp hoặc phƣơng tiên xe cộ, sơn và sự đốt cháy nhựa, giấy Mức độ chì trong máu nhỏ hơn 10 micrograms mỗi đề xi lít Giảm phát triển thần kinh. Ức chế hệ thống huyết học (thiếu máu), suy thận, suy giảm miễn dịch. Thủy ngân Rác thải điện tử và nhựa, thuốc trừ sâu, dƣợc phẩm và chất thải nha khoa Dƣới 10 microgram mỗi đề xi lít máu. Uống Rdf 4 mg/kg/ngày. Kích ứng đƣờng tiêu hóa và hô hấp, suy thận, thần kinh. Cadmium Đồ điện, nhựa, pin, chế độ ăn uống và nƣớc Dƣới 1 microgram mỗi đề xi lít máu. Kích ứng tại chỗ của phổi và đƣờng tiêu hóa, tổn thƣơng thận và các bất thƣờng của hệ thống xƣơng. Thạch tín Thuốc diệt cỏ, thuốc trừ sâu, đồ điện tử, đốt chất thải chứa các thành phần độc hại, nƣớc ô nhiễm. Phơi nhiễm 0.0003 mg/kg/ngày Viêm gan, tổn thƣơng thần kinh ngoại vi, bệnh thần kinh, ung thƣ gan, da và phổi, kích thích hệ thống hô hấp trên, viêm họng, viêm thanh quản, viêm mũi, thiếu máu, bệnh tim mạch. Bên cạnh sol khí ngoài trời, sol khí phát sinh bên trong các hộ gia đình là một nguồn chất ô nhiễm khác cũng gây nguy hiểm không kém cho con ngƣời. Mọi ngƣời thƣờng cảm thấy ốm yếu, mệt mỏi bởi những sản phẩm gia dụng phổ biến nhƣ: máy làm mát không khí, sơn, chất khử mùi và thuốc xịt tóc. Thƣờng xuyên sử dụng các Trang17 máy móc, hóa chất này làm tăng nguy cơ tiêu chảy, đau tai và các triệu chứng khác ở trẻ cũng nhƣ đau đầu và trầm cảm. Theo báo cáo môi trƣờng toàn quốc năm 2010, chất lƣợng môi trƣờng không khí trên lãnh thổ Việt Nam đang bị suy giảm, đặc biệt tại các khi đô thị lớn nhất là Hà Nội và Thành phố Hồ Chí Minh. Ô nhiễm không khí chủ yếu là do bụi. Bên cạnh đó, một số khu vực có biểu hiện ô nhiễm CO, SO2 và tiếng ồn cục bộ. Việc phân tích ô nhiễm bụi dựa vào kết quả quan trắc đối với các thông số TSP và PM10, PM2.5 chỉ ra rằng nồng độ các yếu tố này luôn ở mức cao, vƣợt qua mức độ cho phép tại các thành phố lớn. Về mặt phân bố không gian, mức độ ô nhiễm bụi cao tại các khu vực có mật độ giao thông đông đúc, các nút giao thông, các khu vực đang trong quá trình xây dựng cơ sở hạ tầng và các khu công nghiệp. Bảng 1. 2- Các bệnh có tỉ lệ người mắc bệnh cao nhất trên phạm vi toàn Việt Nam (Nguồn: Niên giám thống kê y tế năm 2008) S TT Bệnh Số ngƣời mắc bệnh (trên 100.000 dân) Tỉ lệ (%) 1 Các bệnh viêm phổi 409.12 4,1 2 Viêm họng và viêm amidan cấp 383.58 3,8 3 Viêm phế quản và viêm tiểu phế quản 306.21 3,1 1.3. Tổng quan về phát hiện ô nhiễm không khí bằng độ dày quang học sol khí Chất lƣợng không khí là một trong những nguyên nhân sinh ra bệnh tật trong cộng đồng. Nhất là ở các nƣớc đang phát triển nhƣ nƣớc ta hiện nay, chất lƣợng không khí bị ô nhiễm do chất thải công nghiệp và bụi xây dựng gây nên. Để giám sát chất lƣợng không khí, theo phƣơng pháp truyền thống, chúng ta sử dụng mạng lƣới các trạm đo chất lƣợng không khí trong thành phố, khu dân cƣ theo mật độ phân bố nhất định. Nhờ mạng lƣới quan trắc đo các thành phần không khí hàng ngày (hàng giờ, hàng tuần, hàng tháng) mà chúng ta có thể đƣa ra phƣơng pháp phòng ngừa, bảo vệ sức khoẻ cộng đồng. Nhƣợc điểm lớn của giải pháp dựa vào mạng lƣới trạm đo trên mặt đất là tốn kém và sự khuyếch tán bụi khí ô nhiễm không phản ánh một cách khách quan vì sử dụng hàm toán học để mô phỏng. Trong khoảng thời gian gần 40 năm qua,ở Trang18 các nƣớc trên thế giới, ngƣời ta đƣa công nghệ viễn thám vào giám sát chất lƣợng không khí. Công nghệ này khắc phục những nhựơc điểm của mạng lƣới quan trắc mặt đất mắc phải. Để phát hiện ô nhiễm không khí bằng công nghệ viễn thám, trên thế giới, ngƣời ta sử dụng ba phƣơng pháp chủ yếu: a. Phƣơng pháp tính độ dày lớp sol khí AOT (Aerosol Optical Thickness) b. Phƣơng pháp đo các hạt bụi đen (Black particle) c. Phƣơng pháp đánh giá biến động lớp phủ bề mặt (Land – cover change) Trong khuôn khổ đề tài, học viên tìm hiểu về việc sử dụng giá trị AOT để đánh giá chất lƣợng không khí. Trên thế giới, đã từng có những nghiên cứu xác định độ dày quang học sol khí từảnh vệ tinhLandsatTM/ETM+, ASTER,SPOT, ALOS, IRS, MODIS Kaufman và cộng sự (1990) [5]đã phát triển thuật toán xác định AOT theo sự khác biệt của thành phần bức xạ hƣớng lên, đƣợc ghi nhận bởi vệ tinh, giữa một ngày