364
ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM KHÍ CO
KHU VỰC ĐÔNG NAM BỘ GIAI ĐOẠN 2020-2023
SỬ DỤNG VỆ TINH SENTINEL 5P VÀ GOOGLE EARTH ENGINE
Nguyễn Ngọc Thiện 1, Trần Thị Ân2*, Nguyễn Thị Loan 2
1. Lp D20QLMT01, Khoa Khoa hc Quản lý, Trường Đại hc Th Du Mt
2. Khoa Khoa hc Quản lý, Trường Đại hc Th Du Mt
*Liên hệ email: antt@tdmu.edu.vn
TÓM TẮT
Trong nghiên cu này, nền tảng Google Earth Engine đã được sử dụng để thu thập dữ liệu về nồng
độ CO vào các tng trong năm 2020, 2021, 2022, 2023 tại Đông Nam Bộ. Mt đ trungnh CO nằm
trong khoảng t 6900 12672,6 μg/m3 vào m 2020, dao động t6700 12143,5 μg/m3 vào m 2021.
m 2022, nồng độ CO trong kng khí diễn biến từ 6500 11800 μg/m3 và biến thn 7000 14000
μg/m3 năm 2023. Năm 2023 có tỷ lệ cnh lệch nồng độ CO cao nhất, cho thấy sự biến động lớn trong
nồng độ CO trong c tháng trong m đó. Trong khi đó, năm 2022 sbiến đổi thấp nht với các
tháng ghi nhận sự thay đổi nồng độ ít nhất. Phân tích diễn biến nồng độ CO theo không gian dựa o
biểu đồ trên có th kết luận rằng nồng độ CO có xu hướng thấp dần từ Tây Ninh xuống Thành phố Hồ
Chí Minh, Bình Dương, nh Phước, Đồng Nai cuối ng Bà Rịa ng u. Tuy nhiên o năm
2021 sự thay đổi thứ tự khi tỉnh nồng độ cao nht là Thành phố Hồ Chí Minh sau đóy Ninh,
Bình Dương, Đồng Nai,nh Phước saung Rịa Vũng u.
Từ khóa: CO, Google Earth Engine, ô nhiễm không khí, Sentinel-5P.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ô nhiễm môi trường không khí có tác động tiêu cực đối với sức khoẻ con người (đặc biệt gây
ra các bệnh đường hô hấp), ảnh hưởng đến các hệ sinh thái và biến đổi khí hậu (hiệu ứng "nhà kính",
mưa axít và suy giảm tầng ôzôn),...Công nghiệp hoá càng mạnh, đô thị hoá càng phát triển thì nguồn
thải gây ô nhiễm môi trường không khí càng nhiều, áp lực làm biến đổi chất lượng không khí theo
chiều hướng xấu càng lớn, yêu cầu bảo vệ môi trường không khí càng quan trọng (Nguyễn Thị Lệ
Hằng, 2018). Sự gia tăng dân số, gia tăng đột biến của các phương tiện giao thông trong khi cơ sở hạ
tầng còn thấp làm cho tình hình ô nhiễm trở nên trầm trọng. Google Earth Engine (GEE) là nền tảng
cho phép người dùng giám sát những thay đổi trong các lĩnh vực môi trường, nông nghiệp, biến đổi
khí hậu,... sử dụng dữ liệu địa không gian với các mức độ phân giải theo không gian và thời gian khác
nhau. Do vậy, GEE rất phợp để xử chuỗi dữ liệu ảnh vệ tinh, chiết tách thông tin về ô nhiễm
không khí (Gautam, 2020; Shami và cs, 2022).
Việc sử dụng ảnh vệ tinh để giám sát tài nguyên và môi trường đang được thực hiện một cách
rộng rãi trên thế giới Việt Nam. Đông Nam Bộ (còn được gọi miền Đông) một trong hai
phần của Nam Bộ Việt Nam. Vùng Đông Nam B1 thành phố trực thuộc trung ương Thành
phố Hồ Chí Minh và 5 tỉnh: Bà Rịa – Vũng Tàu, Bình Dương, Bình Phước, Đồng Nai và Tây Ninh.
Theo số liệu mới đây năm 2021 của Tổng cục Thống kê Việt Nam, tổng dân số của vùng Đông Nam
Bộ 18.719.266 người (không kể số người tạm trú lâu dài) trên một diện tích 23.560,6 km², với
mật độ dân số bình quân 795 người/km², chiếm 19,1% dân số cả nước (Tổng cục Thống kê, 2021).
Đông Nam Bộ là khu vực kinh tế phát triển nhất ở Việt Nam, đóng góp hơn 2/3 thu ngân sách hằng
năm, có tỉ lệ đô thị hóa 62.8%. Cùng với quá trình đô thị hóa phát triển kinh tế - hội tại Đông
Nam Bộ, chất lượng môi trường đặc biệt là môi trường không khí ngày càng đứng trước nhiều nguy
cơ ô nhiễm do sự gia tăng phương tiện giao thông và các hoạt động công nghiệp.
365
Nghiên cứu này nhằm mục tu gm sát diễn biến nồng độ CO trong không k khu vực Đông Nam
Bộ bằng công nghệ viễn thám GEE. Nền tảng điện toán đám y Google Earth Engine công c
cnh được áp dụng trong bài báo để thực hiện việc chiết tách pn ch diễn biến nồng độ CO khu vực
Đông Nam Bộ, dựa trên dữ liệu vệ tinh Sentinel 5P TROPOMI. Mặc dù đã một vài nghiên cứu theo
i, giám sát ô nhiễm không khí nng chủ yếu dựa trên số liệu quan trắc, đo đạc thực địa phân tích,
thống kê số liệu (Gautam, 2020; Hoàng Tun Vit cs, 2021). Các nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong
giám t ô nhiễm không khí vẫn chưa được phổ biến rộng i vậy đ i được thực hiện nhằm đánh giá
mức độ ô nhiễm khí CO gây ra tn khu vực Đông Nam Bộ giai đoạn 2020-2023.
2. DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Dữ liệu
Dliệu nồng độ CO tầng đối u được thu thập tv tinh Sentinel-5P TROPOMI tng qua nền
tảng GEE (https://sentinels.copernicus.eu). V tinh Sentinel-5P v tinh giám t k quyn toàn cầu, có
khả năng cung cấp thông tin về nồng độ c cht ô nhiễm trong không khí như CO, NO2, SO2,...với chu
chụp lặp lại hàng ngày (Shami cs, 2022). Trong nghiên cứu y, sự thay đổi theo không gian thời
gian của nồng độ CO trong không khí khu vực Đông Nam Bộ được chiết tách bằng ng cụ GEE và được
truy xuất thông qua quá trình chỉnh sửa ng lệnh với thời gian nghiên cứu là giai đoạn 2020 2023.
Q trình chiếtch nồng đồ CO từ d liệu vệ tinh Sentinel-5P được thực hin trên GEE thông quam
.select(), chọn băng tn tropospheric CO_column_number_density với thi gian nghn cứu c tháng
của những năm : 2020, 2021, 2022, 2023. Nồng độ CO được lọc và cắt theo thời gian khu vực nghiên
cứu, sau đó được tính toán c giá trị trung bình tngm sử dụngm mean() trong GEE. Nghiên
cứu đã trích xuất ranh giới vùng nghiên cứu thông qua tải dliệu GIS về ranh giớinh chính Việt Nam
miễn phí từ trang web của tổ chức GADM maps and data (https://gadm.org/download_country.html)
sử dụng phần mềm QGIS đ ct ranh giới khu vực Đông Nam B.
2.2. Quy trình và phương pháp nghiên cứu
Quy trình thực hiện chiết tách nồng độ CO từ dữ liệu vệ tinh Sentinel-5P và đánh giá diễn biến
nồng độ chất ô nhiễm theo không gian và thời gian tại Đông Nam Bộ được thể hiện trong Hình 1.
Hình 1. Quy trình thực hiện nghiên cứu
366
2.2.1. Phương pháp chiết tách nồng độ CO từ dữ liệu Sentinel-5P TROPOMI
Dữ liệu nồng độ CO được thu thập từ vệ tinh Sentinel-5P TROPOMI thông qua nền tảng GEE.
Nồng độ CO được lọc, cắt theo thời gian và khu vực nghiên cứu. Quá trình tìm kiếm trên GEE, chọn
loại dữ liệu” Sentinel-5P OFFL CO: Offline Carbon Monoxide” chọn kênh dữ liệu
“CO_column_number_density” với thời gian nghiên cứu các tháng của những năm: 2020, 2021,
2022, 2023. Nồng độ CO được lọc và cắt theo thời gian và khu vực nghiên cứu.
Để thu thập dữ liệu nồng độ CO từ vệ tinh Sentinel - 5P TROPOMI, trong GEE sử dụng hàm
select() để chọn được kênh dữ liệu chứa nồng độ CO. Khu vực nghiên cứu được thực hiện Đông
Nam Bbao gồm 6 tỉnh : Thành phố Hồ Chí Minh, Rịa- Vũng Tàu, Bình Dương, Bình Phước,
Đồng Nai và Tây Ninh. Dữ liệu ranh giới khu vực Đông Nam Bộ được tổng hợp từ ranh giới các tỉnh
thành trực thuộc trên phần mềm QGIS, để hỗ trợ quá trình chạy code trên nền tảng GEE.
2.2.2. Phương pháp chuyển đổi đơn vị
Dữ liệu CO sau khi được xử lý có đơn vị tính là mol/m2 , trong khi đơn vị tính theo tiêu chuẩn
Việt Nam là μg/m3 , do đó sau khi xử lý cần phải tính chuyển đơn vị đo theo công thức sau:
𝑃𝑠 = 𝑃𝑡 𝐴
(Nguồn: Đỗ Thị Phương Thảo và cs, 2022)
2.2.3. Phương pháp GIS
Kết quả của quá trình phân tích trên dữ liệu ảnh vệ tinh sẽ được chuẩn hóa đưa vào trong môi
trường GIS để xây dựng các bản đồ liên quan đến chất lượng không khí khu vực Đông Nam Bộ
chồng xếp bản đồ để phân tích diễn biến nồng độ CO. Quá trình tìm kiếm ảnh vệ tinh, lọc ảnh và xử
ảnh được thực hiện trên nền tảng Google Earth Engine nền tảng điện toán đám mây, cho phép
sử dụng và phân tích chuỗi dữ liệu liên tục theo thời gian không gian. Phương pháp GIS được thực
hiện để chồng xếp các bản đồ không gian phân tích, đánh giá diễn biến nồng độ CO theo không
gian và thời gian.
Phương pháp viễn thám đã được sử dụng hiệu quả trong đề tài để xây dựng sở dữ liệu về
chất lượng không khí, bổ sung nguồn số liệu phong phú cho các trạm đo mặt đất hiện nay còn đang
rất hạn chế ở Việt Nam.
2.2.4. Phương pháp thống kê
Quá trình xây dựng các biểu đồ và tính toán thống thông qua phần mềm Excel Office 365.
Thực hiện so sánh kết quả dữ liệu CO khi sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel - 5P theo không gian và thời
gian. Cụ thể so sánh sự khác biệt qua các tháng, các năm trong giai đoạn nghiên cứu 2020 - 2023
và so sánh sự phân bố nồng độ CO ở các tỉnh thành với nhau. Từ đó, kết hợp các kết quả này lại thể
hiện thông qua các biểu đồ để so sánh được chênh lệch giữa các khoảng thời gian thực hiện để đưa
ra các phân tích, kết luận về sự chênh lệch nồng độ CO các năm. Nghiên cứu cũng sử dụng công cụ
zonal statistic trong GIS để tính toán, phân tích diễn biến phân bố nồng độ CO theo các đơn vị hành
chính tại khu vực Đông Nam Bộ.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Diễn biến nồng độ CO khu vực Đông Nam Bộ theo thời gian
Từ kết quả bản đồ Hình 2 cho thấy sự thay đổi của khí hậu cũng ảnh hưởng đến sự phát tán các
chất ô nhiễm và điển hình là CO. Khí hậu khô, nóng, bức xạ nhiệt cao và lượng các phương tiện giao
thông, các hoạt động công nghiệp là các yếu tố làm thúc đẩy quá trình phát tán các khí ô nhiễm, còn
mưa nhiều thể góp phần làm giảm các chất ô nhiễm không khí. Mùa sẽ có nồng độ khí thải thấp
hơn so với mùa đông do khả năng khuếch tán của chất thải vào mùa hè tốt hơn. Mùa đông là mùa có
nhiều yếu tố làm gia tăng ô nhiễm dụ như gió lặng, nhiệt độ thấp, ít mưa, độ ẩm cao… làm giảm
khuếch tán của không khí các chất ô nhiễm lưu trữ ở tầm thấp, không thoát lên cao hoặc ra các vùng
khác được khiến nồng độ CO ngày càng tăng.
367
Tháng 01/2020
Tháng 01/2021
Tháng 01/2022
Tháng 01/2023
Tháng 02/2020
Tháng 02/2021
Tháng 02/2022
Tháng 02/2023
Tháng 03/2020
Tháng 03/2021
Tháng 03/2022
Tháng 03/2023
Tháng 04/2020
Tháng 04/2021
Tháng 04/2022
Tháng 04/2023
Tháng 05/2020
Tháng 05/2021
Tháng 05/2022
Tháng 05/2023
Tháng 06/2020
Tháng 06/2021
Tháng 06/2022
Tháng 06/2023
368
Tháng 07/2020
Tháng 07/2021
Tháng 07/2022
Tháng 07/2023
Tháng 08/2020
Tháng 08/2021
Tháng 08/2022
Tháng 08/2023
Tháng 09/2020
Tháng 09/2021
Tháng 09/2022
Tháng 09/2023
Tháng 10/2020
Tháng 10/2021
Tháng 10/2022
Tháng 10/2023
Tháng 11/2020
Tháng 11/2021
Tháng 11/2022
Tháng 11/2023
Tháng 12/2020
Tháng 12/2021
Tháng 12/2022
Tháng 12/2023
Hình 2. Bản đồ biểu diễn nồng độ CO khu vực Đông Nam Bộ giai đoạn 2020 – 2023