Nghiên cứu, phát triển hệ thống giám sát chất lượng môi trường không khí bằng công nghệ Lidar mặt đất và viễn thám
Ô nhiễm không khí (ONKK) có những ảnh hưởng rất lớn tới sức khỏe con người, đặc biệt đối với đường hô hấp; làm suy giảm chức năng của phổi gây bệnh hen suyễn, viêm phế quản; gây bệnh ung thư, bệnh tim mạch và làm giảm tuổi thọ con người. Thực tế cho thấy nhiều bệnh đường hô hấp (hen, lao, dị ứng, viêm phế quản mãn tính, ung thư, ...) có nguyên nhân trực tiếp bởi môi trường không khí (MTKK) bị ô nhiễm do bụi, SO2, NOx và CO. Tỷ lệ người có thời gian sống tại thành phố lâu năm có nguy cơ mắc các bệnh mãn tính về tai, mũi, họng, cảm cúm cao hơn nhiều so với những người không sống tại thành phố. Điều đáng chú ý là ONKK không những gây nên các bệnh lý về đường hô hấp mà còn ảnh hưởng đến sự phát triển của thai nhi, là nguyên nhân làm chậm phát triển hệ thần kinh, trí não của trẻ.
Do đó, việc giám sát chất lượng MTKK để sớm đưa ra cảnh báo và giải pháp khắc phục khi có ONKK là rất cần thiết. Tuy nhiên, các phương pháp giám sát chất lượng MTKK truyền thống như : lấy mẫu ngoài thực địa và phân tích trong phòng thí nghiệm hoặc phương pháp sử dụng các trạm quan trắc tự động có ưu điểm là đơn giản, dễ thao tác, vận hành nhưng có nhược điểm là phạm vi giám sát hẹp, không liên tục (trừ trạm quan trắc tự động), chi phí đầu tư ban đầu cao, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc bảo trì, vận hành và bảo dưỡng thiết bị để hệ thống có thể làm việc ổn định và liên tục trong nhiều năm. Vì vậy, trong nhiều năm trở lại đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thám thì việc ứng dụng viễn thám đa tầng (vệ tinh, Lidar bề mặt) trong nghiên cứu đánh giá chất lượng không khí trong một phạm vi rộng và đưa ra cảnh bảo ô nhiễm là rất cấp thiết tại Việt Nam.
Một trong những nhược điểm lớn nhất của ảnh vệ tinh quang học là không truy cập được thông tin độ dầy tầng khí quyển khi bị mây bao phủ. Để khắc phục nhược điểm này thì Lidar mặt đất sẽ là công cụ cho phép thu thập thông tin dữ liệu độ dầy tầng khí quyển trên diện rộng (diện tích thu thập thông tin phụ thuộc vào bán kính quét của thiết bị Lidar). Việc sử dụng công nghệ Lidar mặt đất thu thập độ dầy tầng khí 6 quyển còn cho phép hiệu chỉnh dữ liệu này khi thu được từ ảnh vệ tinh (do bị nhiễu qua nhiều tầng không khí).
Xuất phát từ thực tiễn trên, Chủ nhiệm đề tài Lê Thanh Sơn cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Công nghệ Môi trường thực hiện đề tài “Nghiên cứu, phát triển hệ thống giám sát chất lượng môi trường không khí bằng công nghệ Lidar mặt đất và viễn thám, ứng dụng thử nghiệm tại thành phố Hà Nội và thành phố Đà Nẵng” với mục tiêu nghiên cứu, ứng dụng công nghệ Lidar và công nghệ viễn thám trong giám sát môi trường thành phố Hà Nội và thành phố Đà Nẵng.
Về khối lượng, số lượng, chủng loại các sản phẩm nghiên cứu theo đề cương đăng ký: về cơ bản đề tài đã hoàn thành đầy đủ về số lượng, chủng loại các sản phẩm. Đề tài đã đạt được các mục tiêu cụ thể sau:
- Đánh giá được hiện trạng chất lượng không khí ở một số khu vực điển hình của Đà Nẵng và Hà Nội, trong đó các chỉ tiêu PM2.5, PM10, TSP, NO, NO2, NOx trong không khí ở các khu vực của Đà Nẵng nhìn chung còn thấp dưới quy chuẩn cho phép, trong khi hàm lượng bụi ở hầu hết các khu vực khảo sát của Hà Nội đã vượt quy chuẩn Quốc gia về chất lượng không khí xung quanh.
- Xây dựng được bản đồ lớp phủ tỷ lệ 1:25.000 cho hai thành phố Đà Nẵng và Hà Nội bằng tư liệu ảnh viễn thám độ phân giải cao VNREDSat-1 nhằm phục vụ việc, xác định các nguồn gây ô nhiễm không khí.
- Xác định được độ dày quang học AOD của khí quyển ở Hà Nội và Đà Nẵng trong thời gian thực hiện nghiên cứu bằng tư liệu ảnh viễn thám MODIS và ảnh phổ Lidar mặt đất, lần lượt là 0,167 và 0,1497.
- Xây dựng được thuật toán cho các thông số ô nhiễm PM2.5, PM10, TSP, NO, NO2, NOx cho khu vực Hà Nội và Đà Nẵng. Đối với Hà Nội, kết quả thu được khá tốt với giá trị tương quan R2 đối với PM2.5 là 0,84, của PM10 là 0,87, của TSP là 0,89, của NO là 0,93, của NO2 là 0,84 và NOx là 0,93. Đối với Đà Nẵng, kết quả thu được cũng tương tự với giá trị tương quan R2 đối với PM2.5 là 0,79, của PM10 là 0,81, của TSP là 0,79; của NO là 0,81, của NO2 là 0,78 và NOx là 0,86.
- Một hệ thống giám sát chất lượng môi trường không khí gần thời gian thực dựa trên nền tảng hệ thông tin địa lý mã nguồn mở (WebGIS) đã được phát triển cho thành phố Hà Nội và Đà Nẵng nhằm hỗ trợ cho việc giám sát chất lượng không khí ở các khu vực trong thành phố. WebGIS có chức năng cập nhật thông tin, khai thác thông tin, tổng hợp, báo cáo định kỳ và chức năng cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm không khí ở các khu vực.
- Đã đề xuất được quy trình giám sát chất lượng không khí bằng viễn thám và lidar mặt đất. Quy trình này có thể truy xuất kết quả chất lượng không khí hàng ngày 48 liên tục và giám sát trên không gian rộng trong thời gian dài để có thể biết được xu hướng biến đổi chất lượng không khí trong năm.
- Đã đề xuất được nhóm giải pháp khoa học kỹ thuật và nhóm giải pháp về cơ chế chính sách nhằm tăng cường công tác giám sát chất lượng môi trường không khí, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nhóm giải pháp khoa học kỹ thuật được đề xuất nhằm tăng cường các biện pháp kỹ thuật quan trắc truyền thống trong giám sát chất lượng MTKK và kiến nghị áp dụng quy trình quạn trắc không khí bằng kỹ thuật viễn thám và lidar. Nhóm giải pháp về cơ chế chính sách bao gồm 05 giải pháp chung nhằm tăng cường giám sát bảo vệ môi trường không khí ở cấp Trung ương và 7 giải pháp cụ thể áp dụng cho Hà Nội và Đà Nẵng.
Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20007/2021) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
