THÔNG TIN TÀI LIỆU
Tạp chí Các khoa học Trái Đất 32(1), 71-78 3-2010 ứNG DụNG TƯ LIệU MODIS Hỗ TRợ CÔNG TáC QUảN Lý TàI NGUYÊN Và MÔI TRƯờNG Nguyễn Đình Dơng i Mở ĐầU Công tác quản lý tài nguyên môi trờng đạt hiệu dựa số liệu quan sát trực tiếp số liệu đợc tổng hợp báo cáo từ địa phơng Các nguồn số liệu tổng hợp thông qua báo cáo thờng niên phản ánh đợc quy luật khách quan, nhiên nhiều trờng hợp không mang tính nguyên T liệu viễn thám độ phân giải trung bình nh MODIS có độ phân giải thời gian cao độ trùm phủ không gian lớn, cung cấp thông tin khách quan bề mặt Trái Đất hai phơng diện vùng địa lý vận động lớp phủ theo thời gian Các thông tin đợc khai thác từ t liệu viễn thám nh cho cách nhìn đánh giá khách quan tới tài nguyên môi trờng dần trở thành nguồn thông tin thiếu cho công tác quản lý tài nguyên môi tr−êng ë cÊp vïng cịng nh− qc gia ë tÇm vỹ mô Trong báo tác giả giới thiệu số mô hình ứng dụng đồ lớp phủ thành lập từ t liệu MODIS đa thời gian hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên môi trờng cấp vỹ mô Các đồ dẫn xuất bao gồm đồ rừng, đồ độ che phủ nhậy cảm xói mòn đợc thành lập dựa tích hợp đồ lớp phủ với số liệu nh mô hình số địa hình, lợng ma, nhiệt độ Bản đồ lớp phủ đợc xây dựng từ liệu MODIS 32 ngày với độ phân giải không gian 500 m trờng Tổng hợp Maryland, Hoa Kỳ cung cấp Bản đồ lớp phủ đợc thành lập dựa thuật toán GASC phần mềm phát triển khuôn khổ đề tài khoa học mà sè 7009 06 : "Thư nghiƯm ¸p dơng hƯ thèng tính toán lới nghiên cứu tai biến thiên nhiên môi trờng Việt Nam" ii TƯ LIệU Số liệu đầu vào cho xây dựng mô hình bao gồm : đồ lớp phủ thành lập từ t liệu MODIS trung bình 32 ngày, độ phân giải 500 m Đây liệu đà đợc trờng Tổng hợp Maryland, Hoa Kỳ xử lý loại bỏ mây hiệu chỉnh xạ Dựa số liệu 12 tháng năm 2003, thành lập đồ lớp phủ năm 2003 Độ xác độ tin cậy đồ lớp phủ đợc phân tích đánh giá nhiều công trình khoa học đà công bố Các số liệu bổ trợ đợc thu thập để tích hợp với đồ lớp phủ bao gồm : - Mô hình số độ cao SRTM độ phân giải 90 m NASA cung cÊp, - Sè liƯu trung b×nh vỊ ®é m−a, - Sè liƯu vỊ nhiƯt ®é trung b×nh năm, - Số liệu vùng sinh thái Các số liệu bổ trợ đợc tổ chức thành sở liệu dới dạng raster có độ phân giải định vị không gian với đồ lớp phủ cho phép thực toán chồng phủ GIS Việc mô hình hoá thực môi trờng WinASEAN 5.0 thông qua chức Modeler Các số liệu dạng vector nh nhiệt độ, lợng ma lấy từ Atlas Quốc gia Bộ Khoa học Công nghệ Môi trờng công bố năm 2000 đợc raster hoá độ phân giải không gian 500 m đa lới kinh độ vỹ độ chồng ghép với ®å líp phđ thµnh lËp tõ t− liƯu MODIS Sè liệu đợc sử dụng nêu hình sau đà raster hoá (chuyển từ đồ đờng nét đồ ảnh) iii PHƯƠNG PHáP Và KếT QUả Thông thờng chuyên gia lập đồ tài nguyên môi trờng dựa hệ thống phân loại có sẵn Tuy nhiên xem xét kỹ thấy số đồ thành lập tự động thông qua ứng dụng mô hình số, mối liên quan hợp phần sinh thái điều kiện tự nhiên 71 Hình Số liệu đợc sử dụng : a b a) Mô hình số độ cao, b) Số liệu phân bố lợng ma, c) Bản đồ lớp phủ Việt Nam năm 2002 thành lập từ t liệu MODIS d) Bản đồ nhiệt độ trung bình năm c đợc số hoá trình bầy biểu thức logic Tác giả trình bầy dới phơng pháp xây dựng đồ rừng, thảm thực vật, đồ độ che phủ tán đồ nhậy cảm xói mòn phơng pháp số 72 d Thành lập đồ rừng phơng pháp số Từ trớc tới đồ rừng đợc xây dựng chủ yếu phơng pháp khảo sát thực địa kết hợp với sử dụng t liệu viễn thám thông qua giải đoán mắt với kiến thức chuyên gia Bản đồ thành lËp nh− vËy cã nhiỊu bÊt cËp nh− ®é chÝnh x¸c cđa c¸c khoanh vi cịng nh− sù phơ thc vào kinh nghiệm ngời giải đoán ảnh Trong quan hệ kiểu loại rừng điều kiện tự nhiên sinh thái hầu nh đợc khai thác trực tiếp Bản giải đồ rừng Việt Nam bao gồm đối tợng nh sau : A §Êt cã rõng - KiĨu rõng kÝn rộng thờng xanh nhiệt đới ẩm (bao gồm rừng kín rộng thờng xanh nhiệt đới ẩm, rừng tre nứa thứ sinh, rừng trồng đà khép tán ), - Kiểu rừng kín rộng thờng xanh nhiệt đới ẩm, - Kiểu rừng kín rộng thờng xanh ôn đới ẩm, - Kiểu rừng kín rộng rụng nửa rụng khô nhiệt đới, - Kiểu rừng tha rộng nhiệt đới khô, - Kiểu rừng tha rộng nhiệt đới ẩm, - Rừng rụng lá, - Rừng kim, - Rừng ngập mặn B Đất không rừng - Trảng bụi, trảng cỏ tự nhiên, - Thể khảm đất canh tác, - Đất trống, cát, - Mặt nớc Khi nghiên cứu kỹ mô tả đối tợng giải nêu ta thấy có mối liên quan chặt chẽ kiểu loại rừng với vùng địa lý điều kiện sinh thái khác Theo Thái Văn Trừng, kiểu loại rừng liên quan mật thiết tới đai cao, lợng ma, độ dốc, loại đất Nếu sử dụng đồ rừng dựa phơng pháp giải đoán mắt, yếu tố biến động theo mùa nh thảm thực vật rụng phát đợc thông tin đợc khai thác t liệu đơn thời gian Bản đồ lớp phủ thành lập từ t liệu viễn thám đa thời gian với tần xuất thu ảnh ngày lần phản ảnh toàn trình biến động theo mùa Khi kết hợp kiểu thảm thực vật định với điều kiện sinh thái xây dựng đồ rừng phơng pháp số vai trò chuyên gia đợc giới hạn đến mức tối thiểu Với sử dụng đai cao tách từ mô hình số độ cao chóng ta cã thĨ x¸c lËp c¸c kiĨu rõng nhiƯt đới nhiệt đới, với lợng ma chia thành mức khô, khô ẩm với biên nhiệt độ xác định đợc ranh giới loại rừng Bản đồ độ dốc thành lập từ mô hình số độ cao đợc khai thác nh lọc loại bỏ số nhầm lẫn việc thành lập đồ lớp phủ Mô hình logic đuợc sử dụng thành lập đồ rừng phơng pháp số : if (kiểu lớp phủ) if (đai cao, nhiệt độ, lợng ma) kiểu loại rừng Vấn đề quan trọng xác định mối liên quan giá trị ngỡng phân loại cụ thể cho kiểu loại rừng Nếu coi b1 đồ lớp phủ đà đợc xây dựng từ t liệu MODIS đa thời gian, b2 mô hình số độ cao với giá trị điểm ảnh tính theo mét, b3 số liệu lợng ma đợc chia thành 14 cấp nh hình 1.b b4 đồ sinh thái vùng sinh thái đợc mà số khác Khi sử dụng phần mềm WinASEAN 5.0 ®Ĩ ph©n tÝch, chóng ta cã thĨ sư dơng modul Modeler với đoạn mà sau để thực : ! Xay dung ban RUNG ! b1=Landcover.CLS, b2=DEMVN.GIH, b3=lmua.CLS,b4=sinhthai1.CLS ReturnValue = IF (((b1.EQ.2.AND.b2.LT.700).AND.b3.GE.5).AND.(b4.EQ.1.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !B Rung kin cay la rong thuong xanh nhiet doi am IF (((b1.EQ.2.AND.b2.LT.1000).AND.b3.GE.5).AND.(b4.EQ.2.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !N Rung kin cay la rong thuong xanh nhiet doi am IF (((b1.EQ.2.AND.b2.LT.700).AND.b3.LT.5).AND.(b4.EQ.1.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !B Rung thua cay la rong nhiet doi hoi kho IF (((b1.EQ.2.AND.b2.LT.1000).AND.b3.LT.5).AND.(b4.EQ.2.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !N Rung thua cay la rong nhiet doi hoi kho 73 IF ((b1.EQ.2.AND.(b2.GE.700.AND.b2.LE.1600)).AND.(b4.EQ.1.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !B Rung kin cay la rong thuong xanh a nhiet doi am IF ((b1.EQ.2.AND.(b2.GE.1000.AND.b2.LE.1800)).AND.(b4.EQ.2.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !N Rung kin cay la rong thuong xanh a nhiet doi am IF ((b1.EQ.2.AND.b2.GT.1600).AND.(b4.EQ.1.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !B Rung kin cay la rong thuong xanh on doi am IF ((b1.EQ.2.AND.b2.GT.1800).AND.(b4.EQ.2.OR.b4.EQ.3)) RETURNVALUE= !N Rung kin cay la rong thuong xanh on doi am IF (b1.EQ.3.AND.b3.LT.5) RETURNVALUE= ! Rung thua cay la rong nhiet doi hoi kho IF (b1.EQ.3.AND.b3.GE.5) RETURNVALUE= ! Rung thua cay la rong nhiet doi am IF (b1.EQ.4.AND.b2.LE.1000) RETURNVALUE= ! Rung rung la IF (b1.EQ.4.AND.(b2.GT.1000.AND.b3.GE.5)) RETURNVALUE= ! Rung thua cay la rong nhiet doi am IF (b1.EQ.5) RETURNVALUE= ! Rung thong IF (b1.EQ.6) RETURNVALUE= ! Rung ngap man IF (b1.GE.7.AND.b1.LE.9) RETURNVALUE= 10 ! Trang cay bui, trang co tu nhien IF ((b1.GE.10.AND.b1.LE.13).OR.b1.EQ.16) RETURNVALUE= 11 ! The kham va dat canh tac IF (b1.EQ.14.OR.b1.EQ.15) RETURNVALUE= 12 ! Dat trong, cat IF (b1.EQ.17) RETURNVALUE= 13 ! Mat nuoc Đoạn mà viết ngôn ngữ FORTRAN 90 Trên hình 2a đồ rừng Việt Nam thành lập phơng pháp số Có thể nói đồ đợc thành lập phơng pháp [1, 7] Mặc dù có nhiều điểm hạn chế việc xác định trữ lợng rừng nhng cách tiếp cận sinh thái Thái Văn Trừng, đồ có ý nghĩa nhiều góc độ quản lý môi trờng điều kiện địa lý tự nhiên Việt Nam Bản đồ có 12 lớp bảng giải tơng đồng với hệ thống phân loại Thái Văn Trừng đề xuất Thành lập đồ độ che phủ tán Độ che phđ t¸n l¸ (leaf area coverage) cã ý nghÜa quan trọng nghiên cứu môi trờng Độ che phủ tán thể độ che phủ bề mặt không độ che phủ rừng mà bao gồm độ che phủ lớp phủ thực vật khu vực nghiên cứu Để đánh giá độ che phủ tán cây, nhà khoa học sử dụng số che phủ tán LAI (Leaf Area Index) LAI tơng quan chặt với xuất sinh học hệ sinh thái khác bao gồm hệ sinh thái nông nghiệp rừng LAI đợc xác định nhiều phơng pháp khác thông qua mô hình thực nghiệm kể sử dụng t liệu viễn thám đa phổ Việc xác định xác LAI đòi hỏi nhiều nghiên cứu đo đạc thực nghiệm Tuy nhiên, số trờng hợp ứng dụng đơn giản xây dựng đồ phần trăm độ che phủ tán dựa đồ lớp phủ quan trắc thực địa Trong điều kiện Việt Nam, dựa kinh nghiệm thực tế 74 tác giả đà đa phơng pháp xây dựng đồ phần trăm độ che phủ tán dựa ®å líp phđ thµnh lËp tõ t− liƯu MODIS Dùa nghiên cứu thực địa, tác giả đa ớc lợng phần trăm độ che phủ tán cho đối tợng lớp phủ tổng kết bảng Bảng Các đối tợng lớp phủ phần trăm độ che phủ tán [1] STTTên lớp Mô tả Dummy Ngoài khu vực nghiên cứu Rừng kín rộng CEBFor thờng xanh Rừng tha rộng OEBFor thờng xanh DBFore Rừng rộng rụng ENFore Rừng kim thờng xanh Mangro Rừng bụi ngập mặn Shrub Cây bụi Grass1 Cỏ đất khô Grass2 Cỏ đất ngập nớc 10 Mosaic Thể khảm 11 FrTree Vờn ăn 12 Crp1 Đất canh tác thờng xuyên Đất canh tác không thờng 13 Crp2 xuyên 14 Barren Đất trống, đất xây dựng 15 Sand BÃi cát 16 Wetlnd Đất ngập nớc 17 Water Mặt n−íc §é che phđ (%) 60 - 100 30 - 60 30 - 60 30 - 60 20 - 60 20 - 30 10 - 20 10 - 20 10 - 20 20 - 30 10 - 20 - 10 - 10 0 - 10 Hình a) Bản đồ rừng Việt Nam thành lập phơng pháp số, b) Bản đồ phần trăm độ che phủ tán lá, c) Bản đồ trờng mật độ che phủ tán lá, d) Bản đồ nhậy cảm xói mòn a b c d 100 % 0% Hình minh họa ảnh GPS Tuy nhiên đề xuất tác giả mang tính định hớng dựa thực nghiệm cần đợc chỉnh sửa cho phù hợp với thực tế Việt Nam continuous field) nh trình bầy hình 2c Bản đồ đợc sử dụng nh số liệu đầu vào cho nhiều tính toán môi trờng khác Kết hợp ớc lợng với đồ lớp phủ có đợc đồ phần trăm độ che phủ tán trình bầy hình 2b Sau áp dụng phơng pháp trung bình trợt (moving average) cho đồ 2b có đợc đồ trờng che phủ tán (Leaf area Một ứng dụng đồ trờng che phủ tán xây dựng đồ nhậy cảm xói mòn Mặc dù đồ xói mòn tiềm đợc xây dựng dựa công thức tính toán xói mòn đà biết nhng thực tế có nhiều khó khăn thiếu số liệu đầu Thành lập đồ nhậy cảm xói mòn 75 Hình ảnh minh hoạ xác định độ che phủ tán vào đặc biệt liên quan tới lớp phủ thổ nhỡng hệ số canh tác quy mô quốc gia Trong nghiên cứu tác giả coi xói mòn phụ thuộc đồng biến với độ dốc độ che phđ t¸n l¸ NÕu nh− xem c¸c u tè kh¸c ổn định cho khu vực nghiên cứu, biến động độ che phủ tán thể mức độ mối liên quan tới độ nhậy cảm xói mòn Để đánh giá nhanh tác động sử dụng đất tới môi trờng, tác giả đề xuất công thức thực nghiệm số nhậy cảm xãi mßn [1] nh− sau : SI = 1,5* S/C S - lợng đất bị xói mòn (tấn/ha/năm) C - độ che phủ tán Sau áp dụng công thức ta đợc đồ nhậy cảm xói mòn nh trình bầy hình 2d Phân cấp mức độ nguy hiểm đợc chia thành năm lớp : thấp, thấp, trung bình, cao cao Nếu coi hệ số S ổn định cho vùng nghiên cứu, C phụ thuộc vào lớp phủ thực tế hàng năm, nghiên cứu ảnh hởng việc khai thác lÃnh thổ nguy xói mòn dựa số liệu quan trắc từ vệ tinh 76 iv TRAO ĐổI Bài báo giới thiƯu mét c¸ch tiÕp cËn míi viƯc øng dơng đồ lớp phủ xây dựng đồ dẫn xuất hỗ trợ công tác quản lý môi trờng tài nguyên Bản đồ lớp phủ xây dựng từ t liệu MODIS đa thời gian nguồn thông tin quan trọng phản ánh trạng thái lý sinh bề mặt Trái Đất Các thông tin hoàn toàn khách quan trung thực, cho thấy phát triển môi trờng tài nguyên cho vùng lÃnh thổ Bản thân đồ lớp phủ đà hữu ích, nhiên kết hợp với số liệu bổ trợ khác thông qua mô hình toán học tạo nên đồ dẫn xuất bổ trợ hiệu cho công tác quản lý tài nguyên môi trờng Bản đồ rừng thành lập phơng pháp số dựa mô hình sinh thái với số liệu đầu vào đồ lớp phủ, nhiệt độ, lợng ma, mô hình số độ cao ví dụ khả tự động hoá thành lập đồ mà từ trớc tới đợc thành lập phơng pháp chuyên gia Độ xác tin cậy đồ phụ thuộc chủ yếu vào mô hình toán học mô tả mối liên quan kiểu loại rừng điều kiện sinh thái Rõ ràng, điều kiện sinh thái cảnh quan đóng vai trò quan trọng việc hình thành kiểu loại rừng mối quan hệ đợc nghiên cứu có hệ thống đợc định lợng qua tham số với độ tin cậy thích hợp, việc xây dựng đồ rừng nói riêng đồ tơng tự khác hoàn toàn Bản đồ độ che phủ tán trờng mật độ che phủ tán sản phẩm dẫn xuất thành lập từ đồ lớp phủ số liệu quan trắc thực địa Bảng đánh giá độ che phủ tán cho loại hình lớp phủ đề xuất báo mang tính kinh nghiệm Trên giới tồn nhiều phơng pháp đo đạc thiết bị cho phép định lợng độ che phủ tán với độ tin cậy cao Do kinh phí hạn chế điều kiện kỹ thuật không cho phép nên tác giả cha có số liệu xác độ che phủ tán cho loại hình lớp phủ, nhiên đồ đợc thành lập có ý nghĩa khái quát lớn đa nhìn tầm vỹ mô độ che phủ tán toàn vùng lÃnh thổ Việt Nam Trong tơng lai, nghiên cứu độ che phủ tán thảm thực vật cần đợc triển khai tham số liên quan chặt chẽ với xuất sinh học phản ảnh chu trình chuyển đổi carbon tự nhiên Bản đồ nhậy cảm xói mòn đợc thành lập từ đồ trờng mật độ che phủ tán hệ số xói mòn thử nghiệm đánh giá nhanh khu vực nhậy cảm xói mòn cho quy mô toàn quốc Trên góc độ quản lý môi trờng, việc trồng rừng cần đợc bắt đầu triển khai từ nơi có độ nhậy cảm xói mòn cao Trong điều kiện biến động lớn khí hậu địa hình, độ nhậy cảm xói mòn phụ thuộc chủ yếu vào tình trạng lớp phủ hay nói cách khác độ che phủ tán Các số liệu thay đổi liên tục theo thời gian phụ thuộc vào tình hình sử dụng đất địa phơng T liệu viễn thám độ phân giải trung bình đợc cập nhật liên tục cung cấp thông tin xác biến động lớp phủ độ che phủ tán Bản đồ nhậy cảm xói mòn, đồ biến động lớp phủ hàng năm nguồn thông tin khách quan hỗ trợ công tác quản lý quy hoạch môi trờng góp phần lý giải nhiều vấn đề môi trờng vùng lÃnh thổ khác nh lũ lụt, lũ quét nh hạn hán Lời cảm ơn : kết nghiên cứu trình bầy báo đợc thực kinh phí đề tài khoa học mà số 7009 06 : "Thử nghiệm ¸p dơng hƯ thèng tÝnh to¸n l−íi nghiªn cøu tai biến thiên nhiên môi trờng Việt Nam" Tài liệu dẫn [1] Nguyễn Đình Dơng nnk, 2003 : Báo cáo khoa học nhiệm vụ Nhà nớc bảo vệ môi trờng : Xây dựng, vận hành, cập nhật phát triển hệ thống tích hợp thông tin liệu môi trờng quan trắc Phần ứng dụng t liệu viễn thám độ phân giải trung bình phục vụ giám sát, quản lý môi trờng tài nguyên Cục Bảo vệ Môi trờng [2] Nguyen dinh Duong, 2004 : Land cover mapping of Vietnam using MODIS 500m 32 day global compoiste Proceedings International Symposium on GeoInformatics for Spatial-Infrastructure Development in Earth and Allied Sciences GISIDEAS 2004 Hµ Néi 2004 [3] Nguyen Dinh Duong, 2006 : Study of land cover change in Vietnam for the period 20012003 using MODIS 32 day composite Environmental Ma-nagement for Resource Conservation Proceedings of the 14th Asian Agricultural Symposium Thai-land 2004 [4] Nguyen Dinh Duong, 2006 : Classification smoothing in land cover mapping using MODIS data Proceedings of the 27th Asian Conference on Remote Sensing 2006 Ulan Bataar, Mongolia 2006 [5] Nguyễn Đình Dơng, 2008 : Một số kết ban đầu ứng dụng hệ thống tính toán lới phân loại lớp phủ Tc CKHvT§, 30, 1, 31-38 [6] H.L Gholz, 1982 : Environmental limits on aboveground net primary production, leaf area and biomass in vegetation zones of the Pacific Northwest Ecology, 63, 469-481 [7] Nguyen Thanh Hoan, Nguyen Dinh Duong, 2004 : Proposing a method to establish Vietnam forest map by using multi-temporal GLI images and ecological models Proceedings International Symposium on GeoInformatics for SpatialInfrastructure Development in Earth and Allied Sciences GISIDEAS 2004 Hanoi 2004 [8] Thái Văn Trừng, 1978 : Thảm thực vật rừng Việt Nam Nhà xuất Khoa học Kỹ thuËt summary Application of modis data to support natural resource and environment management The paper introduces a new methodology in maps compiling from MODIS data to support environment and natural resource management This is one of 77 ... phủ xây dựng đồ dẫn xuất hỗ trợ công tác quản lý môi trờng tài nguyên Bản đồ lớp phủ xây dựng từ t liệu MODIS đa thời gian nguồn thông tin quan trọng phản ánh trạng thái lý sinh bề mặt Trái Đất... triển môi trờng tài nguyên cho vùng lÃnh thổ Bản thân đồ lớp phủ đà hữu ích, nhiên kết hợp với số liệu bổ trợ khác thông qua mô hình toán học tạo nên đồ dẫn xuất bổ trợ hiệu cho công tác quản lý tài. .. mòn, đồ biến động lớp phủ hàng năm nguồn thông tin khách quan hỗ trợ công tác quản lý quy hoạch môi trờng góp phần lý giải nhiều vấn đề môi trờng vùng lÃnh thổ khác nh lũ lụt, lũ quét nh hạn hán
Ngày đăng: 05/12/2022, 14:41
Xem thêm: