Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ thấp phục vụ quy hoạch trồng cây cao su ở lai châu bằng công nghệ viễn thám và GIS

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Trần Thị Tâm NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ THẤP PHỤC VỤ QUY HOẠCH TRỒNG CÂY CAO SU Ở TỈNH LAI CHÂU BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  Trần Thị Tâm NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ THẤP PHỤC VỤ QUY HOẠCH TRỒNG CÂY CAO SU Ở TỈNH LAI CHÂU BẰNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS Chuyên ngành: Bản đồ, viễn thám hệ thông tin địa lý Mã số: 60 44 76 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS DƢƠNG VĂN KHẢM Hà Nội - 2012 i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DEM Mơ hình số độ cao ENVI Phần mềm xử lý ảnh viễn thám LST Nhiệt độ bề mặt đất MODIS Đầu đo ảnh viễn thám độ phân giải trung bình gắn vệ tinh TERRA AQUA (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) NDVI Chỉ số thực vật chuẩn hóa NOAA Cơ quan quốc gia Đại dƣơng Khí IDL Ngơn ngữ lập trình phần mềm ENVI IR Cận hồng ngoại KTNN Khí tƣợng nơng nghiệp KTTV Khí tƣợng thủy văn KHKT NLN Khoa học kiến thiết nông lâm nghiệp GIS Hệ thống thông tin địa lý GPS Hệ thống định vị toàn cầu RMSE Sai số quân phƣơng RS Viễn thám Tmin Nhiệt độ không khí tối thấp UTM Hệ tọa độ chuyển đổi tổng hợp Mỹ VN-2000 Hệ quy chiếu quốc gia Việt Nam i LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết luận văn Mục tiêu nghiên cứu 3 Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Quan điểm phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM SINH THÁI CÂY CAO SU VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CAO SU Ở LAI CHÂU 1.1 Điều kiện tự nhiên tỉnh Lai Châu 1.1.1 Đặc điểm địa lý 1.1.2 Đặc điểm khí hậu 10 1.1.2.1 Diễn biến khí hậu mùa 10 1.1.2.2 Diễn biến yếu tố khí hậu 12 1.2 Đặc điểm sinh thái cao su 17 1.3 Tình hình phát triển cao su tỉnh Lai Châu 20 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU VỀ NHIỆT ĐỘ THẤP VÀ ĐÁNH GIÁ ĐẶC TRƢNG NHIỆT ĐỘ THẤP CÓ HẠI CHO CÂY CAO SU Ở TỈNH LAI CHÂU 23 2.1 Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ thấp có hại cho trồng 23 ii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2.1.1 Những nghiên cứu giới 23 2.1.2 Những nghiên cứu nƣớc 28 2.2 Đặc trƣng nhiệt độ thấp có hại cho cao su 29 2.2.1 Ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho cao su 29 2.2.2 Khả xuất nhiệt độ thấp theo ngƣỡng 31 2.2.3 Ngày bắt đầu kết thúc cấp nhiệt độ thấp theo đai độ cao 35 2.3 Đánh giá mức độ khắc nghiệt nhiệt độ thấp cao su 38 CHƢƠNG NỘI SUY DỮ LIỆU KHÔNG GIAN BẰNG THÔNG TIN VIỄN THÁM VÀ GIS PHỤC VỤ XÂY DỰNG BẢN ĐỒ PHÂN BỐ NHIỆT ĐỘ THẤP KHU VỰC NGHIÊN CỨU 40 3.1 Cơ sở liệu nội suy 40 3.2 Tính tốn nhiệt độ lớp phủ bề mặt từ ảnh MODIS NOAA 41 3.2.1 Sơ đồ tính tốn 41 3.2.2 Các thuật tốn LST điểm khơng mây 42 3.2.3 Phƣơng pháp tính tốn LST điểm có mây 44 3.2.4 Kết tính tốn giá trị LST 45 3.2.5 So sánh kết LST với giá trị thực đo 46 3.3 Tính tốn nhiệt độ khơng khí tối thấp từ giá trị LST 49 3.3.1 Phƣơng pháp tính tốn 49 3.3.2 Kết tính tốn nhiệt độ tối thấp 51 3.3.3 So sánh kết tính tốn với thực đo 52 CHƢƠNG XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘ THẤP TỈNH LAI CHÂU 55 4.1 Cơ sở trắc địa 55 iii LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4.2 Kích thƣớc bố cục đồ 56 4.3 Quy trình thành lập đồ chuyên đề 57 4.4 Kết xây dựng tập đồ chuyên đề nhiệt độ thấp tỉnh Lai Châu 58 Các đồ đặc trƣng nhiệt độ thấp Lai Châu 58 4.5 Đề xuất vùng an toàn nhiệt độ thấp phục vụ quy hoạch phát triển sản xuất cao su Lai Châu 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 iv LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ hành tỉnh Lai Châu Hình 2.1 Bản đồ phân vùng sức chịu đựng trồng điều kiện nhiệt độ thấp vùng Bắc Mỹ 26 Hình 2.2 Bản đồ phân vùng sức chịu đựng trồng điều kiện nhiệt độ thấp Australia 26 Hình 2.3 Hình ảnh minh họa tác hại nhiệt độ thấp cao su 30 Hình 3.1 Sơ đồ tính toán LST 42 Hình 3.2 Mối quan hệ LST độ cao địa hình khu vực Lai Châu 44 Hình 3.3 Bản đồ LST đêm tháng năm 2004 45 Hình 3.4 Nhiệt độ bề mặt lớp phủ LST theo ảnh MODIS NOAA 45 (đêm 9/2/2010) 45 Hình 3.5 Đồ thị quan hệ số liệu thực đo 46 LST theo ảnh viễn thám 46 Hình 3.6 Mối quan hệ Tmin LST tỉnh Lai Châu 51 Hình 3.7 Bản đồ LST Tmin số đêm khu vực tỉnh Lai Châu 52 Hình 4.1 Sơ đồ khối thành lập đồ chuyên đề 58 Hình 4.2 Bản đồ phân bố thời gian xuất nhiệt độ thấp dƣới 100C có hại cho cao su tỉnh Lai Châu 60 Hình 4.3 Bản đồ ngày bắt đầu kết thúc nhiệt độ thấp có hại cho cao su tỉnh Lai Châu 62 Hình 4.4 Bản đồ phân bố mức độ ảnh hƣởng nhiệt độ thấp cao su 64 v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số đặc trƣng khí hậu tỉnh Lai Châu 17 Bảng 1.2 Phân kỳ đầu tƣ trồng 21 Bảng 2.1 Mức độ tổn thƣơng giá lạnh rau hoa Mỹ 24 Bảng 2.2 Nhiệt độ lạnh tối đa ăn rau Mỹ 24 Bảng 2.3 Nhiệt độ khơng khí (°C) theo hƣớng nhiệt độ bầu ƣớt Tw = °C 25 theo mức nhiệt độ điểm sƣơng độ cao 25 Bảng 2.4 Ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho cao su 31 Bảng 2.5 Số ngày trung bình nhiều năm ngƣỡng nhiệt độ theo đai độ cao khác 34 Bảng 2.6 Tần suất xuất nhiệt độ tối thấp năm theo ngƣỡng nhiệt độ đai độ cao 35 Bảng 2.7 Suất bảo đảm ngày bắt đầu kết thúc ngƣỡng nhiệt độ theo đai độ cao 37 Bảng 2.8 Các đợt rét hại cao su theo đai độ cao 38 Bảng 2.9 Phân ngƣỡng mức độ khắc nghiệt nhiệt độ thấp cao su 39 Bảng 3.1 Hệ số thuật toán LST1 43 Bảng 3.2 Chênh lệch LST thực đo tính tốn 47 Bảng 3.3 Các đặc trƣng thống kê trung bình nhiều năm nhiệt độ tính tốn thực đo vùng nghiên cứu (tháng 1, 2, 3) 53 Bảng 3.4 Các đặc trƣng thống kê trung bình nhiều năm giá trị nhiệt độ tính tốn thực đo vùng nghiên cứu (tháng 11,12) 54 Bảng 4.1 Diện tích đất tự nhiên có khả bị ảnh hƣởng nhiệt độ thấp có hại cho cao su đai cao dƣới 600m tỉnh Lai Châu 66 vi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận văn: Lai Châu tỉnh miền núi phía Bắc đƣợc đánh giá có nhiều lợi để phát triển cơng nghiệp dài ngày cao su, nhƣng điều kiện thời tiết cực đoan nơi thách thức không nhỏ sinh trƣởng phát triển loại Nhiệt độ thấp tƣợng nguy hại trồng, sinh trƣởng, phát triển, hình thành suất hiệu kinh tế dài ngày phụ thuộc nhiều vào tác động nhiệt độ thấp Tác hại nghiêm trọng đợt nhiệt độ thấp mơ hình trồng cơng nghiệp dài ngày, đặc biệt cao su vùng Tây Bắc nói chung Lai Châu nói riêng năm gần góp phần minh chứng vai trị ảnh hƣởng Cao su “khó tính” việc lựa chọn đất, điều kiện khí hậu để có suất chất lƣợng mủ tốt, phải đƣợc trồng nơi có độ dốc dƣới 30 độ, tầng đất canh tác dày 1m, độ cao không 700m so với mực nƣớc biển, điều kiện khí tƣợng khí hậu thuận lợi Nhiệt độ thấp vào mùa đông yếu tố khống chế quan trọng nhất, ảnh hƣởng đến sống vƣờn trồng kiến thiết bản, ảnh hƣởng bất lợi đến sinh trƣởng sản lƣợng Vào mùa đơng có nơi đến 70-80% diện tích cao su bị hại lạnh Nhìn vào yếu tố thấy việc tìm đất cho cao su Lai Châu không đơn giản Với mục tiêu chuyển đổi cấu trồng, thực cơng nghiệp hố nơng nghiệp - nơng thơn miền núi, cao su di nhập lên vùng Tây Bắc hy vọng ngƣời dân nhƣ lãnh đạo cấp Thời gian đầu, phát triển tƣơng đối tốt ổn định, nhƣng sau gặp phải khắc nghiệt thời tiết Tây Bắc Nhiệt độ thấp làm cho phận diện tích cao su bị chết Sau nhiều năm liền trắng, từ háo hức ban đầu, ngƣời dân chán nản bỏ mặc cao su Nhận thấy thiệt hại to lớn sản xuất cao su chủ yếu điều kiện thời tiết – khí hậu mà đặc biệt nhiệt độ thấp gây ra, số tỉnh vùng Tây Bắc quan tâm đầu tƣ nghiên cứu, điều tra khảo sát tình hình nhiệt độ thấp nhằm có biện LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com pháp phịng tránh quy hoạch thích hợp Những nghiên cứu góp phần khơng nhỏ việc phục vụ sản xuất phát triển trồng nói chung cơng nghiệp nói riêng có cao su Song trƣớc nghiên cứu đƣợc tiến hành điều kiện số liệu kỹ thuật tính tốn cịn nhiều hạn chế, việc nghiên cứu đánh giá chủ yếu tập trung khai thác số liệu trạm, trại quan nghiên cứu ngành nơng nghiệp, trạm khí tƣợng thủy văn (KTTV), khí tƣợng nơng nghiệp (KTNN), mà chƣa có nghiên cứu có điều kiện đƣợc thu nhận liễu tính tốn từ cơng nghệ mơ hình tiên tiến nhƣ: hệ thống thông tin địa lý (GIS), viễn thám (RS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) kết thu đƣợc cịn hạn chế Ngày kỹ thuật viễn thám chụp đƣợc bề mặt trái đất với độ phân giải cao không gian, thời gian phổ Với ƣu viễn thám xác định đƣợc kịp thời chi tiết diễn biến điểm cụ thể bề mặt trái đất Trong nhiều trƣờng hợp số liệu viễn thám loại thông tin đƣợc dùng để phân tích, bổ sung, cung cấp mảng số liệu thiếu hụt, vùng khó tiếp cận Viễn thám (RS) kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) hệ thống định vị toàn cầu (GPS) xây dựng đƣợc đồ trạng với độ xác cao với nhiều thơng tin hữu ích khác mà đồ thơng thƣờng khơng thể có Vì vậy, việc sử dụng thơng tin viễn thám công nghệ GIS, GPS kết hợp với quan trắc thu đƣợc từ bề mặt đáp ứng cách khách quan thông tin cần thiết nhƣ thời gian, phạm vi, mức độ vị trí yếu tố khí tƣợng thủy văn (KTTV), khí tƣợng nơng nghiệp (KTNN) đáp ứng kịp thời đa dạng số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu đánh giá dự báo KTTV, KTNN mà đặc biệt phục vụ cho công tác giám sát cảnh báo tác hại thiên tai có nhiệt độ thấp để có biện pháp quy hoạch, phòng tránh kịp thời Trƣớc ƣu rõ rệt viễn thám, công nghệ GIS nhu cầu cấp bách việc quy hoạch phát triển cao su bền vững, phòng tránh tác hại tƣợng thời tiết cực đoan đặc biệt nhiệt độ thấp có hại gây ra, việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng đồ phân bố nhiệt độ thấp phục vụ quy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bản đồ ngày bắt đầu kết thúc nhiệt độ thấp có hại cho cao su Suất bảo đảm ngày bắt đầu, kết thúc nhiệt độ thấp tổng giá trị xác suất (%) ngày bắt đầu, kết thúc nhiệt độ thấp lớn (đối với ngày bắt đầu), nhỏ (đối với ngày kết thúc) ngày định Qua suất bảo đảm biết khả dao động ngày xuất nhiệt độ thấp tƣơng ứng với suất bảo đảm sớm muộn ngày so với trung bình nhiều năm (so với chuẩn) Bản đồ ngày bắt đầu, ngày kết thúc nhiệt độ thấp ứng với suất bảo đảm thể khả xuất ngày bắt đầu ngày kết thúc nhiệt độ thấp khu vực cụ thể đồ Ví dụ khu vực Sìn Hồ ngày bắt đầu nhiệt độ thấp với suất bảo đảm 80% ngày tháng 1, có nghĩa khu vực Sìn Hồ 10 năm có đến năm nhiệt độ thấp xảy trƣớc ngày tháng 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 4.3 Bản đồ ngày bắt đầu kết thúc nhiệt độ thấp có hại cho cao su tỉnh Lai Châu 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bản đồ phân bố mức độ ảnh hƣởng nhiệt độ thấp cao su: Dựa liệu nhiệt độ khơng khí tối thấp từ trạm quan trắc kết hợp ảnh vệ tinh MODIS, NOAA, ứng dụng công nghệ viễn thám công nghệ GIS để thành lập đồ phân bố nhiệt độ thấp theo mức ảnh hƣởng đến sinh trƣởng, phát triển cao su Bản đồ thể khả xuất số đợt có ngày liên tục nhiệt độ tối thấp