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 i 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 và 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 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DEM Mô 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 trên 2 vệ tinh TERRA và AQUA (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) NDVI Chỉ số thực vật chuẩn hóa NOAA Cơ quan quốc gia về Đại dƣơng và Khí quyển IDL Ngôn ngữ lập trình trong phần mềm ENVI IR Cận hồng ngoại KTNN Khí tƣợng nông 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 T min Nhiệt độ không khí tối thấp UTM Hệ tọa độ chuyển đổi tổng hợp của Mỹ VN-2000 Hệ quy chiếu quốc gia Việt Nam ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của luận văn 1 2. Mục tiêu nghiên cứu 3 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4. Phạm vi nghiên cứu 3 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4 6. Quan điểm và phƣơng pháp nghiên cứu 4 7. Bố cục luận văn 5 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM SINH THÁI CÂY CAO SU VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CAO SU Ở LAI CHÂU 7 1.1. Điều kiện tự nhiên tỉnh Lai Châu 7 1.1.1. Đặc điểm địa lý 7 1.1.2. Đặc điểm khí hậu 10 1.1.2.1. Diễn biến khí hậu các mùa 10 1.1.2.2. Diễn biến các yếu tố khí hậu 12 1.2. Đặc điểm sinh thái cây cao su 17 1.3. Tình hình phát triển cây cao su ở tỉnh Lai Châu 20 CHƢƠNG 2. 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 cây trồng 23 iii 2.1.1. Những nghiên cứu trên thế giới 23 2.1.2. Những nghiên cứu trong nƣớc 28 2.2. Đặc trƣng nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su 29 2.2.1. Ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su 29 2.2.2. Khả năng xuất hiện nhiệt độ thấp theo các ngƣỡng 31 2.2.3. Ngày bắt đầu và kết thúc các cấp nhiệt độ thấp theo các đai độ cao 35 2.3. Đánh giá mức độ khắc nghiệt của nhiệt độ thấp đối với cây cao su 38 CHƢƠNG 3. 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 dữ liệu nội suy 40 3.2. Tính toán nhiệt độ lớp phủ bề mặt từ ảnh MODIS và NOAA 41 3.2.1. Sơ đồ tính toán 41 3.2.2. Các thuật toán LST tại các điểm không mây 42 3.2.3. Phƣơng pháp tính toán LST tại các điểm có mây 44 3.2.4. Kết quả tính toán giá trị LST 45 3.2.5. So sánh kết quả LST với giá trị thực đo 46 3.3. Tính toán nhiệt độ không khí tối thấp từ giá trị LST 49 3.3.1. Phƣơng pháp tính toán 49 3.3.2. Kết quả tính toán nhiệt độ tối thấp 51 3.3.3. So sánh kết quả tính toán với thực đo 52 CHƢƠNG 4. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘ THẤP TỈNH LAI CHÂU 55 4.1. Cơ sở trắc địa 55 iv 4.2. Kích thƣớc và bố cục bản đồ 56 4.3. Quy trình thành lập bản đồ chuyên đề 57 4.4. Kết quả xây dựng tập bản đồ chuyên đề nhiệt độ thấp tỉnh Lai Châu 58 Các bản đồ về đặc trƣng nhiệt độ thấp ở Lai Châu 58 4.5. Đề xuất vùng an toàn nhiệt độ thấp phục vụ quy hoạch phát triển sản xuất cao su ở Lai Châu 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 v MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ hành chính tỉnh Lai Châu 7 Hình 2.1. Bản đồ phân vùng sức chịu đựng của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ thấp vùng Bắc Mỹ 26 Hình 2.2. Bản đồ phân vùng sức chịu đựng của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ thấp ở Australia 26 Hình 2.3. Hình ảnh minh họa tác hại của nhiệt độ thấp đối với cây cao su 30 Hình 3.1. Sơ đồ tính toán LST 42 Hình 3.2. Mối quan hệ giữa LST và độ cao địa hình khu vực Lai Châu 44 Hình 3.3. Bản đồ LST đêm 3 tháng 1 năm 2004 45 Hình 3.4. Nhiệt độ bề mặt lớp phủ LST theo ảnh MODIS và NOAA 45 (đêm 9/2/2010) 45 Hình 3.5. Đồ thị quan hệ giữa số liệu thực đo 46 và LST theo ảnh viễn thám 46 Hình 3.6. Mối quan hệ giữa Tmin và LST tỉnh Lai Châu 51 Hình 3.7. Bản đồ LST và Tmin trong một số đêm khu vực tỉnh Lai Châu 52 Hình 4.1. Sơ đồ khối thành lập bản đồ chuyên đề 58 Hình 4.2. Bản đồ phân bố thời gian xuất hiện nhiệt độ thấp dƣới 100C có hại cho cây cao su tỉnh Lai Châu 60 Hình 4.3. Bản đồ ngày bắt đầu và kết thúc nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su tỉnh Lai Châu 62 Hình 4.4. Bản đồ phân bố mức độ ảnh hƣởng của nhiệt độ thấp đối với cao su 64 vi MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Một số đặc trƣng khí hậu của tỉnh Lai Châu 17 Bảng 1.2. Phân kỳ đầu tƣ trồng mới 21 Bảng 2.1. Mức độ tổn thƣơng do giá lạnh của rau và hoa quả ở Mỹ 24 Bảng 2.2. Nhiệt độ lạnh tối đa đối với cây ăn quả và cây rau ở Mỹ 24 Bảng 2.3. Nhiệt độ không khí (°C) theo hƣớng nhiệt độ bầu ƣớt Tw = 0 °C 25 theo các mức nhiệt độ điểm sƣơng và độ cao. 25 Bảng 2.4. Ngƣỡng nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su 31 Bảng 2.5. Số ngày trung bình nhiều năm của các ngƣỡng nhiệt độ theo các đai độ cao khác nhau 34 Bảng 2.6. Tần suất xuất hiện nhiệt độ tối thấp năm theo các ngƣỡng nhiệt độ ở các đai độ cao 35 Bảng 2.7. Suất bảo đảm ngày bắt đầu và kết thúc của các ngƣỡng nhiệt độ theo các đai độ cao 37 Bảng 2.8. Các đợt rét hại đối với cây cao su theo các đai độ cao 38 Bảng 2.9. Phân ngƣỡng mức độ khắc nghiệt của nhiệt độ thấp đối với cây cao su 39 Bảng 3.1. Hệ số ai đối với thuật toán LST1 43 Bảng 3.2. Chênh lệch LST thực đo và tính toán 47 Bảng 3.3. Các đặc trƣng thống kê trung bình nhiều năm về nhiệt độ tính toán và thực đo trong 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 toán và thực đo trong vùng nghiên cứu (tháng 11,12) 54 Bảng 4.1. Diện tích đất tự nhiên có khả năng bị ảnh hƣởng của nhiệt độ thấp có hại cho cây cao su ở đai cao dƣới 600m tỉnh Lai Châu 66 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận văn: Lai Châu là một tỉnh miền núi phía Bắc đƣợc đánh giá là có nhiều lợi thế để phát triển cây công nghiệp dài ngày nhất là cây cao su, nhƣng điều kiện thời tiết cực đoan nơi đây là một thách thức không nhỏ đối với sự sinh trƣởng và phát triển của loại cây này. Nhiệt độ thấp là hiện tƣợng rất nguy hại đối với cây trồng, trong đó sự sinh trƣởng, phát triển, hình thành năng suất và hiệu quả kinh tế của các cây dài ngày phụ thuộc rất nhiều vào sự tác động của nhiệt độ thấp. Tác hại nghiêm trọng của các đợt nhiệt độ thấp đối với các mô hình trồng các cây công nghiệp dài ngày, đặc biệt là cao su ở vùng Tây Bắc nói chung và Lai Châu nói riêng trong những năm gần đây đã góp phần minh chứng vai trò và ảnh hƣởng của nó. Cao su khá “khó tính” trong việc lựa chọn đất, điều kiện khí hậu để có năng suất và chất lƣợng mủ tốt, cây phải đƣợc trồng ở những nơi có độ dốc dƣới 30 độ, tầng đất canh tác dày hơn 1m, độ cao không quá 700m so với mực nƣớc biển, điều kiện khí tƣợng khí hậu thuận lợi. Nhiệt độ thấp vào mùa đông là yếu tố khống chế quan trọng nhất, ảnh hƣởng đến sống còn của vƣờn cây trồng mới và kiến thiết cơ bản, ảnh hƣởng bất lợi đến sinh trƣởng và sản lƣợng. Vào mùa đông có nơi đến 70-80% diện tích cao su bị hại do lạnh. Nhìn vào những yếu tố này đã thấy việc tìm đất cho cao su ở Lai Châu không hề đơn giản. Với mục tiêu chuyển đổi cơ cấu cây trồng, thực hiện công nghiệp hoá nông nghiệp - nông thôn và miền núi, cao su di nhập lên vùng Tây Bắc trong sự hy vọng của ngƣời dân cũng nhƣ lãnh đạo các cấp. Thời gian đầu, cây phát triển tƣơng đối tốt và ổn định, nhƣng sau đó gặp phải sự khắc nghiệt của thời tiết Tây Bắc. Nhiệt độ thấp đã làm cho một bộ phận diện tích cây cao su bị chết. Sau nhiều năm liền mất trắng, từ sự háo hức ban đầu, ngƣời dân chán nản và bỏ mặc cao su. Nhận thấy sự thiệt hại to lớn đối với sản xuất cao su chủ yếu do điều kiện thời tiết – khí hậu mà đặc biệt là nhiệt độ thấp gây ra, một số tỉnh vùng Tây Bắc đã quan tâm đầu tƣ nghiên cứu, điều tra khảo sát tình hình nhiệt độ thấp nhằm có những biện 2 pháp phòng tránh và quy hoạch thích hợp. Những nghiên cứu đã góp phần không nhỏ trong việc phục vụ sản xuất và phát triển các cây trồng nói chung và cây công nghiệp nói riêng trong đó có cao su. Song trƣớc đây các nghiên cứu đƣợc tiến hành trong điều kiện số liệu và kỹ thuật tính toán còn nhiều hạn chế, việc nghiên cứu đánh giá chủ yếu chỉ tập trung khai thác số liệu của các trạm, trại và cơ quan nghiên cứu của ngành nông nghiệp, các trạm khí tƣợng thủy văn (KTTV), khí tƣợng nông nghiệp (KTNN), mà chƣa có nghiên cứu nào có điều kiện đƣợc thu nhận dữ liễu và tính toán từ các công nghệ và mô hình tiên tiến nhƣ: hệ thống thông tin địa lý (GIS), viễn thám (RS), hệ thống định vị toàn cầu (GPS) vì vậy kết quả thu đƣợc còn hạn chế. Ngày nay kỹ thuật viễn thám đã chụp đƣợc bề mặt trái đất với độ phân giải rất cao cả về không gian, thời gian và phổ. Với ƣu thế của mình viễn thám có thể xác định đƣợc kịp thời và chi tiết diễn biến từng điểm cụ thể của bề mặt trái đất. Trong nhiều trƣờng hợp số liệu viễn thám là loại thông tin duy nhất đƣợc dùng để phân tích, bổ sung, cung cấp mảng số liệu thiếu hụt, nhất là ở các vùng khó tiếp cận. Viễn thám (RS) kết hợp với hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ thống định vị toàn cầu (GPS) có thể xây dựng đƣợc những bản đồ hiện trạng với độ chính xác cao đi cùng với nhiều thông tin hữu ích khác mà bản đồ thông thƣờng không thể có. Vì vậy, việc sử dụng các thông tin viễn thám và công nghệ GIS, GPS kết hợp với các quan trắc thu đƣợc từ bề mặt sẽ đáp ứng một cách khách quan các thông tin cần thiết nhƣ thời gian, phạm vi, mức độ và vị trí của các yếu tố khí tƣợng thủy văn (KTTV), khí tƣợng nông nghiệp (KTNN) đáp ứng kịp thời và đa dạng các số liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu đánh giá và dự báo KTTV, KTNN mà đặc biệt là phục vụ cho công tác giám sát và cảnh báo tác hại của thiên tai trong đó có nhiệt độ thấp để có các biện pháp quy hoạch, phòng tránh kịp thời. Trƣớc những ƣu thế rõ rệt của viễn thám, công nghệ GIS và nhu cầu cấp bách trong việc quy hoạch phát triển cây cao su bền vững, phòng tránh những tác hại của hiện tƣợng thời tiết cực đoan đặc biệt là nhiệt độ thấp có hại gây ra, vì vậy việc lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ thấp phục vụ quy [...]... là nhiệt độ thấp phục vụ phát triển sản xuất nông nghiệp nói chung và phát triển cao su nói riêng ở Lai Châu, vì vậy đề tài có tính khoa học và tính thực tiễn cao 2 Mục tiêu nghiên cứu: - Đánh giá đƣợc nguy cơ và mức độ tác hại của nhiệt độ thấp đối với cây cao su ở Lai Châu - Xây dựng đƣợc các bản đồ chuyên đề về nhiệt độ thấp tác động đến cây cao su bằng công nghệ viễn thám và GIS 3 Nhiệm vụ nghiên. .. nghiên cứu: - Điều tra, khảo sát và thu thập dữ liệu có liên quan phục vụ công tác nghiên cứu - Nghiên cứu, đánh giá điều kiện hình thành và mức độ ảnh hƣởng của nhiệt độ thấp đến cây cao su - Xây dựng các bản đồ chuyên đề nhiệt độ thấp bằng công nghệ viễn thám và GIS tỉnh Lai Châu, tỷ lệ 1/50.000 - Đề xuất vùng an toàn nhiệt độ thấp phục vụ quy hoạch phát triển sản xuất cao su tỉnh Lai Châu 4 Phạm vi nghiên. .. trƣng nhiệt độ thấp có hại cho cao su ở tỉnh Lai Châu Chƣơng 3 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 Chƣơng 4 Xây dựng các bản đồ chuyên đề nhiệt độ thấp tỉnh Lai Châu Kết luận và kiến nghị 5 Tài liệu tham khảo 6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, ĐẶC ĐIỂM SINH THÁI CÂY CAO SU VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CAO SU Ở LAI. .. THẤP CÓ HẠI CHO CÂY CAO SU Ở TỈNH LAI CHÂU 2.1 Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ thấp có hại cho cây trồng 2.1.1 Những nghiên cứu trên thế giới Nhiệt độ thấp vào mùa đông là yếu tố khống chế quan trọng nhất, ảnh hƣởng đến sống còn của vƣờn cây trồng mới và kiến thiết cơ bản, ảnh hƣởng bất lợi đến sinh trƣởng và sản lƣợng Thiệt hại do lạnh ở cây cao su chƣa phân cành > cây đã phân cành > cây khai thác Tại... vi nghiên cứu: - Phạm vi không gian: Tỉnh Lai Châu - Phạm vi khoa học: Nghiên cứu về điều kiện nhiệt độ thấp đối với sức chịu đựng của cây cao su ở Lai Châu 3 5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học: Các bản đồ chuyên đề về nhiệt độ thấp đƣợc xây dựng trên nền tảng công nghệ viễn thám và GIS là một bƣớc tiến mới về ứng dụng kỹ thuật cao đối với công tác phát triển khoa học công nghệ ở trong... (NDVI) và nhiệt độ ban ngày, trong đó có nghiên cứu mối quan hệ giữa NDVI với nhiệt độ bề mặt đất để xác định mức độ khắc nghiệt của thời tiết đối với cây trồng, nhƣ: nắng nóng, rét hại, rét đậm, sƣơng giá, sƣơng muối - Ấn Độ đã sử dụng viễn thám trong đánh giá diện tích cây trồng; - Nhật Bản ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ cây trồng, bản đồ năng su t và dự báo năng su t cây trồng -.. .hoạch trồng cây cao su ở tỉnh Lai Châu bằng công nghệ viễn thám và GIS là hết sức cấp thiết Các nội dung nghiên cứu của đề tài đƣợc xây dựng trên hệ thống tổng hợp, mà nền tảng là công nghệ viễn thám và GIS cả phần cứng và phần mềm Đây là một sản phẩm khoa học công nghệ hiện đại, thể hiện rõ nét ứng dụng công nghệ tiên tiến kết hợp kiến thức chuyên môn đa ngành vào công tác quản lý,... gây trở ngại cho sự phát triển của rễ cao su và ảnh hƣởng bất lợi đến khả năng dự trữ nƣớc của đất Nhiệt độ: Cây cao su là cây trồng nhiệt đới điển hình nên sinh trƣởng bình thƣờng trong khoảng nhiệt độ 22-300C và khoảng nhiệt độ tối thích là 22-280C 18 (nhiệt độ 250C là nhiệt độ mà năng su t cây có thể đạt mức tối đa) Ở nhiệt độ này, môi trƣờng sẽ mát dịu vào buổi sáng sớm (1giờ – 5giờ), giúp cây sản... nƣớc đã xây dựng Hình 2.1 Bản đồ phân vùng sức chịu đựng của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ thấp vùng Bắc Mỹ Hình 2.2 Bản đồ phân vùng sức chịu đựng của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ thấp ở Australia Từ những kết quả ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám, các nhà khoa học trên thế giới đều có chung đánh giá nhƣ sau: sử dụng công nghệ GIS và viễn thám 26 đã mang lại những hiệu quả rất rõ rệt đối với nền... văn bằng các thông tin viễn thám đang được áp dụng rộng rãi trên thế giới - Công nghệ GIS trong việc chuyển đổi lƣới toạ độ, thành lập cơ sở dữ liệu, các bản đồ số hoá - Phương pháp chuyên gia, tư vấn 7 Bố cục luận văn Bố cục luận văn bao gồm: Mở đầu Chƣơng 1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên, đặc điểm sinh thái cây cao su và tình hình phát triển cao su ở Lai Châu Chƣơng 2 Nghiên cứu về nhiệt độ thấp và . 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 và hệ thông. là nhiệt độ thấp có hại gây ra, vì vậy việc lựa chọn đề tài: Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ thấp phục vụ quy 3 hoạch trồng cây cao su ở tỉnh Lai Châu bằng công nghệ viễn thám. 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