Đang tải... (xem toàn văn)
Hạn hán được dự báo sẽ sẽ nghiêm trọng hơn và thường xuyên hơn trong tương lai ở nhiều nơi trên thế giới theo các kịch bản khí hậu cũng như mô hình khí hậu toàn cầu. Các nước đang phát triển như Việt Nam cần nhiều công cụ hỗ trợ để nhanh chóng xác định điểm nóng hạn hán và giúp đưa ra quyết định tốt hơn, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu biến đổi bất thường như hiện nay.
KHOA HỌC CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT HẠN NƠNG NGHIỆP BẰNG DỮ LIỆU VỆ TINH, THÍ ĐIỂM TẠI TỈNH NINH THUẬN, VIỆT NAM Nguyễn Đức Minh, Hà Hải Dương, Nguyễn Minh Tiến Viện Nước, Tưới tiêu Mơi trường Tóm tắt: Hạn hán dự báo sẽ nghiêm trọng thường xuyên tương lai nhiều nơi giới theo kịch khí hậu mơ hình khí hậu tồn cầu Các nước phát triển Việt Nam cần nhiều cơng cụ hỗ trợ để nhanh chóng xác định điểm nóng hạn hán giúp đưa định tốt hơn, đặc biệt điều kiện khí hậu biến đổi bất thường Hệ thống Chỉ số căng thẳng nông nghiệp dựa ảnh vệ tinh AVHRR (ASIS) FAO phát triển hiệu chỉnh riêng cho Ninh Thuận để tính tốn phân bố hạn hán theo không gian thời gian lịch sử 30 năm liên tục từ 1985 đến 2015 Phiên ASIS độc lập cho Ninh Thuận hiệu chỉnh cách sử dụng (1) giới hạn vùng nông nghiệp lúa, mùa lâu năm để đảm bảo có pixel trồng tính tốn, (2) giới hạn lịch thời vụ qua tính toán thực thời gian mùa vụ (3) hệ số trồng (Kc) tích hợp vào số hạn VHI qua nhấn mạnh nhạy cảm giai đoạn phát triển thiếu nước Kết cho thấy năm hạn hán khắc nghiệt xảy Ninh Thuận năm 1986, 1992, 1998, 2002, 2005 2015 tương quan mạnh với kiện El Nino Hệ thống ASIS phát triển độc lập cho tỉnh Ninh Thuận cho kết giám sát hạn hán có độ xác cao phù hợp với kiện hạn xảy lịch sử Ninh Thuận Hệ thống giúp hỗ trợ định việc vận hành tối ưu hệ thống tưới tiêu Ninh Thuận khắc phục cố hạn hán gây Qua làm tiền đề để xây dựng cho hệ thống giám sát cảnh báo sớm hạn hán cho tồn Việt Nam Từ khóa: Hạn Hán, Hạn Nông Nghiệp, Viễn Thám, Ninh Thuận, ASIS, VHI, FAO Summary: As drought is expected to be more severe and more frequent in the future in many parts of the world according to various Global Circulation Models, decision makers in developing countries need more cost-effective supporting tools to quickly identify drought hotspot and to help giving better decisions, especially under unprecedented changing climate patterns The FAO’s AVHRR based Agricultural Stress Index System (ASIS) developed by FAO to quickly identify agricultural drought hotspot in the context of monitoring global food supply and demands was calibrated specifically for Ninh Thuan province The processing of remote sensing data was constrained by three specific agricultural conditions: (1) crop mask, to make sure only crop pixels were computed, (2) crop schedule, so the analysis is performed only during crop seasons, and (3) crop coefficient (Kc) to emphasize the sensitivity of each phenological stage to drought Results showed that the most recorded severe drought years happened in Ninh Thuan are 1986, 1992, 1998, 2002, 2005 and 2015 which correlated strongly with El Nino events Summer crop (from May to Aug) is the most “vulnerable to drought” season among the others, Spring crop (Jan to Apr) and Rainy crop (Sep to Nov) This system can help support to optimize the irrigation system in Ninh Thuan as well as mitigate of drought effect Keywords: Drought, Agricultural, Remote Sensing, ASIS, FAO, VHI MỞ ĐẦU* Theo số liệu thống kê vòng 56 năm trở lại đây, 1960-2016, số năm xảy hạn hán 40 năm, chiếm khoảng 71,4%, với cường độ khác Ngày nhận bài: 28/8/2018 Ngày thông qua phản biện: 24/9/2018 vào thời điểm khác nhau, bao gồm hạn vụ Đông Xuân 17 năm , hạn vụ HèThu 12 năm hạn vụ Thu- Đông 11 năm Hơn nữa, tần suất xuất hạn hán tăng lên Ngày duyệt đăng: 12/11/2018 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CÔNG NGHỆ 15 năm trở lại Những thiệt hại gây hạn hán chưa đánh giá đầy đủ bản, đánh giá tập trung vào thiệt hại kinh tế lĩnh vực bị ảnh hưởng chính, đặc biệt lĩnh vực nơng nghiệp Ước tính thiệt hại hạn hán năm gần lĩnh vực sản xuất nông nghiệp Việt Nam mức báo động Theo thống kê, tổng thiệt hại gây hạn hán năm 1998 ước tính khoảng 5.000 tỷ đồng, 3,1 triệu người thiếu nước sinh hoạt gia tang vụ cháy rừng nhiều khu vực Tương tự, thiệt hại gây hạn hán năm 1999 2005 1.330 1.700 tỷ đồng Do ảnh hưởng tượng El Nino, từ cuối năm 2014 đến nay, số địa phương khu vực Nam Trung Bộ, Tây nguyên Nam Bộ bị hạn hán nghiêm trọng Nguyên nhân chủ yếu lượng mưa thấp trung bình nhiều năm thời kỳ, số khu vực khơng có mưa; dịng chảy sơng suối thiếu hụt so với trung bình nhiều năm từ 30-70%; lượng nước trữ nhiều hồ chứa thủy lợi đến dung tích chết, hồ có dung tích nhỏ cạn nước; độ mặn 4‰ xâm nhập sông khoảng 40-90km Vùng Nam Trung Bộ khu vực thường xuyên bị ảnh hưởng nặng hạn hán (bắt đầu từ vụ Hè Thu năm 2014) Do lượng nước hồ chứa bị thiếu hụt, , có tổng cộng gần 23.000ha đất lúa vụ Đông Xuân 2015-2016 phải dừng sản xuất thiếu nước (Khánh Hòa 1.800ha, Ninh Thuận 5.770ha, Bình Thuận 15.400ha), thời gian tới có khoảng 3.000 lúa lâu năm tỉnh Bình Thuận bị thiếu nước Ước tính 40.000 đất lúa phải dừng sản xuất hạn hán 2014-2015 tỉnh Khánh Hịa, Ninh Thuận, Bình Thuận Khánh Hịa 10.000ha, Ninh Thuận 10.000ha, Bình Thuận 20.000ha Nhiều sách biện pháp Chính Phủ nâng cao khả ứng phó với hạn hán Việt Nam góp phần đáng kể vào việc xây dựng kế hoạch ứng phó dài hạn với hạn hán Tuy nhiên, số vấn đề cần giải để giảm thiểu tác động hạn hán cách chủ động Các vấn đề tồn sau: Quản lý hạn hán quản lý theo cách tiếp cận “phản ứng”, chủ yếu tập trung vào việc “quản lý khủng hoảng hay ứng phó khẩn cấp” theo cách tiếp cận chủ động, quản lý "rủi ro" Hệ thống dự báo cảnh báo mức vĩ mô, chưa gắn chặt với điều hành sản xuất thực triển khai biện pháp phòng chống Nông nghiệp lĩnh vực dễ bị tổn thương hạn hán, nhiên lực quản lý hạn hán cấp yếu Các văn pháp lý liên quan đến quản lý rủi ro thiên tai thiếu chế tài cụ thể, thiếu văn hướng dẫn để triển khai thực Thiết lập thể chế phối hợp quan phủ liên quan tới hạn hán yếu thiếu chế thực thi tham gia quản lý hạn Việc lồng ghép quản lý rủi ro thiên tai công tác lập kế hoạch đầu tư cịn hạn chế làm giảm đóng góp kế hoạch phát triển kinh tế xã hội đến xây dựng khả thích ứng dài hạn với thiên tai Chưa có kế hoạch phịng chống hạn hán chủ động lồng ghép biện pháp thích ứng dài hạn, hành động giảm thiểu trung hạn biện pháp ứng phó phục hồi có hệ thống, điều làm suy yếu khả ứng phó với hạn hán tương lai Đã có nhiều biện pháp ứng phó với hạn hán thực cấp quốc gia địa phương nhiên việc thiếu công cụ giám sát hạn hán thích hợp chế cảnh báo sớm hạn chế lực dự báo hạn ngắn hạn dài dẫn đến Chính phủ phân bổ hiệu nguồn lực vật chất người đến nơi cần thiết TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC Nghiên cứu trình bày phần kết việc thực dự án “Tăng cường hệ thống thơng tin khí hậu nơng nghiệp nhằm phát triển hệ thống cảnh báo sớm giám sát hạn nông nghiệp Việt Nam (NEWS), thí điểm tỉnh Ninh Thuận” Trình bày kết việc sử dụng hệ thống Chỉ số căng thẳng nông nghiệp (ASIS) phát triển FAO sử dụng ảnh vệ tinh AVHRR độ phân giải 1km để giúp theo dõi hạn hán nơng nghiệp xác thơng qua số sức khỏe trồng VHI ASIS giúp hỗ trợ trình định FAO nước sử dụng phiên địa phương Từ hệ thống toàn cầu, ASIS hiệu chỉnh riêng cho tỉnh Ninh Thuận cách lồng ghép thông số đặc trưng nông nghiệp Ninh Thuận phân bố vùng nông nghiệp (khu vực trồng lúa, trồng màu, lâu năm), lịch thời vụ Ninh Thuận hệ số trồng Kc riêng PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Khu Vực Nghiên Cứu Ninh Thuận tỉnh nằm khu vực Nam Trung Bộ (Hình 1) thường xuyên bị ảnh hưởng hạn hán Theo thống kê từ 2009-2015, khoảng 2,000-6,000 đất canh tác bị ảnh hưởng hạn hán, đặc biệt, năm 2016 10.000 Tỉnh sở hữu hệ thống tưới đặc trưng khu vực Nam Trung Bộ, với 21 hồ chứa nước cung cấp tưới tiêu cho nông nghiệp, canh tác mùa vụ năm 100% diện tích canh tác vụ xuân đảm bảo nước tưới; vụ Hè - Thu vụ Mùa bổ sung từ nguồn nước mưa Do đó, tỉnh Ninh Thuận chọn khu vực thử nghiệm thí điểm để thực ASIS làm sở rộng ứng dụng khu vực khác nước CƠNG NGHỆ Hình 1: Phân bố khu vực nông nghiệp Ninh Thuận (Sở NN & PT NT Ninh Thuận 2015) 2.2 Các số hạn hán thực vật VCI, TCI VHI Chỉ số điều kiện thực vật (VCI) có nguồn gốc từ Chỉ số thực vật (NDVI), thước đo gián tiếp sức khỏe thực vật mối liên quan với hoạt động quang hợp VCI tính từ NDVI theo công thức sau: VCI ( NDVI i NDVI ) 100 ( NDVI max NDVI ) Trong NDVIi: Giá trị NDVI trung bình thời điểm (i) NDVImin: Giá trị NDVI nhỏ toàn chuỗi số liệu NDVImax: Giá trị NDVI lớn tồn chuỗi số liệu Thuật tốn tính Chỉ số điều kiện nhiệt độ (TCI) tương tự VCI, liên quan đến nhiệt độ LST ước tính dải hồng ngoại cảm biến AVHRR (kênh 4) Kogan (1995) đề xuất kết hợp số nhiệt độ để loại bỏ hiệu ứng méo mó mây đánh giá vệ tinh thảm thực vật, kênh hồng ngoại nhạy với TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỦY LỢI SỐ 50 - 2018 KHOA HỌC CƠNG NGHỆ hàm lượng nước khí so với kênh ánh sáng khả kiến Nhiệt độ cao chu kỳ trồng cho thấy điều kiện hạn hán, nhiệt độ thấp cho thấy điều kiện thuận lợi Cơng thức tốn học TCI là: TCI ( LSTmax LSTi ) 100 ( LSTmax LSTmin ) Trong LSTi : Giá trị LST trung bình thời điểm (i) TCImin: Giá trị LST nhỏ toàn chuỗi số liệu TCImax: Giá trị LST lớn toàn chuỗi số liệu Cuối số Sức khỏe trồng VHI tính theo cơng thức sau: VHI a *VCI b * TCI Trong VHI kết hợp VCI TCI cho giai đoạn 10 ngày Các tham số “a” “b” có trọng số khác tùy thuộc vào vụ mùa phân tích Trong điều kiện gần bình thường, thảm thực vật nhạy cảm với độ ẩm trình hình thành tán, nhạy cảm với nhiệt độ q trình hoa 2.3 Hệ thống ASIS tồn cầu ASIS (Agricultural Stress Index System) sử dụng Chỉ số sức khỏe thực vật (VHI) có nguồn gốc từ Chỉ số thực vật khác biệt bình thường hóa (NDVI), gián tiếp đo lường sức khỏe thực vật thơng qua mối quan hệ với q trình quang hợp VHI phát triển Dịch vụ thông tin liệu vệ tinh môi trường quốc gia Hoa Kỳ (NESDIS) áp dụng thành công nhiều điều kiện mơi trường khác tồn cầu, bao gồm châu Á, châu Phi, châu Âu châu Mỹ Bước ASIS tính tốn VHI trung bình trình trồng phát triển, VHI cho phép đánh giá cường độ thời gian khô hạn chu kỳ trồng mức điểm ảnh pixel ASIS dựa liệu điều kiện khí hậu cần thiết cho phát triển trồng (nhiệt độ độ che phủ thực vật sinh khối) từ cảm biến vệ tinh METOP-AVHRR độ phân giải km Bước thứ hai tính tốn tỷ lệ diện tích nơng nghiệp bị ảnh hưởng hạn hán Theo nghiên cứu trước đó, điểm ảnh với VHI