ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
NGUYEN DUONG LAM TOI
UNG DUNG VIEN THAM DANH GIA DIEU KIEN NHIET ANH HUONG SU DUNG DAT TRONG CAY LAU NAM TINH BINH PHUOC
Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
Mã số: 60.85.01.01
LUẬN VĂN THẠC SỸ
TP.Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2018
Trang 2
Cơng trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa — ĐHQG — HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẤN THỊ VÂN
Cán bộ chấm nhận xét 1: PHẠM THỊ MAI THY
Cán bộ chấm nhận xét 2: LÊ VĂN TRƯNG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 31 tháng Ø7 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1 Chủ tịch PGS.TS NGUYÊN PHƯỚC DÂN 2 Ủy viên TS LÊ MINH VĨNH
3 Phản biện TS PHẠM THỊ MAI THY 4 Phản biện PGS.TS LỄ VĂN TRƯNG 5 Thư ký TS LÂM VĂN GIANG
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sữa chữa (nều cô)
CHU TICH HOI DONG TRUONG KHOA MOI TRUONG
VA TAI NGUYEN
Trang 3ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên : NGUYEN DUONG LAMTOI ˆ MSHV: 1570921
Ngày, tháng, năm sinh : 18/09/1992 Nơi sinh: Ninh Bình Chuyên ngành : Quản lý tài nguyên và môi trường
Mã ngành : 60 850101
I TEN DE TAI: UNG DUNG VIEN THAM DANH GIA DIEU KIEN NHIET ANH HUGNG SU DUNG DAT TRONG CAY LAU NAM TINH BINH PHUGC
Nhiệm vụ và nội dung:
1 Nhiệm vụ: Thành lập bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt và phân vùng mức độ khô
hạn từ xử lý ảnh viễn thám, xem xét ảnh hưởng đến đất trồng cây lâu năm, từ đó
đề xuất các biện pháp giảm nhẹ tác động, trước nguy cơ biến đổi khí hậu 2 Nói dung:
- _ Tổng quan tài liệu, tình hình nghiên cứu về ứng dụng viễn thám trong giám sát hạn hán và đánh giá ảnh hưởng đến cây trồng,
- _ Xác định, phân tích nhiệt độ bề mặt trích xuất từ ảnh viễn thám,
- _ Lập bản đồ phân vùng mức độ khô hạn cho khu vực nghiên cứu, - _ Đánh giá ảnh hưởng của khô hạn đến đất trồng cây lâu năm,
- _ Để xuất giảm thiểu tác động hạn hán gây ra đối với cây lâu năm trong phạm vi nghiên cứu
I NGÀY GIAO NHIEM VU:
Ill NGAY HOAN THANH NHIEM VU:
IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Trần Thị Vân
Tp.HCM, ngày 3] tháng 07 năm 2018
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
PGS.TS Trần Thị Vân PGS.TS Lê Văn Khoa
Trang 4LỜI CÁM ƠN
Đề hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn, em luôn nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô trong Khoa Môi Trường và Tài
Nguyên của trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, Đại học Quốc gia TP.HCM
Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Trần Thị Vân-Cô đã
luôn dành thời gian để hướng dẫn và giúp đỡ tận tình cho em trong suốt quá trình
học tập và hoàn thành luận văn này
Do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót, do vậy em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp từ thầy cô và những độc ø1ả quan tâm
Trang 5TÓM TẮT LUẬN VĂN
Hạn hán là một trong những thiên tai gây trở ngại lớn đến sự phát triển kinh
tế-xã hội và đời sống của người dân, đặc biệt là những nơi nông nghiệp vẫn cịn nguồn thu nhập chính của người dân Mặc dù vẫn đề này diễn ra ngày càng mạnh
mẽ và kết hợp với hiện tượng El Nino lam cho khô hạn càng trở lên nghiêm trọng hơn vào mùa khô Vẫn đề khô hạn không phải là mới nhưng các biện pháp quản lý, giảm nhẹ, ngăn ngừa còn nhiều hạn chế Luận văn trình bày kết quả nghiên cứu ứng
dụng ảnh vệ tinh quang học khảo sát nhiệt độ bề mặt (LST) va danh gia chi số khô
hạn theo tình trạng nhiệt độ - thực vật (TVDD cho khu vực phía Nam tỉnh Bình
Phước trong giai đoạn mùa khô 2015 đối với đất trồng cây lâu năm Kết quả nghiên
cứu cho thấy, trong mùa khơ 2015 tồn bộ khu vực Nam Bình Phước có nhiệt độ bề
mặt trung bình là 34,9°C, có những nơi nhiệt độ bề mặt cực đại lên đến 49°C Trong đó, Đồng Xồi có mức nhiệt độ bề mặt trung bình là 37°C, là nơi có nền nhiệt cao
nhất với vùng có dải nhiệt độ bề mặt trên 40°C chiếm gần 1⁄4 diện tích của thị xã,
trong đó phần diện tích cây lâu năm chịu nhiệt độ bề mặt cao chiếm khoảng 13% so
VỚI tổng diện tích cây lâu năm của thị xã Về mức độ khô hạn, tồn khu vực Nam
Bình Phước có vùng bị khơ hạn chiếm 54,9% diện tích tổng , trong đó phần lớn là ở mức độ khô hạn nhẹ là 38,3%, hạn nặng và nghiêm trọng là 16,7% Trên đất trồng
cây lâu năm, diện tích khu vực hạn chiếm 33,76% diện tích tổng, trong đó thị xã
Đồng Xồi có tỷ lệ vùng bị hạn cao nhất so với các huyện (TVDIb0,6 là 28,6%)
Kết quả nghiên cứu chỉ là một thời điểm ảnh, tuy nhiên đây cũng là một phương
pháp nghiên cứu có thê được xem xét để đánh giá điều kiện nhiệt ảnh hưởng thế nào
đến cây trồng Đồng thời cũng là một hỗ trợ tốt cho vẫn đề quản lý, bảo vệ cây trồng, nhằm đảm bảo sinh kế người dân trong xu thế biến đổi khí hậu tồn cầu ảnh
Trang 6ABSTRACT
Drought is one of disasters causing the problems to the economy and social,
life of people, especially where agriculture is the main source of income Although
this takes place more intensely but when its combined with El Nifio phenomenon, drought becomes more serious in the dry season The problem of drought is not new, but management, mitigation and prevention methods are still limited The thesis presents the results of studying the application of optical satellite images to investigate of Land Surface Temperature (LST) and Temperature Vegetation
Dryness Index (TVDI) for the southern part of Binh Phuoc province in the period
dry season 2015 for perennial land The results show that period the dry season 2015, the whole area of Nam Binh Phuoc has a high temperature, the average land temperature is up to 34,9°C, while the maximum temperature is up to 49°C Dong Xoai town has the average temperature of 37°C, where the highest temperature with above 40°C accounting for nearly a quarter of the town area, with the area of
perennial land area suffering from high temperatures about 13% of the total area of perennial land in the town On drought level, the whole area of Nam Binh Phuoc
has drought area accounting for 54.9% of the total area, of which the majority is
mild drought level 38.3%, high and serious level is 16.7% About the area of
perennial land has drought area accounted for 33.76% of the total area, of which Dong Xoai town has the highest percentage of drought affected areas compare to other districts (TVDI> 0.6 is 28.6%) Results are just a short space of time, but this is also a method of studying that can be considered to assess how heat conditions affect plants Results of the research can be used support for the management and protection of crops in order to ensure that people's livelihoods in the global climate
change trend seriously affect the localities today
Trang 7LỜI CAM ĐOAN
va Ld ev
Tôi xin cam đoan đề tài Luận văn Thạc sĩ về “Ứng dụng viễn thám đánh giá điều
kiện nhiệt ảnh hưởng sử dụng đất trồng cây lâu năm tỉnh Bình Phước” là kết quả
của quá trình học tập và nghiên cứu của bản thân Các số liệu được sử dụng trong
luận văn này được thu thập từ thực tế, có nguồn gốc rõ ràng, đáng tin cậy, được trích xuất rõ ràng trong phần tham khảo Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm
Tp Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 07 năm 2018
Học viên
Trang 8(90) v000/9À2 0077 — .ÔỎ i 0989.96.9790 < iii 1/66 000555 - ,,ÔỎ iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT 'T Á TT 5- 5- se se so esssEseseSsessess se =sesses vi /.9J:0/19/0:7.0(65:101000Đ5 vii DANH MUC HINH ANH uuu ccsscssssssssssssessesssssosecssssosscsossosscesssvsnsssesesesssessosseseosoess viii \//0E27.1003235 1 1 Sự cần thiẾt - th HT TH TT TT TH TH TT ngán Thư cư rkg 1
2 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu ¿2-2-2 s3 se cxeEsExerrkerserrred 2 3 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu - - - G1222 ni nsseryrerke 2
3.1 Mục tiêu nghiÊn CỨU - - 55 32 9g ng He 2 3.2 Nội dung nghiên CỨU c1 1 ST ng HH nhe, 2 4 Ý nghĩa của đề tài - th TT TT TT TT TT như 3 4.1 Ý nghĩa khoa hỌC . - s1 nề x33 SE TY TY TH Hàng kg 3 4.2 Ý nghĩa thực tiễn - - - 1 nề T3 SH TH TH TT T3 TT Hà Tưng 3
5 Cấu trúc của luận Văn - ¿ 55 s2 k 3E E31 TT T Hy re v 3 Chương 1: TỎNG QUAN VÁN ĐÈ NGHIÊN CỨUU 5 s5 c5 <ecss s2 4
1.1 TÔNG QUAN VẺ HẠN HÁN - Sàn tt 192151151 E1EEESEEEkrrkrrkd 4 1.1.1 Khái niệm về hạn - - t3 v1 E7 T3 TH Hà Thy) 4
1.1.2 Phân loại hạn hán - L1 1E 0v vọng ket 5 1.1.3 Tác động của hạn hán ch ng ng ng ng 7
1.2 TÔNG QUAN VẺ CÁC NGHIÊN CỨU 5-5-5555 sczezsrrsrreee 9
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nƯỚC + + + x13 vvesserrsersresree 9
1.2.2 Tình hình nghiên cứu thế giới + 25 2 x‡EExeErEeEkrkerkrrrrkri 10 1.3 TÓNG QUAN VẺ KHU VỰC NGHIÊN CỨU reece 14
1.3.1 Điều kiện tự nhiên ¿- - 5+6 3k Ek ST HEY TH HE gkn ty reg 14
1.3.2 Điều kiện kinh tế-xã hội - ¿5 thà h3 HE tr reg 16 Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 2-5655 + veEvvrrrxered 19
2.1.1 Khái nIỆm - - - + cc c ch Ko ph tt 19
2.1.2 Cơ sở ứng dụng ảnh viễn thám ¿+2 S222 S*SEEEErrrsskrrrsrrred 21
Trang 92.2.3 Chỉ số khô han TVDI cccccccccsescscsseccscscsscscscessscsesccsesessvscsseavsesesanstseavens 26
2.3 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN G2 s25 3E EEEkeevsxrvrkerke 30 (1) Phương pháp thu thập tài liệu 2 ¿+ SE S2 xé EkEEErkeErrrrkrkrrkee 30
(2) Phương pháp thống kê ¿+ 52 S133 EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEkEkrkrsrred 31
(3) Phuong phap Vién thm w.cccccccsscscssscscscsescsssesssesssssecssesseesssessvssesssessees 31
;Š 9))080i300306))00) c2 ằằ 31
2.5 QUY TRÌNH THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 5: 5 2:2 35 Chương 3: KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN - 5 scssoscscesesscss=sessee 37 3.1 TIỀN XỬ LÝ ẢNH . - 5s EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErrkrrrtrkrrksred 37
3.1.1 Hiệu chỉnh ĐỨC Xạ QC Q01 H9 Y nu rrrp 37
3.1.2 Ghép kênh và cắt ảnh - ¿+ 2s tk x32 EEEEEEEEEEEEkrkrtkrkrrkee 37 3.1.3 Nắn chỉnh hình hỌc . ¿2 2k 2 E3EEEkEExEEEEEEEEEEEEkEEkrkrtkrkrrkee 38 3.1.4 Dữ liệu bản đồ lớp đất trồng CLN .- - - 5+ 3x2 £xrxessversrkesee 39 3.2 DANH GIA NHIET DO BE MAT TU DU LIEU VE TINB 40 3.2.2 Xac dinh chi s6 thurc vat NDVI cccessccscessssssessssssssesvssesescssssessssssvesy 40 3.2.3 Xac dinh chi s6 phat xa bé Mt sess ssssessssstssssssesssvessseansvessevens 41
3.2.4 Tính nhiệt độ bề mặt (L,S7T) - ¿5+ + 2633 SEE£kEESEEEEEEEEEEkerkrkrsrred 42
3.2.5 Đánh giá sai số trích xuất nhiỆt + 6 2s EkEkEExEkrkerkrkrsered 44 3.2.6 Phân tích phân bố nhiệt độ bề mặt - -¿- ¿56 2z xe crxrseced 44 3.2.7 Xác định nhiệt độ bề mặt trên vùng đất trồng CLN mùa khô 2015.51 3.3 BANH GIA VUNG NGUY CO KHO HAN THEO CHi SO TVDI 58 3.3.1 Xác định chỉ số khô hạn TVDI 2-52 +2EE+k#ESEEEEEErkrkererersered 58
3.2.3 Xác định mức độ khơ hạn trên diện tích đất trồng CLN phía NBP 68
3.4 GIAM NHE TAC ĐỘNG ĐẾN TỪ HẠN 5s +sersrrvrrsrsrsees 76
3.4.1 Nhận dạng xu hướng hạn hán .- - SE ng ven 76
3.4.2 Đề xuất giải pháp chung để giảm nhẹ tác động từ hạn hán 77 3.4.3 Xây dựng chiến lược phòng chong han hat esesesessesestesseeees 78
3.4.4 Giải pháp thực hiện tổng thể - 56 St 2E EvSEEEEErkrssrererkrsee 79
3.4.5 Giải pháp giảm nhẹ của từng địa phương - - cccccssss*ssss+2 81
KÉẾT LUẬN VÀ KIN NGHỊ, 5-2 escssSssesseeseeseessesstnserserssee 84
6< 84
1< 1; ï 0n 85
Trang 10BDKH CLN GIS LST NBP NVDI RS SXNN TVDI
DANH MUC CAC TU VIET TAT : Biên đôi khí hậu
: Cây trơng lâu năm
: Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý
: Land Surface Temperature
Nhiệt độ bề mặt
: Phía Nam tỉnh Bình Phước
: Normalized Difference Vegetation Index
Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa
: Remote Sensing
Viễn thám
: Sản xuất nông nghiệp
Trang 11DANH MUC BANG BIEU
Bang 2.1: Phan cap mire d6 khé han d6i voi chi s6 TVDI wees ese 30
Bảng 2.2: Đặc trưng bộ cảm của ảnh vệ tình Landsat 8 55 5 s3 ss>+ 33
Bảng 3.1 Nhiệt độ bề mặt khu vực NBP mùa khô 2015 theo ngày ảnh vệ tinh (°C)48
Bảng 3.2a: Phân bố nhiệt độ bề mặt tháng 01/2015 theo huyện . 48
Bảng 3.2b: Phân bố nhiệt độ bề mặt tháng 04/2015 theo huyện 48
Bảng 3.3a: Phân bố nhiệt độ bề mặt trên đất trồng CLN tháng 1/2015 52
Bảng 3.3b: Phân bố nhiệt độ bề mặt trên đất trồng CLN tháng 4/2015 52
Bảng 3.4 Diện tích loại hình CLN theo huyện/thị xã, (Đơn vị, ha) - 55
Bảng 3.5a: Phân loại mức độ khơ hạn trên tồn khu vực NBP tháng 1/2015 (km”) 64 Bảng 3.5b: Phân loại mức độ khô hạn trên toàn khu vực NBP tháng 4/2015 (km?) 64 Bảng 3.6a: Phân vùng mức độ khô hạn trên đất trồng CLN tháng 1/2015 (km?`) 69
Trang 12DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Mỗi quan hệ tác động hạn khí tượng, nơng nghiệp, và thuỷ văn 6 Hình 1.2: Tổng quan các tác động đến kinh tẾ của hạn 5c c+ssscssceesree 8 Hình 1.3: Xây dựng TVDI trên nguyên tắc tam giác khéng gian [T, NDVI] 11 Hình 1.4: Vi tri dia ly phia Nam tinh Binh PHƯỚC nh ng ăn 15 Hình 1.5 Biểu đỗ cơ cấu diện tích đất tự nhiên phía Nam Bình Phước (Đơn vị, km’) T11 ST KT gà KH TT TT To KT Tà 0 K8 1 ĐT TT TH 5 085113 5110010010 35 17 Hình 1.6 Biểu đô cơ cấu đất nơng nghiệp phía Nam tinh Bình Phước (Đơn vị, km’) T11 ST SH SE S0 KT ĐT Tà E1 81150111 E1 18011 5 T08 0 1351 085110157517 8009730 18
Hình 2.1: Thu nhận dữ liệu ảnh viễn thắm co sccsrrrrrerrrerrrrrie 19
Hình 2.2: Đặc trưng phản xạ pho của một số đối tượng tự nhiên chính 21 Hình 2.3: Sơ đơ không gian của nhiệt độ bê mặt — chỉ số thực vật và mỗi quan hệ
với sự bay hơi (evaporaHon), sự thoát hơi nước cua cay (transpiration) va phan trăm lơp phủ thựC VẬT TH HH kg nh 27 Hình 2.4: Mối quan hệ vật lý giữa các chỉ số khi tính TVDI .ccccccsrsssereea 27
Hình 2.5: Chỉ số TVDI của một pixel anh [Ts /NDVI] duoc xac dinh nhu mot ty lé
gitta duong A = (Ts - Tsmin) va B = (Ts - TSX) cccccssesscsccesseesensssssececesesessnsssaaes 28
Hình 2.6: Đồ thị phân bố các kênh phô trên dải sóng điện từ của ảnh vệ tinh 33 Hình 2.7: Quy trình xây dựng bản đồ hạn hán đất trồng CLN .- -: 35
Hình 3.1 Kết quả cất theo khu vực nghiÊn CỨM - - s ctcsctEErerkireerrrsrersrrrkes 38 Hình 3.2 Kết quả ảnh năn theo hai lớp vector cơ sở giao thông hoặc thủy hệ 39 Hình 3.3 Kết quả xác định chỉ số NDVI khu vực NBP mùa khơ 20 15 41
Hình 3.4 Kết quả xác định độ phát xạ bê mặt khu vực NBP của các tháng 42
Hình 3.5: Quy trình tính tốn nhiệt độ bê mặt LST, -c- se svxvvrvrksvresvsesesree 43
Hình 3.6 Phân bố nhiệt độ bê mặt khu vục NBP tháng 01/2015 ‹- 46
Hình 3.7 Phân bố nhiệt độ bê mặt khu vực NBP tháng 04/2015 se: 46
Hình 3.8 Biểu do phân bố nhiệt độ bê mặt tháng 01/2015 tại khu vực NBP theo tỷ lệ DHA tr Ait tich 0 15 ố - 49
Hinh 3.9 Biéu dé phan bồ nhiệt độ bê mặt tháng 01/2015 tại khu vực NBP theo tỷ lệ
phán trăm điỆn ẨÍCH nh ng ng ng Tà pH nhà 49
Hình 3.10 Biểu đồ phân bố nhiệt độ bê mặt trên đất trắng CLN tháng 01/2015 theo
tỷ lệ phán trăm điỆP tÍCẰ cv tk KH KH ng ng kh 53
Hình 3.11 Biểu do phan bo nhiét dé bé mat trên đất trong CLN thang 01/2015 theo
ty LE phán trăm điỆn tÍCH HT TH TT kg gà ng ngà và 53 Hình 3.12 Phân bố nhiệt độ bê mặt trên đất trông CLN khu vực NBP mùa khô 2015:
(a) tháng 1/2015 (b) tháng 4/2] Š cv ng kh 54
Hình 3.13 Phân bố nhiệt độ bê mặt đất trồng CLN thị xã Đồng Xồi mùa khơ 2015
Trang 13Hình 3.14 Phân bố nhiệt độ bê mặt đất trồng CLN huyện Đông Phú mùa khô 2015
G1111 119 01 51H 9 TT 9g TT Tà TH Tà TH TH TT TT Tà TT HT ĐT KH T3 E08 5801 55 57
Hình 3.15 Phân bố nhiệt độ bê mặt đất trông CLN huyện Chơn Thành mùa khô
7/5 PP — ốa ằ ốố 58
Hinh 3.16 Két quả xác định đưởng cạnh Khô” TSIQX à cà issseee 59
Hình 3.17 Biểu đô phân vùng khô hạn tháng 01/2015 trên toàn khu vực NBP theo tỷ
2//,8⁄2.,,8⁄//2/8:s,80nn808 Ắ ỐốỐốỐỐ 66
Hình 3.18 Biểu đồ phân vùng khô hạn tháng 4/2015 trên toàn khu vực NBP theo tỷ
lệ phần trăm điện tÍCH TT ng TK 0 66 Hình 3.19 Ban do phan ving mic d6 khé han thang 1/2015 cho khu vuc NBP .67
Hình 3.20 Bản đô phân vùng mức độ khô hạn tháng 4/2015 cho khu vục NBP .67
Hình 3.21 Biểu đồ phân vùng hạn hán đất trồng CLN tháng 1/2015 tại khu vực NBP
theo tỷ lệ phán trăm điỆH tÍCH on TT ng ng ng hà 70 Hình 3.22 Biểu đồ phân vùng hạn hán đất trong CLN tháng 1/2015 tại khu vực NBP theo tỷ lệ phán trăm điỆn tÍCH nh ng kg ng ngà và 70 Hình 3.23 Bản đô phân vùng mức độ khô hạn đất trông CLN khu vực NBP mùa khô
(192/7 5PEEEERA .ỐốỐốố 71 Hình 3.24 Bản đơ phân vùng mức độ khô hạn trên đất trồng CLN thị xã Đơng Xồi T110 1g 1 1H S0 TT 8 g1 K0 550 01015 E011 5018 E015 101.1500555 503250110 37 75 Hình 3.25 Bản đồ phân vùng mức độ khô hạn trên đất trắng CLN huyện Đông Phú T111 ST KH TH TT TH TK HH K1 5H 9 E1 5 ĐT T9 T1 ĐT Tà HH3 E39 010858711 35 75
Trang 14MỞ ĐẦU
1 Sự cần thiết
Việt Nam là một nước nông nghiệp, phần lớn dân số sinh sống ở các vùng nông thôn, sản xuất và xuất khẩu nông nghiệp chiếm tỷ trọng cao phát triển kinh tế cả nước Nguồn nước cấp chủ yếu cho sinh hoạt và tưới tiêu phụ thuộc hoàn toàn vào nguồn nước của tự nhiên Tuy nhiên những năm gần đây do tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, lượng mưa được phân bố lại tại các khu vực, mùa mưa thay đổi theo xu hướng giảm thời gian các tháng mùa mưa và tăng cường độ mưa trong thời gian ngắn Nhiệt độ cao trong suốt mùa khơ dẫn đến trình trạng khô hạn ngày
càng trở lên nghiêm trọng hơn do hiện tượng E1 Nino khiến tăng tần suất và mức độ
nhất là tại khu vực Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ Mùa khô năm 2015-
2016 do tác động cua El nino lam nên nhiệt tăng cao, lượng mưa thiếu hụt, là
nguyên nhân gây tình trạng hán hán tại các tỉnh Nam Trung Bộ, Tây Nguyên và
Nam Bộ, xâm nhập mặn tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long
Tại các tỉnh Tây Nguyên, diện tích được tưới trực tiếp từ cơng trình thủy lợi chỉ được 30% diện tích canh tác (cây trồng cạn được 21-25%, tùy theo địa phương
và điều kiện nguồn nước của từng năm) Ở vụ Đông Xuân năm 2015-2016, tổng diện tích đất phải dừng sản xuất là 2.865 ha (Gia Lai 2.650 ha, Đắk Nông 215 ha) Diện tích bị hạn hán, thiếu nước khoảng 180.000 ha (Đắk Lắk 70.000 ha, Lâm
Đồng 45.000 ha, Bình Phước 36.000 ha, Đắk Nông 22.000 ha, Kon Tum 5.000
ha, v.V.); trong đó, riêng cây cà phê bị hạn khoảng 100.000 ha Tình trạng thiếu nước sinh hoạt khả năng xảy ra ở một số địa phương, nặng nhất là Đắk Lắk (khoảng 25.000 hộ bị ảnh hưởng) (Tổng cục thủy lợi, 2016)
Tại các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long, do ảnh hưởng của xâm nhập mặn,
nhiều diện tích cây trồng bị ảnh hưởng, ở vụ Mùa và Thu Đơng năm 2015, có
khoảng 90.000 ha lúa bị ảnh hưởng đến năng suất, trong đó thiệt hại nặng
khoảng 50.000 ha (Kiên Giang 34.000 ha, Sóc Trăng 6.300 ha, Bạc Liêu 5.800
Trang 15Khô hạn được coi là một thiên tai, đối với sản xuất nơng nghiệp thì nó ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng Trước đây việc
theo dõi hạn được tính tốn từ dữ liệu khí tượng và nó có nhược điểm: cục bộ tại
các trạm, mật độ các trạm quan trác thưa nhất là tại các khu vực miễn núi nơi có địa
hình hiểm trở khó đi lại, không liên tục theo thời gian Do vậy đã có nhiều nghiên
cứu về hạn hán với các chỉ số đánh giá khác nhau và những chỉ số có những ưu
nhược điểm riêng
Để tiếp cận với tình trạng khơ hạn ngay từ ban đầu nhằm giảm thiểu tối đa
những thiệt hại sẽ gây ra thì Đề tài: “Ứng dụng viễn thám đánh giá điều kiện nhiệt ánh hưởng sử dụng đất trồng cây lâu năm tỉnh Bình Phước” được thực
hiện với mục tiêu định hướng dài hạn trong việc thích ứng và giảm nhẹ các tác động
của khô hạn gây ra đối với sự phát triển của cây trồng lâu năm trên khu vực nghiên cứu
2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
e_ Đối tượng nghiên cứu: chỉ số nhiệt độ bề mặt (LST), chỉ số khô hạn (TVD]) và
đất trồng cây lâu năm (CLN) e Phạm vi nghiên cứu:
- _ Không gian: khu vực phía Nam tỉnh Bình Phước bao gồm thị xã Đồng Xoài,
huyện Đồng Phú, huyện Chơn Thành - _ Thời gian: mùa khô năm 2015
- _ Dữ liệu sử dung: anh vé tinh LANDSAT 8 3 Mục tiêu, nội dung nghiên cứu
3.1 Mục tiêu nghiên cứu
Thành lập bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt và phân vùng mức độ khô hạn từ xử
lý ảnh viễn thám, xem xét ảnh hưởng đến đất trồng cây lâu năm, từ đó đề xuất các
biện pháp giảm nhẹ tác động, trước nguy cơ biến đơi khí hậu
3.2 Nội dung nghiên cứu
Trang 16- _ Xác định, phân tích nhiệt độ bề mặt trích xuất từ ảnh viễn thám
- _ Lập bản đồ phân vùng mức độ khô hạn cho khu vực nghiên cứu - Đánh giá ảnh hưởng của khô hạn đến đất trồng cây lâu năm
- _ Đề xuất giảm thiểu tác động hạn hán gây ra đối với cây lâu năm trong phạm vi nghiên cứu
4 Ý nghĩa của đề tài
4.1 Ý nghĩa khoa học
Xây dựng cơ sở khoa học trong việc ứng dụng khoa học kỹ thuật vào giải quyết vấn đề trong thực tế và mở ra hướng nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng
khô hạn (nhiệt độ, độ âm, .)
4.2 Y nghĩa thực tiễn
Van đề khô hạn đang được quan tâm tại các vùng, lãnh thổ, quốc gia trên thế giới trong điều kiện khí hậu tồn cầu đang nóng lên nhanh chóng Ảnh hưởng của
khô hạn đến con người, hệ sinh thái có thé duoc giam nhe nếu được cảnh báo sớm
và có những giải pháp thích ứng phù hợp với từng địa phương, từng khu vực
Đè tài là nghiên cứu điển hình với phương pháp được xây dựng sẽ có thê áp dụng cho các địa phương khác nhằm giúp các nhà quản lý, người dân xây dựng các giải pháp thích ứng và giảm nhẹ tác động của thiên tai tại địa phương Ngoài ra, kết
quả đề tài sẽ là tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu liên quan trong tương lai 5 Cấu trúc của luận văn
Cấu trúc của đề tài bao gồm 3 chương:
Chương 1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu: Chương này giới thiệu một cách tổng quát về khô hạn, nguyên nhân, đặc trưng; một số nghiên cứu về hạn hán của Việt Nam, trên thế giới và tổng quan về khu vực nghiên cứu
Chương 2 Cơ sở khoa học và phương pháp nghiên cứu: Chương này trình bày về ứng dụng viễn thám, phương pháp tính tốn chỉ số LST, TVDI
Chương 3 Kết quả và thảo luận: Trình bày kết quả nhiệt độ, phân vùng khô hạn phục vụ cảnh báo khô hạn khu vực phía Nam tỉnh Bình Phước (NBP) và đề xuất các
Trang 17Chuong 1: TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU
1.1 TONG QUAN VE HAN HAN
1.1.1 Khái niệm về hạn
Hạn là một thời kỳ thời tiết khô dị thường đủ dài do thiếu mưa và gây nên sự
mất cân bằng nghiêm trọng về nước; hoặc là sự thiếu mưa trong một thời kỳ dài gây
nên sự thiếu nước cho nhiều hoạt động của các nhóm ngành và nhóm mơi trường
(Trần Thục, 2008)
Hạn thường là kết quả của sự kết hợp các yếu tô tự nhiên có thể được tăng cường bởi ảnh hưởng của con người Nguyên nhân chính của hạn là thiếu lượng
mưa, đặc biệt là thời gian, sự phân bố và cường độ của sự thiếu hụt này liên quan đến trữ lượng, nhu cầu và sử dụng nước hiện có Sự thiếu hụt này có thé dan đến thiếu nước cần thiết cho sự hoạt động của một hệ thống tự nhiên (sinh thái) hoặc
cần thiết cho một hoạt động của con người nhất định
Hạn hán khác với các thiên tai khác theo các khía cạnh sau: (Wilhite D A, 2000) - Không tồn tại một định nghĩa chung về hạn hán
-_ Hạn hán có sự khởi đầu chậm, là hiện tượng từ từ, dẫn đến khó có thể xác định được điểm bắt đầu và kết thúc của một đợt hạn
-_ Thời gian hạn dao động từ ván tháng đến vài năm, vùng trung tâm và vùng xung quanh bị ảnh hưởng bởi hạn hán có thể thay đổi theo thời gian
- Khơng có một chỉ thị hoặc một chỉ số hạn đơn lẻ nào có thể xác định chính xác
sự bắt đầu và mức độ khắc nghiệt của một đợt hạn cũng như các tác động tiềm
nắng của nó
-_ Phạm vi không gian của hạn hán thường lớn hơn nhiều so với các thiên tai khác, đo đó ảnh hưởng của hạn thường trải dài trên diện tích địa lý rộng lớn
-_ Các tác động của hạn nhìn chung khơng theo cấu trúc và khó định lượng Các tác
Trang 181.1.2 Phân loại hạn hán
Hạn hán được phân thành 4 loại (A A Belal, 2012):
Hạn khí tượng là thiêu mưa ở một khu vực trong một khoảng thời gian, gây ra
sự thiếu hụt trong cân bằng giữa lượng mưa và lượng bốc hơi Thời gian và cường độ hạn hán liên quan đến tình trạng liên tục khơng có mưa hoặc một khoảng thời gian từ vài tháng đến vài năm khi điều kiện khí quyên dẫn đến lượng mưa thấp, điều này có thê trở lên trầm trọng hơn do nhiệt độ cao, độ bay hơi cao, độ am trong khơng khí thấp và gió mạnh
Hạn thủy văn liên quan đến khoảng thời gian khi nguồn nước mặt và nước
ngầm không đủ cung cấp cho hệ thống tài nguyên nước Số liệu dòng chảy đã được
áp dụng rộng rãi cho phân tích hạn hán thủy văn Từ các phân tích hồi quy liên quan
đến hạn hán trong dòng chảy, thấy rằng địa chất và sự thiếu hụt độ ẩm kéo dài là hai
trong những yếu tố chính ảnh hưởng đến hạn hán thủy văn có liên quan đến việc cung cấp nước mặt hoặc nước ngầm, do đó làm giảm lưu lượng dòng chảy, nước ngầm, đập và hồ Điều này có thể tồn tại lâu sau khi hạn hán khí tượng kết thúc
Hạn nông nghiệp là thời kỳ mà sự thiếu hụt mưa gây mất cân bằng giữa lượng nước cần thiết trong đất và nhu cầu của cây trồng Đất có khả năng giữ nước để cung cấp cho mùa vụ và thức ăn cho gia súc Mỗi loại đất có khả năng giữ nước khác nhau và hạn để xảy ra đối với đất có khả năng giữ nước kém Nhu cầu sử dụng nước của thực vật phụ thuộc vào đặt trưng thời tiết hiện tại, đặc điểm sinh học, trạng thái phát triển cụ thể của cây, đặc tính vật lý và sinh học của đất Ngồi ra hạn hán nơng nghiệp còn liên quan đến các yếu tô tự nhiên (đất, địa hình ) và yếu tố xã hội (chế độ thủy lợi, canh tác .)
Hạn kinh tế - xã hội khác hoàn toàn với các loại hạn khác Bởi nó phản ánh mối quan hệ giữa sự cung cấp và nhu cầu hàng hóa kinh tế (ví dụ như cung cấp
nước, thủy điện ), nó phụ thuộc vào lượng mưa Sự cung cấp đó biến đổi hàng năm
Trang 19
Thay đôi các đặc trưng khí hậu ———
————t | :
I 1
Thiếu lụt giảng thủy Nhiét d6 coo, id lon, d6 am tuong =
' = 1 *# ® ` fe z Lo xã kả = ~
(lượng, cưng đạ, thời gian] đút thủn, nâng nhiêu, ÍL rriy ` Gam độ th, dùng chảy mậi, | Tang sir boc hen =
, £ á de 3 =
nước xuống sâu, phục hỏi đất trồng | nh -=_———=—=—=—=—=—===—-— —-— — — _-—-— -
tũ a , :
= Thiều hụt hượng nước trone đãi -
= — 5E,
= L ¬ SE SỐ cuc s =
Caly troae thigh mune, iam B ah
lượng tu hoạch =
| a po
/ | Gtim dong chay vao ao, ho, — ca
1 r _
/ ritlỏni Tifửe o
L -
bei =
eee ee tot Che hư e=
Tác động đến kinh té Tác động dến xã hội Tác động đến mỗi trường
Hình 1.1: Mỗi quan hệ tác động hạn khí tượng, nơng nghiệp, và thuỷ văn (Nguôn: A A Belal, 2012) Trong nghiên cứu này học viên sẽ chỉ đề cập đến đánh giá hạn nông nghiệp
Theo phương pháp quan trắc hạn theo điểm truyền thống, lượng mưa ngắn hạn và dài hạn thường được áp dụng đồng thời để đưa ra các miêu tả kỹ lưỡng về mật độ, chu kỳ, và phân bố không gian của hạn Với đữ liệu viễn thám hiện nay, cung
cấp phương pháp kết hợp các phát xạ từ bề mặt đất và các thông tin về nhiệt là cách
tiếp cận phù hợp và đáp ứng được yêu cầu cập nhật, và nhiều yêu cầu khác của quan
trắc hạn
Dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt đất và thực trạng lớp phủ, các nhà nghiên cứu đã sử dụng tư liệu viễn thám để tính tốn ra các chỉ số phục vụ cảnh báo khô hạn và hạn hán như chỉ số VCI (Vegetation Condition Index — chi s6 diéu kién thuc vat), TCI (Tempearture Condition Index — chỉ số điều kiện nhiệt độ), CWSI
(Crop Water Stress Index — chỉ số thiếu hụt nước cho mùa vụ), TVDI (Temperature
Vegetation Dryness Index — chi số khô hạn nhiệt độ-thực vật) hay VTCI (Vegetation Temperature Condition Index — chi số điều kiện thực vật-nhiệt độ) mỗi loại chỉ số khơ hạn đều có những điểm mạnh và điểm yếu riêng, đã và đang
Trang 201.1.3 Tác động của hạn hán
Hạn tác động đến sự phát triển kinh tế, xã hội và môi trường Khô hạn gây ra tác động phức tạp gồm nhiều tác động kéo dài trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế Sự phức tạp này tồn tại vì nước không thê thiếu trong các hoạt động sản xuất hàng hóa và cung cấp dịch vụ Tác động thường được gọi là trực tiếp và gián tiếp Tác động trực tiếp bao gồm giảm năng suất cây trồng, đất trồng trọt, và năng suất rừng; tăng nguy cơ cháy rừng; giảm mực nước; và gia tắng tỷ lệ tử vong của vật nuôi và động vật hoang dã Hậu quả của những tác động trực tiếp này cho thấy
những tác động gián tiếp Ví dụ: giảm sản lượng cây trồng, diện tích đất trồng trọt và năng suất rừng có thể làm giảm thu nhập cho nông dân và kinh doanh nông
nghiệp, tăng giá lương thực và gỗ, thất nghiệp, di cư, các chương trình giảm nhẹ thién tai
Theo tác động của khơ hạn có thê được phân loại như sau:
& Tac động kinh tế
Thiếu nước do khô hạn gây ra ảnh hưởng đến sản xuất và các hoạt động kinh doanh trong các ngành công nghiệp Các ảnh hưởng này được gọi là tác động kinh tế trực tiếp của hạn, trong khi tác động gián tiếp của hạn đến kinh tế từ các tương
tác và giao dịch giữa các ngành Khô hạn cũng gây ra những tác động môi trường
và xã hội, và dẫn đến tơn thất ngồi thị trường Tổng quan các tác động kinh tế han được cung cấp trong hình 1.2
Trang 21bao gôm: du lịch và giải trí, các tiện ích cơng cộng, dịch vụ làm vườn và cảnh quan,
hàng hải và các ngành cơng nghiệp khác có mức tiêu thụ nước cao
| Neuon cung cap mide: sñng suối, |
D0 cee
Em] kkth tả Š gián tiếp
Hình 1.2: Tổng quan các tác động đến kinh tẾ của hạn
(Nguon: A A Belal, 2012) ®% Tác động xã hội
Hạn là nguyên nhân gây đói nghèo, bệnh tật và chiến tranh do xung đột nguồn
nước Ảnh hưởng đến xã hội liên quan đến chính sách cơng bằng xã hội, giảm điều kiện bảo vệ sức khỏe cộng đồng, xung đột nguồn nước, giảm chất lượng cuộc sống
% Tác động môi trường
Hạn cũng ảnh hưởng đến môi trường theo nhiều cách khác nhau Cây cối và động vật phụ thuộc vào nguồn nước, đồng cỏ bị chết khô dẫn đến các loài động vật ăn cỏ khơng có đủ nguồn cung cấp thực phẩm môi trường sống của chúng có thê bị thay đôi Đôi khi, thiệt hại chỉ là tạm thời và môi trường sống của chúng và việc cung cấp thực phẩm trở lại bình thường khi hạn kết thúc Nhưng đôi khi, tác động
đối với mơi trường có thẻ là một thời gian dài Ngoài ra, tổn thất môi trường là kết
Trang 22nguy cơ cháy rừng, suy thoái chất lượng cảnh quan, mất đa dạng sinh học và gây xói mịn đất Ví dụ, mơi trường sống động vật hoang dã có thẻ bị thối hố do mắt
đất ngập nước, hồ và thực vật Tuy nhiên, nhiều loài sẽ dần dần phục hồi từ sự sai
lệch tạm thời này Sự xuống cấp của chất lượng cảnh quan, bao gồm sự gia tăng xói mịn đất, có thê dẫn đến mất năng suất sinh học thường xuyên hơn của cảnh quan
1.2 TONG QUAN VE CAC NGHIEN CUU
1.2.1 Tình hình nghiên cứu trong nước
Trong những năm vừa qua, nhà nước ta đã ưu tiên đầu tư, xây đựng nhiều giải pháp phòng chống và giảm nhẹ các tác động do hạn gây ra Tuy nhiên, tình hình
khô hạn ngày càng diễn biến phức tạp do sự nóng lên tồn cầu và nước ta là một
trong những nước chịu nhiều ảnh hưởng Ở miền nam Việt Nam, nơi có lượng mưa dồi đào nhưng lại phân hóa thành 2 mùa (mùa khô và mùa mưa) rõ rệt trong năm,
điêu này dẫn đến trong mùa khô hạn xuất hiện thường xuyên
Các đề tài nghiên cứu tại Việt Nam về hạn hán tập trung vào hai vẫn đề chính:
tác động của hạn ảnh hưởng đến kinh tế, xã hội và môi trường; các giải pháp phòng
chống và giảm nhẹ (tăng khả năng dự báo, cảnh báo, nâng cao nhận thức sử dụng nước, xây dựng các cơng trình thủy điện, hồ điều tiết ) Hầu như khắp các vùng
trên cả nước đều có những đề tài nghiên cứu về hạn
Năm 2007, Trần Hùng trong nghiên cứu “Sử dụng tư liệu MODIS theo dõi độ
ầm đất/thực vật bề mặt: Thử nghiệm với chỉ số mức khô hạn nhiệt độ - thực vật (TVDI)” đã chỉ ra được sự phân bố theo không gian và thời gian (trong và giữa các năm) của chỉ số TVDI Kết quả ban đầu cho thấy hiệu quả của việc sử dụng tư liệu MODIS với độ phân giải thời gian cao trong việc theo dõi biến động của hệ sinh thái vùng nhiệt đới Hơn nữa, có thể sử đụng chỉ số TVDI kết hợp với những chỉ số hạn hán khác và các quan trắc khí tưỡng tích lũy nhiều năm đề nghiên cứu biến đổi khí hậu và xây dựng hệ thống theo dõi, phát hiện, dự báo sớm những biến động, thảm họa trong nông nghiệp cấp khu vực
Năm 2012, Huỳnh Thị Thu Hương và cộng sự (Trường Đại học Cần Thơ) đã
sử dụng ảnh MOD11A2 và MOD9QI để theo dõi sự thay đổi nhiệt độ bề mặt và tình hình khơ hạn trong nghiên cứu “Ứng dụng ảnh MODIS theo dõi sự thay đổi
Trang 23nhiệt độ bề mặt và tình hình khơ hạn vùng đồng bằng sông Cửu Long” Nghiên cứu sử dụng chỉ số khô hạn TVDI đã xây dựng hồn chỉnh quy trình tính tốn nhiệt độ
bề mặt và các chỉ số liên quan Kết quả số liệu nhiệt bề mặt có độ tin cậy cao thé hién & méi tương quan chặt chế với các dữ liệu đo đạc, khảo sát Đây là nghiên cứu
góp phần xác định khu vực khô hạn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp liên quan đến biến đổi khí hậu như hiện nay
Năm 2015, Trịnh Lê Hùng và cộng sự đã có nghiên cứu “Ứng dụng viễn thám đánh giá nguy cơ hạn hán khu vực huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận”, sử dụng ảnh
LANDSAT và chỉ số khô hạn TVDI để đánh giá nguy cơ hạn hán khu vực huyện
Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để lập bản đồ nguy cơ khô hạn và giảm thiểu thiệt hại cho hạn hán gây ra
Năm 2015, Hoàng Đức Cường và cộng sự (Viện Khoa học khí tượng thủy văn và môi trường) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu điều kiện khí hậu nông nghiệp phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và phòng tránh thiên tai vùng Tây Nguyên” để ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá hạn hán ở Tây Nguyên dựa trên chỉ số hạn viễn
thám (LWSI) Chỉ số LSWI được tính từ ảnh viễn thám sẽ được đối chiếu với số
liệu đo đạc thực dia dé phân ngưỡng (từ thấp đến cao) theo các mức sau: hạn nặng,
hạn vừa, hạn nhẹ, bình thường và âm Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học đã cho thấy sự phân bố của giá trị LSWI tương đối phù hợp với sự phân bố của khu vực khô hạn Vùng Tây Nguyên luôn là khu vực căng thắng về hạn hán Các tháng
cuối năm 2012 và đầu năm 2013 giá trị LSWI thấp chiếm ưu thế, thê hiện hạn hán
xuất hiện trên điện rộng Kết quả nghiên cứu trên cho thấy việc sử dụng chỉ số khô hạn LSWI là phù hợp với các tỉnh ở Tây Nguyên, vì vừa đảm bảo tính chất sinh — vật lý của quá trình hạn hán đối với cây trồng, vừa đảm bảo tính thực tiễn hạn hán ở Tây Nguyên
1.2.2 Tình hình nghiên cứu thế giới
Việc sử dụng ảnh viễn thám trong việc theo dõi mức độ khô hạn bề mặt đã
được ứng dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới với mục đích đáp ứng với nhu
cầu thiết thực để có những biện pháp hữu hiệu ứng phó với những tác hại do hạn
Trang 24Sandholt et ai (2002) đã đề xuất phương pháp viễn thám trong phân tích vùng có khả năng khô hạn dựa trên chỉ số khô hạn (TVDI) dựa trên mối quan hệ giữa chỉ
số nhiệt độ bề mặt (Ts) và chỉ số khác biệt thực vật (NDVI) Việc xác định giá tri chỉ số thực vật NDVI từ các bộ cảm biến nhìn thấy và hồng ngoại cùng với nhiệt độ
bề mặt đất từ các cảm biến hồng ngoại nhiệt tạo nên một tam giác không gian (Hình 1.3) Tam giác không gian này được gọi là không gian [Ts - NDVI] có liên quan đến
sự bốc hơi bề mặt, độ âm mặt đất, độ bay hơi và mật độ bao phủ của thực vật Do
đó sự phân tán của các giá trị phần tử ảnh trong không gian [Ts - NDVI] sẽ cung
cấp thông tin về điều kiện thực vật và độ âm bề mặt cũng như tình trạng hạn hán
xảy ra Với cùng điều kiện khí hậu nhưng khi nhiệt độ bề mặt Ts sẽ nhỏ nhất tại những nơi có độ bay hơi cực đại do lượng nước bão hòa - tạo nên đường giới hạn
ướt của tam giác không gian [Ts - NDVII; tại các bề mặt có độ bay hơi cực tiểu do bê mặt đất rất khơ thì nhiệt độ bề mặt Ts sẽ tăng cực đại - tạo nên đường giới hạn
khô của tam giác không gian [Ts - NDVI]
Nhiệt độ bể mặt (T= Trea} a TVEH = — ` (a + b*NDVI ~ Treas)
roa Has ome tryển tỉnh
Mhiệt độ thấp rẩổt trên ảrổt
tị Aiding
Khodft luzi nước
sada Tov ad Thad? Act santo
cue cfat
„
AD Chi số (luựo vải
Hình 1.3: Xây dựng TVDI trên nguyên tắc tam giác không gian [T„ NDVI]
(Sandholt et al, 2002)
Z.Wan et al (2004) đã tính tốn chỉ số nhiệt độ bề mặt từ ảnh vệ tỉnh
MODIS/TERRA kết hợp với dữ liệu lượng mưa ổo tại bề mặt đất từ các bang Texas va Oklahoma dé xây dựng phương pháp tiếp cận theo dõi khô hạn Kết quả phân tích tương quan tuyến tính giữa chỉ số khô hạn nhiệt độ/thực vật từ ảnh vệ tinh MODIS/TERRA với tổng lượng mưa hàng tháng và lượng mưa trung bình tháng
Trang 25cho thấy chỉ số khô hạn không chỉ liên quan chặt chế đến lượng mưa hiện tại mà còn liên quan đến lượng mưa trước đó Chỉ số khơ hạn còn phụ thuộc vào thời điểm theo dõi khô hạn và khu vực nghiên cứu
B R Parida (2006) sử dụng nguyên lý tam giác không gian TVDI (Ts,
NDVI) tir cac san pham ảnh viễn thám MODIS/TERRA cho việc xác định các
điều kiện và tình hình khơ hạn ở hai khu vực phía tây Visayas (Philippines) và khu vực Gujarat, Assam State (Ấn Độ) Kết quả thu được, có 14 huyện trong bang Assam có lượng mưa ít hơn 30% trong năm 2006, hầu hết các cánh đồng lúa bị thiếu nước nghiêm trọng và các hệ thống thủy lợi không thể hoạt động Kết quả tính toán TVDI đã giúp xác định chính xác những vị trí địa lý bị khơ hạn, chủ yếu là những nơi thảm thực vật bị ảnh hởng Qua kết quả nghiên cứu với năng suất cây
trồng bị ảnh hởng của khô hạn trên thực tế cho thấy rằng vệ tỉnh MODIS có thể
phát hiện và theo dõi hạn chính xác Chỉ số TVDI có thể là cách tiếp cận tốt để
theo dõi khả năng xảy ra khô hạn, xây dựng các bản đồ khô hạn cho cấp độ khu vực và giúp nghiên cứu các mơ hình khơng gian khô hạn xảy ra ở một vùng cụ thẻ Nghiên cứu này đã cho thấy răng TVDI nhạy cảm hơn đối với các giai đoạn mới nảy mầm của cây trồng Điều này là do trên thực tế nhiệt độ bề mặt đất nhạy cảm đối với vùng khô hơn là vùng có độ âm cao trong đất Các sản lượng cây
trồng ở cả hai nước Philippines và Ân Độ đã được sử dụng để kiểm chứng các kết
quả thu được từ phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Qua đó, nghiên cứu khẳng định rằng TVDI là hữu ích cho lập bản đồ chính xác, kịp thời cho việc theo dõi khô hạn
tại các bang
N R Patel et al (2009), đã kết hợp các thông tin thu được trong vùng ánh
sáng nhìn thấy và ánh sáng hồng ngoại từ vệ tỉnh MODIS\TERRA (8 ngày) xác
định chỉ số TVDI nhằm đánh giá trạng thái ầm độ trong đất tại khu vực miền Tây
Uttar Pradesh (Ấn Ðộ) Chỉ số TVDI được tính tốn từ hai tham số NDVI và LST, sau đó tiến hành xem xét mối tương quan và phân tích hồi quy tuyến tính với đữ
liệu âm độ trong đất được xác định bằng công cụ chuyên sâu trên thực địa tại một vị
trí nhất định trong khoảng thời gian phát triển của cây mía (tháng 4-10) Kết quả cho thấy chỉ số khô hạn TVDI và độ âm mặt đất tại chỗ có sự tương quan nghịch,
Trang 26số duy nhất được thu nhận từ các vệ tinh viễn thám có khả năng cung cấp thông tin
độ phân giải cao về tình trạng độ âm đất
Jiyuan L1 e/ a/ (2009), ứng dụng công nghệ viễn thám trong dự báo khô hạn,
tiến hành nghiên cứu cách thức thiết lập hệ thống giám sát khô hạn dựa trên nguyên lý xác định chỉ số khô hạn TVDI từ vệ tỉnh MODIS kết hợp với các thơng tin khí tượng thủy văn từ đo đạc thực tế trên mặt đất, qua nhiều thời kỳ và nhiều khu vực khác nhau Đầu tiên, một số yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến độ âm đất được xác định, cũng như quan hệ của các yếu tố này dựa trên cơ chế và quá trình xảy ra khô
hạn Việc thành lập mô hình thực nghiệm đánh giá khô hạn được tiến hành bằng cách sử dụng phương pháp thống kê dựa trên các yếu tố đánh giá khơ hạn Khu vực
thí điểm mơ hình khơ hạn trong thời gian mười ngày và tại hai tỉnh Hồ Bắc và Hà Bắc của Trung Quốc Kết quả chỉ ra rằng việc ứng dụng công nghệ viễn thám theo
dõi khô hạn hoàn toàn khả thi để thiết lập mơ hình giám sát khô hạn với khả năng
dự báo linh hoạt, chính xác và thích hợp đối với các khu vực khô hạn
Son £ ai.(2012) đã công bố kết quả nghiên cứu về khả năng ứng dụng của chỉ số TVDI để theo dõi hạn hán nông nghiệp ở hạ nguồn sông Mekong vào mùa khô năm 2001-2010 Chỉ số khô hạn thực vật (TVDI), được tính từ mỗi quan hệ giữa
NDVI tir anh MODIS va dit ligu LST Nghién cứu này đã sử dụng đữ liệu độ âm đất cung cấp từ bộ cảm vi sóng AMSRM-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-Earth Observing System) và dữ liệu lượng mưa hàng tháng từ các tram đo mưa tại địa phương để kiêm chứng Ngoài ra, hiệu quả của chỉ số TVDI được so sánh với chỉ số áp lực nước của cây trồng CWSI (Crop Water Stress Index) Các kết
quả từ việc so sánh giữa TVDI và dữ liệu độ âm dat AMSRM-E đã chỉ ra mối tương
quan chấp nhận được giữa hai bộ dữ liệu Đồng thời có sự tương quan chặt chẽ giữa chỉ số khô hạn TVDI với số liệu mưa đã chỉ ra rằng TVDI là nhạy cảm với lượng mưa Kết quả cũng cho thấy sự tương quan TVDI và CWSI Các kết quả phân tích
cũng đã chỉ ra rang hạn hán vừa và nặng được phân bố theo không gian rải rác trên
toàn khu vực từ tháng 11-3, nhưng mở rộng hơn về phía đơng bắc Thái Lan và Campuchia Hạn hán nghiêm trọng đã được ghi nhận vào mùa khô năm 2003 và 2006 trùng khớp với những quan sát báo cáo của Ủy ban sông Mekong rằng khu vực này đã trải qua đợt hạn hán từ năm 2003 cho đến tháng sáu năm 2006
Trang 27Zhang er ai (2015) kết hợp giữa lớp ảnh nhiệt bề mặt MODIS LST và lớp ảnh
chỉ số thực vật MODIS, NDVI để xác định các khoảng thời gian cấy lúa ở các tỉnh
như: Hắc Long Giang, Cát Lâm, Liêu Ninh Trong đó, các loại che phủ đất khác (như CLN, mặt nước thủy sản hay sông hỗ, và các thảm thực vật thưa thớt) có khả
năng ảnh hưởng đến việc nhận dạng đất canh tác lúa đã được loại bỏ nhờ vào việc
chúng có đặc điểm biến động theo thời gian khác biệt so với cây lúa Việc đánh giá
độ chính xác của bản đồ kết quả thông qua sử dụng các dữ liệu ảnh có độ phân giải cao hơn cho thấy rằng bản đồ lúa xây dựng từ đữ liệu ảnh MODIS cho miền Đông
Bắc Trung Quốc trong năm 2010 đã có một độ chính xác cao (độ chính xác phân
loại và độ chính xác thực tế tương ứng đạt 92% và 96%,) Các bản đồ xây dựng từ dữ liệu ảnh MODIS nói trên cũng có sự tương quan với bộ dữ liệu bản đồ quốc gia năm 2010 của Trung Quốc cả về diện tích và mơ hình khơng gian
1.3 TONG QUAN VE KHU VUC NGHIEN CUU 1.3.1 Điều kiện tự nhiên
Bình Phước là tỉnh miền núi thuộc vùng Đông Nam Bộ, tổng diện tích tự
nhiên 687.735 ha, chiếm khoảng 2% diện tích cả nước, 30% diện tích vùng Đơng
Nam Bộ
- Phía Đơng giáp: Tỉnh Lâm Đồng, Đăk Nơng;
- Phía Tây giáp: Tỉnh Tây Ninh, Vương Quốc Campuchia;
- Phía Nam giáp: Tỉnh Bình Dương, Đồng Nai; - Phía Bắc giáp: Vương Quốc Campuchia
Bình Phước là một trong bảy tỉnh của vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Bình Phước đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nông nghiệp của vùng, với những sản phẩm chiến lược có tỷ suất hàng hóa cao dẫn đầu toàn quốc như: cao su, tiêu, điều
Khu vực nghiên cứu nằm phía nam tỉnh Bình Phước bao gồm các huyện Chơn
Thành, Đồng Phú và thị xã Đồng Xoài
Trang 28
Hình 1.4: Vị trí địa lý phía Nam tỉnh Bình Phước
Khí hậu khu vực bị chi phối bởi 2 yếu tố: vị trí địa khu vực trong mỗi liên quan hoàn lưu khí qun và địa hình vĩ mô của vùng Hướng gió chính là Tây Nam
và Đơng Bắc Địa hình thuộc dạng chuyên tiếp từ bậc thêm thấp đến đồi núi thấp
với độ cao thay đôi từ 300-500m Sự xuất hiện của các dải núi cao trên địa bàn cùng với khối Nam Trường Sơn theo hướng gần như vuông góc với hai luồng gió có tác dụng như bức tường hứng hơi ẩm của gió Tây Nam vào mùa mưa và ngăn hơi âm
của gió Đơng Bắc vào mùa khơ Vì vậy khí hậu có những nét đặc trưng của miền
nhiệt đới cận xích đạo gió mùa cịn những nét đặc thù như mưa lớn vào mùa mưa, khô nóng hơn vào mùa khơ, chế độ nhiệt ẩm có xu hướng càng lên cao nhiệt độ càng giảm và lượng mưa càng lớn
Khu vực có nền nhiệt độ cao quanh năm, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất tại
Đồng Xoài là 28,3°C và nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất tại Đồng Xoài là
24,6°C Các cực trị nhiệt độ lên xuống khá cao, tại Đồng Xoài nhiệt độ tối cao lên 40,6°C và nhiệt độ tối thấp xuống đến 11,9°C tuy nhiên tần suất xuất hiện thấp 30- 40 năm/lần
Tại khu vực có các hệ thống sông lớn như: sông Bé, sông Đồng Nai, sơng Sài Gịn và một số bàu nước tự nhiên Bàu nước phân bố không đều mà thường tập trung tại một số nơi, phụ thuộc vào địa hình diện tích của các bàu nước từ vài trăm đến vài ngàn m” độ sâu không lớn lắm, mùa mưa các bàu nước đầy nhưng khi đến
Trang 29Nhìn chung khí hậu khu vực thể hiện tính chất nhiệt đới cận xích đạo gid mua
với nền nhiệt độ cao và phân bố khá đều trong năm, lượng mưa lớn (trung bình
2.150mm) phân bố theo mùa rõ rệt
1.3.2 Điều kiện kinh tế-xã hội
a) Tình hình phát triển kinh tế-xã hội
Tỷ trọng nông-lâm-thủy sản 33,8%, giá trị sản xuất ngành đạt 21.113,4 tỷ
đồng; Công nghiệp - xây dựng tăng lên 28,7%, giá trị sản xuất đạt 29.845 tỷ đồng; dịch vụ chiếm tỷ trọng 37,5% GRDP bình quân đầu người lao động ước đạt 42,1
triệu đồng (Báo cáo Đánh giá tình hình kinh tế, xã hội, 2016)
Việc phát triển mô hình kinh tế hợp tác có nhiều chun biến tích cực, nhất là các hợp tác xã kiêu mới trong lĩnh vực sản xuất điều, tiêu, cây ăn trái ứng dụng
công nghệ cao được thành lập, bước đầu mang lại hiệu quả cao và nâng cao thu
nhập cho xã viên, góp phân thực hiện đề án tái cơ cầu ngành nông nghiệp
e - Về trồng trọt: tơng diện tích cây hằng năm toàn tỉnh là 35.412 ha, tổng điện tích cây trồng lâu năm 407.388 ha Trong đó sản lượng: cao su 303.220 tấn, cà phê
31.193 tan, hạt điều 152.986 tắn, hồ tiêu 26.626 tan
e Về chăn nuôi: Đàn gia súc, gia cầm phát triển ôn định: 13.050 con trâu, 28.568 con bò, 301.200 con heo, gia cầm 4.436.000 con Sản lượng nuôi trồng thủy sản ước đạt 5.600 tấn
e _ Thực hiện giao khoán bảo vệ rừng được 36.977 ha, chăm sóc rừng trồng thay
thế được 98 ha, trồng rừng thay thế được 377,3 ha, trồng cây lâm nghiệp phân tán
được 37.263 cây
e Sản xuất công nghiệp: chỉ số sản xuất công nghiệp (IIP) tăng 10,5% so với năm 2015 Trong đó ngành chế biến, chế tạo tăng 10,9%, ngành sản xuất và phân
phối điện, khí đốt tăng 6,5%, ngành cung cấp nước và xử lý nước thải, rác thải tăng
5,5% công nghiệp khai thác mỏ giảm 1,5% so với năm 2015.Giá trị sản xuất công
nghiệp năm 2016 đạt 29.845 tỷ đồng
e Thương mại-dịch vụ: tổng mức bán lẻ hàng hóa và doanh thu dịch vụ tiêu
dùng năm 2016 thực hiện 32,354 tỷ đồng
Văn hóa giáo dục: cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ quản lý và dạy học
Trang 30thị tran được cơng nhận hồn thành phố cập giáo dục theo đúng độ tuôi Xây dựng nâng cấp mới các cơng trình y tế, áp dụng phương pháp điều trị hiện đại và đổi mới công tác quản lý tài chính đã góp phần nâng cao chất lượng công tác chăm sóc và bảo vệ sức khỏe của người dân Công tác y tế dự phòng được thực hiện thường xuyên, tình hình dịch bệnh được kiểm soát
Ứng dụng khoa học công nghề: đã triển khai ứng dụng 10 thành tựu khoa học
công nghệ vào sản xuất như: tưới nước tiết kiệm, kết hợp bón phân qua nước, ứng dụng chế phẩm sinh học vào việc xử lý lá điều làm phân hữu cơ, áp dụng biện pháp IPM và sử dụng hữu cơ sinh học trên cây tiêu công tác quản lý khoa học, tiêu chuẩn-đo lường-chất lượng được quan tâm thực hiện
b) Hiện trạng sử dụng đất
Tổng diện tích đất tự nhiên phía Nam tỉnh Bình Phước là 149,3 nghìn ha bao gồm: (Báo cáo kiểm kê đất đai, 2014):
1400 1200 11465 1972 ae 1012 mo Es —
Ndogngniép LAamoagnép Chuyên đìng Hải ở Bar trang
Hình 1.5 Biểu đô cơ cấu diện tích đất tự nhiên phía Nam Bình Phước (Đơn vị, km? )
(Nguôn: Báo cáo kiểm kê đất đai, 2014)
-_ Diện tích đất lâm nghiệp khoảng 19,7 nghìn ha chiếm 13,2% tơng diện tích đất tự nhiên
-_ Diện tích đất chuyên dùng chiếm khoảng 10,1 nghìn ha tương ứng với 6,7% tơng diện tích đất tự nhiên của khu vực
-_ Diện tích đất ở với 1,7 nghìn ha tương ứng với 1,1% tổng diện tích đất tự nhiên
Trang 31-_ Diện tích đất trống bao gồm đất chưa sử dụng, đất quy hoạch lòng hồ thủy điện, nước mặt với khoảng 3,1 nghìn ha chiếm 2,1% diện tích đất tự nhiên
-_ Diện tích đất nơng nghiệp khoảng 114,6 nghìn ha chiếm 76,8% tổng diện tích tự
nhiên (Đất trồng CLN với diện tích khoảng 90,4 nghìn ha chiếm 78,8% đất nông
nghiệp; Diện tích đất trồng cây hằng năm (lúa, cây lương thực có hạt, .) khoảng 9,55 nghìn ha chiếm 8,3% đất nông nghiệp; Đất nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi với diện tích 14,73 nghìn ha, chiếm 12,8% đất nông nghiệp.)
1000 037 600 £00 7nn 600 500 a a 300) 200 s55 a
Cay lau nam Cay hangnam Thoy sén, chan nud
Hình 1.6 Biểu đơ cơ cấu đất nông nghiệp phía Nam tinh Binh Phước (Đơn vị, km’)
Trang 32Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VỀ VIỄN THÁM 2.1.1 Khái niệm
Viễn thám - Remote Sensing được định nghĩa như một khoa học nghiên cứu các phương pháp thu nhận, đo lường và phân tích thơng tin của đối tượng (vật thê)
mà khơng có những tiếp xúc trực tiếp với chúng (Lê Văn Trung, 2012)
Cơ sở tư liệu của viễn thám là sóng điện từ được phát xạ hoặc bức xạ từ các
vật thê, các đối tượng trên bề mặt trái đất, trong những điều kiện khác nhau thì khả
năng phản xạ hoặc bức xạ của sóng điện từ sẽ có những đặc trưng riêng Sóng điện từ có 4 tính chất cơ bản: bước sóng, hướng lan truyền, biên độ và mặt phân cực Mỗi một thuộc tính cơ bản này sẽ phản ánh nội dung thông tin khác nhau của vật thê, phụ thuộc vào thành phần vật chất và cấu trúc của chúng, làm cho mỗi đối tượng được xác định và nhận biết một cách duy nhất Sóng điện từ phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể trên bề mặt trái đất sẽ được thu nhận bằng các hệ thống thu ảnh
gọi là bộ cảm (sensor) Các bộ cảm được lắp đặt trên các phương tiện (platform)
kinh khí cầu, máy bay hoặc vệ tinh Xử lý, phân tích, giải đốn (Interpretatlon) các
tâm ảnh viên thám sẽ cho ra các thông tin vê đôi tượng cân nghiên cứu
_ „ SuẾt Vặt mang Bọ cảm ~+ Khí quyển = Bức xa hản xạ Hình 2.1: Thu nhận dữ liệu ảnh viên thám
(Nguồn: Lê Văn Trung, 2012)
Trang 33Hệ thống viễn thám thường bao gồm 6 phân tử có quan hệ chặt chẽ với nhau Theo trình tự hoạt động của hệ thống, có:
Nguồn năng lượng: thành phần đầu tiên của một hệ thống viễn thám là nguồn năng lượng để chiếu sáng hay cung cấp năng lượng điện từ tới đối tượng quan tâm Có loại viễn thám sử dụng năng lượng mặt trời, có loại tự cung cấp năng
lượng tới đối tượng Thông tin viễn thám thu thập được là dựa vào năng lượng từ
đối tượng đến thiết bị nhận, nếu khơng có nguồn năng lượng chiếu sáng hay
truyền tới đối tượng sẽ không có năng lượng đi từ đối tượng đến thiết bị nhận
Những tia phát xạ và khi quyến: vì năng lượng đi từ nguồn năng lượng tới đối tượng nên sẽ phải tương tác với vùng khí quyên nơi năng lượng đi qua Sự tương tác này có thể lặp lại ở một vị trí khơng gian nào đó vì năng lượng còn phải đi
theo chiều ngược lại, tức là từ đối tượng đến bộ cảm
Sự tương tác với đối tượng: Một khi được truyền qua khơng khí đến đối tượng, năng lượng sẽ tương tác với đối tượng tuỳ thuộc vào đặc điểm của cả đối tượng và sóng điện từ Sự tương tác này có thể là truyền qua đối tượng, bị đối tượng hấp thu hay bị phản xạ trở lại vào khí quyền
Thu nhận năng lượng bằng bộ cảm: Sau khi năng lượng được phát ra hay bị phản xạ từ đối tượng, cần có một bộ cam tir xa dé tập hợp lại và thu nhận sóng điện từ Năng lượng điện từ truyền về bộ cảm mang thông tin về đôi tượng
Sự truyền tải, thu nhận và xử lý: Năng lượng được thu nhận bởi bộ cảm cần phải được truyền tải, thường dưới dạng điện từ, đến một trạm tiếp nhận xử lý nơi dữ
liệu sẽ được xử lý sang dạng ảnh Ảnh này chính là đữ liệu thơ
Giải đốn và phân tích ảnh: Ảnh thơ sẽ được xử lý để có thê sử dụng được Để
lấy được thông tin về đối tượng người ta phải nhận biết được mỗi hình ảnh trên
ảnh tương ứng với đối tượng nào Ảnh được giải đoán bằng một hoặc kết hợp
nhiều phương pháp Các phương pháp này là giải đốn thủ cơng bằng mắt, giải
đoán bằng kỹ thuật số hay các công cụ điện tử đề lẫy được thông tin về các đối
Trang 342.1.2 Cơ sở ứng dụng ảnh viễn thám
s* Đặc trưng phản xạ phố của đối tượng
Đặc tính phản xạ phơ của các đối tượng tự nhiên phụ thuộc vào nhiều yếu tô
như điều kiện chiếu sáng, mơi trường khí quyền và bề mặt đối tượng, đặc biệt là bản
thân các đối tượng đó (độ am, lớp nền - bề mặt nhám, thực vật, chất mùn, cấu trúc
bề mặt, ) Đối với các đối tượng khác nhau sẽ có khả năng phản xạ phô khác nhau,
với mỗi đối tượng sự phản xạ, hấp thụ lại thay đổi theo bước sóng Phương pháp
viễn thám chủ yếu dựa trên nguyên lý này để nhận biết, phát hiện các đối tượng, hiện tượng trong tự nhiên Các thông tin về đặc trưng phô phản xạ của các đôi tượng tự nhiên sẽ giúp các nhà chuyên môn lựa chọn các phép xử lý ảnh để có được
kênh tối ưu, chứa nhiều thông tin về đối tượng nghiên cứu, đây chính là cơ sở để
phân tích nghiên cứu các tính chất của đơi tượng
% Dấu hiệu phổ:
Phương tiện chủ yếu để nhận biết một bề mặt hoặc một đối tượng thông qua việc phản xạ và phát năng lượng Nó bị ảnh hưởng bởi các đặc tính vật lí hoặc hoá
học của vật thê trong trường năng lượng điện từ và thay đôi theo bước sóng
2 30 t1 4d 5 7 3 hũ — +” —“——_ = Thi vot * ¿ Mifoe ik _ | —— Hước trang 30 re 207 a” ; —— tiải lấn 10- ees
Bucr song Win
04 06 08 1.0 12 14 16 18 20 22 24 26
Hình 2.2: Đặc trưng phản xạ phổ của một số đối tượng tự nhiên chính
(Nguồn: Lê Văn Trung, 2010)
* Phố phản xạ của thực vật, đất và nước:
Mỗi một vật thé đều phản xạ, bức xạ, hấp thụ và phân tách sóng điện từ bằng
các cách thức khác nhau Các đặc trưng này được gợi là đặc trưng phản xạ phổ của
đối tượng và chính chúng là tín hiệu để nhận biết đối tượng trong kỹ thuật viễn
Trang 35thám Năng lượng bức xạ mặt trời sau khi chiếu xuống mặt đất, tiếp cận với vật thê
sé duoc chia lam 3 phan:
e Năng lượng bị hấp thụ
e - Năng lượng truyền qua vật thể và phản xạ trở lại e - Năng lượng phản xạ ngay từ bề mặt tiếp xúc
Trong 3 phần trên thì năng lượng phản xạ, bao gồm phản xạ trực tiếp từ bề mặt đối tượng và phản xạ sau khi truyền qua vật thê là nguồn tư liệu, là phương tiện truyền tin trong kỹ thuật viễn thám Tùy thuộc vào bản chất của đối tượng, phần năng lượng truyền qua sau khi bị tán xạ bởi cấu trúc bên trong, khi phản xạ trở lại sẽ
có thành phần đặc trưng cho tính chất của từng đối tượng
Cấu trúc bề mặt của vật thể đóng vai trị quan trọng đối với tính chất phản xạ năng lượng Vật thể có bề mặt phẳng, mm các tia phản xạ sẽ có cùng một hướng, bề mặt vật thê thô ráp, tia phản xạ truyền đi mọi hướng Các đối tượng tự nhiên phủ
trên bề mặt rất đa dạng và phức tạp, để nghiên cứu đặc trưng phản xạ phổ cần phải
khái quát và phân loai Có nhiều quan điểm phân loại và cách gọi, nhưng phổ biến nhất là phân làm 3 loại nhóm chính:
-_ Nhóm thực vát
Đặc trưng phản xạ phô của lớp phủ thực vật: bức xạ mặt trời khi tới bề mặt lá cây, phần trong vùng sóng đỏ (red) và xanh lơ (blue) bị chất diệp lục hấp thụ phục vụ cho quá trình quang hợp, vùng sóng lục (green) và vùng hồng ngoại sẽ phản xạ
khi gặp nhiều chất diệp lục của lá (khi thực vật khoẻ mạnh) Khi thực vật yếu, điệp
lục tố giảm đi thì khả năng phản xạ vùng sóng đỏ trội hơn nên lá cây có màu vàng (tơ hợp màu green — red) hoặc đỏ trong điều kiện khí hậu lạnh
Sự khác nhau về đặc trưng phản xạ phổ của thực vật phụ thuộc vào các yếu tố
cấu tạo trong và ngoài của cây (hàm lượng sắc tố diép luc, cau tạo mô bì, thành phan va cau tao biéu bi, hình thái lá ), thời kỳ sinh trưởng (tuổi cây, giai đoạn sinh trưởng ) và tác động ngoại cảnh (điều kiện sinh trưởng, điều kiện chiếu sáng, thời tiết, vị trí địa lý ) Tuy vậy, đặc trưng phố phản xạ của lớp phủ thực vật vẫn mang
những đặc điểm chung: Phản xạ ở vùng sóng hồng ngoại gần (À > 0,720um), hấp
thu manh 6 vung song do (A= 0,680 — 0,270 um)
Trang 36Đặc trưng phản xạ phố của nhóm phi thực vật: đường biểu diễn đặc trưng các
phản xạ phổ của lớp phủ thổ nhưỡng có dạng tăng dần từ vùng tử ngoại đến hồng
ngoại một cách đơn điệu, ít có những cực đại và cực tiểu một cách rõ ràng Lý do
chính là các yếu tố của đất phức tạp và không rõ ràng như ở thực vật Khả năng
phản xạ phố phụ thuộc chủ yếu vào bản chất lý hoá của đất, hàm lượng hữu cơ, độ
âm, cấu trúc (tỷ lệ cát, bột và sét), trạng thái, bề mặt, thành phần cơ giới của đất
Điều này làm cho đường cong biến động nhiều quanh một giá trị trung bình Tuy
nhiên, quy luật chung là giá trị phô của đất tăng dần về phía có bước sóng dài
-_ Nhóm nước:
Đặc trưng phản xạ phố của nước: khả năng phản xạ phổ của nước cũng thay đổi theo bước sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nước Nước chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia xanh lơ (blue) và yếu dần khi sang vùng tia
xanh lục (green), triệt tiêu ở cuối đải sóng đỏ Ngồi ra nó cịn phụ thuộc vào bề mặt
và trạng thái của nước
2.2 CƠ SỞ LÝ THUYÉT CỦA PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1 Chỉ số thực vật NDVI
Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa NDVI (Normalized Diffirence Vegetation
Index) (gọi tắt là “chỉ số thực vật”) là hệ số lớp phủ thực vật chênh lệch chuẩn hóa
giữa hệ số phản xạ mặt ở dải sóng thị phố và hồng ngoại
NDVI là một tham số quan trọng trong nông nghiệp, giám sát lượng mưa,
đánh giá tác động của thời tiết tính tốn sinh khối, năng suất mùa vụ, mức sống của thực vật NDVI là tỷ số giữa hiệu số giá trị phản xạ phố bề mặt ở kênh hồng ngoại (NIR) và kênh đỏ (RED) trên tổng số của chúng Chỉ số NDVI đối với ảnh Landsat
được xác định bằng công thức do Rouse et al., 1974 dé xuat va hay được sử dụng nhất trong thực tế:
NDVI = Nira Ree (2.1)
Nir+Red
Trong do:
e© NDVI- chỉ số thực vật chuẩn hóa
e Nir - băng phố cận hồng ngoại (Near Infrared)
e_ Red - băng phố bước sóng màu đỏ
Trang 37Chỉ số NDVI có giá trị lý thuyết là từ -I đến +1, càng tiễn đến +1 1A tinh
trạng thực vật càng phát triển mạnh
2.2.2 Nhiệt độ mặt đất LST
Nhiệt độ bề mặt đất (Land surface temperature - LST) được định nghĩa là
nhiệt độ bề mặt trung bình bức xạ của một khu vực Với bề mặt đất trồng LST là
nhiệt độ mặt đất; với thảm thực vật dày LST có thể được xem như là nhiệt độ bề
mặt tán của thực vật; với thảm thực vật thưa nó là nhiệt độ trung bình của tán cây,
thân cây và lớp đất nằm đưới thảm thực vật Nhiệt độ bề mặt là một chỉ thị quan
trọng của sự cân bằng năng lượng trên bề mặt Trái đất cũng như của hiệu ứng nhà
kính Nó có mối liên hệ chặt chẽ với các quá trình biến đổi của môi trường đất,
đồng thời cũng phản ánh sự thay đổi của thực vật Ví dụ, trong điều kiện khô hạn,
nhiệt độ bề mặt lá cây tăng cao là một chỉ số phản ánh sự thiếu nước của thảm
thực vật
Nhiệt độ khơng khí trên bề mặt đất thường khác đáng kể so với LST trên thực tế, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết và loại hình lớp phủ Nhiệt độ khơng khí
thường không biến đổi theo không gian rõ rệt như LST nên có thể đo được dễ dàng
hơn Trong khi đó, LST liên quan chặt chế hơn tới các hoạt động sinh lý của lá cây trong các thảm thực vật, cũng như liên quan tới độ am dat trong cac vung thua thot cay
Trong viễn thám, nhiệt độ bề mặt - LST có thể được hiểu là nhiệt độ bề mặt
trung bình của một tổ hợp trộn lẫn giữa các loại lớp phủ khác nhau trên mặt đất
trong phạm vi diện tích của mỗi pixel tại thời điểm chụp ảnh
Để tính nhiệt độ bề mặt, bước đầu tiên phải tiến hành hiệu chỉnh bức xạ để
chuyển đổi giá trị số nguyên của ảnh sang giá trị thực của bức xạ (Wm um`), Việc chuyên đổi từ giá trị số nguyên sang giá trị bức xạ còn giúp giảm thiêu sự khác biệt khi ghép các ảnh với nhau Đối với ảnh Landsat 8, giá trị bức xạ được xác định như sau:
L, = A*(DN) +B (2.2)
Trang 38e Lạ là bức xạ trên vé tinh (Wm-2um-1); e© DN là giá trị số của từng pixel;
© A=MLI1& Gain (gi tri thu được cho một kênh cụ thể), cho sẵn trong
tập tin *.MTL đi kèm ảnh:
RADILANCE_MULT_BAND_ 10 =3.3420E-04 RADILANCE_MULT_BAND_ 11 =3.3420E-04
e B=AL là Bias (giá trị sai số cho một kênh cụ thể), cho sẵn trong tập tin
* MTL di kém anh:
RADIANCE ADD BAND_ 10 = 0.10000
Gid tri bitc xa pho được tính ở bước trên được dùng để tính nhiệt độ sáng (brightness temperature) theo công thức:
m_— Kz 97910 (2.3)
Trong do:
e lTp-
e Hệ s( tadata anh Landsat 8
Nhiệt độ sáng sẽ ạ bề mặt đề xác định nhiệt độ
bề mặt theo công
(2.4)
Trong do:
e LST- 2rature), %C,
® À- ƠI ngoại nhiệt, 10,9um
e 0 = =
o- hang s6 Stefan — Boltzmann (1,38.10°J/K) h- hang s6 Planck (6,626.10 J.s )
c - vận tốc ánh sáng (2,998.10Ÿm/s)
e c- độ phát xạ bề mặt (surface emissivity)
Trang 39Độ phát xạ bề mặt có thể được xác định từ tư liệu viễn thám dựa trên kết quả
phân loại các loại hình lớp phủ hoặc chỉ số thực vật NDVI; trong đó, phương pháp
dựa trên chỉ số thực vật NDVI có nhiều ưu điểm do có thể xác định độ phát xạ chỉ
tiết đến từng pIxel Để xác định độ phát xạ bề mặt, ValorE, Caselles V.đưa ra đựa
trên chỉ số thực vật NDVI và có thể áp dụng trên các khu vực không đồng nhất với
nhiều kiểu bề mặt thay đối
£ = £,h, + e¿(1— PB,) (2.5) Trong đó:
e c,e€; - độ phát xạ của thực vật và đất tinh khiết
e P, - tý lệ hiện diện của thực vật trong pixel Pv có giá trị bằng 0 đối với đất trồng và bằng 1 đối với khu vực được phủ kín bởi thực vật
_ (GP am j 2.6)
2.2.3 Chỉ số khô hạn TVDI
Nhiệt độ bề mặt thu nhận được từ dài phố hồng ngoại nhiệt ảnh LANDSAT là một chỉ thị tốt cho dòng ẩn nhiệt Nhiệt độ bề mặt có thể tăng lên rất nhanh trong
trường hợp thực vật thiếu nước Lớp phủ thực vật có mối quan hệ mật thiết với
nhiệt độ bề mặt và ảnh hưởng lớn đến kết quả xác định nhiệt độ Như vậy, nhiệt độ
bề mặt (Land surface temperature -Ts) va chi số thực vật chuẩn hóa NDVI là các
yếu tố quan trọng cung cấp thông tin về sức khỏe thực vật và độ âm tại bề mặt đất
Trong không gian Ts/NDVI các đường hổi quy liên quan đến mức độ bay hơi của
thực vật, đến kháng trở của lá cầy và độ am trung binh cua đất Với cùng một điều
kiện khí hậu, nhiệt độ bề mặt sẽ đạt giá trị nhỏ nhất tại các vị trí có độ bốc hơi (của
bề mặt) và sự thoát hơi nước (của lá cây) cực đại do lượng nước bão hòa tạo nên cạnh ướt trong không gian Ts/NDVI Ở những vị trí khơng có lớp phủ thực vật hoặc
thực vật khô, độ bay hơi là cực tiểu dẫn đến nhiệt độ bề mặt đạt cực đại Đường hồi
quy các giá trị cực đại của nhiệt độ bề mặt tại các điểm này tạo cạnh khô trong không gian Ts/NDVI
Để lượng hóa mối quan hệ giữa chỉ số thực vật chuẩn hóa NDVI và nhiệt độ
bề mặt, Sandholt (2002) đã đề nghị sử dụng chỉ số khô hạn theo trạng thái nhiệt độ-
Trang 40No Tranaper ation
MŨVWI
Hình 2.3: Sơ đồ không gian của nhiệt độ bê mặt — chỉ số thực vật và mối quan hệ
với sự bay hơi (evaporation), sự thoát hơi nước của cây (transpiration) và phân tram lop phu thuc vat
(Nguon: Sandholt et al, 2002)
1s 40 45 LST ƒŒI 1# \4 10 L Ý LSTmm (NDVI + a3 04 ry an 1 NDVI
Hình 2.4: Mối quan hệ vật lý giữa các chí số khi tính TVDI
(Ngn: Ngun Văn Bơi và ctv, 2016)