Nghiên cứu biến động lớp phủ khu vực phong nha kẻ bàng

Ứng dụng viễn thám nghiên cứu biến động lớp thực vật bề mặt thơng qua phân tích số thực vật (NDVI): nghiên cứu trường hợp Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng Võ Văn Trí1, Trần Xuân Mùi1,Nguyễn Thái Dũng1, Đồn Nam Thành2 Tóm tắt Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) giá trị xác định độ phủ xanh lớp thực vật qua đánh giá trạng thái lớp phủ bề mặt Nghiên cứu tập trung phân tích giá trị số thực vật diện tích tương ứng sử dụng ảnh viễn thám năm 1994, 2003 2014 Kết cho thấy có biến động thảm thực vật thời điểm khác Vườn quốc gia Phong Nha Kẻ Bàng Giám sát biến động thực vật để tìm ngun nhân ảnh hưởng từ đề xuất biện pháp phục hồi tài nguyên rừng Từ khoá: Chỉ số thực vật, NDVI, Landsat, biến động Phòng Khoa học Hợp tác quốc tế, Ban quản lý Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng, 2Trương Trung cấp Cơng Nơng nghiệp Quảng Bình 1 Giới thiệu Trên sở liệu viễn thám ta xác định đặc trưng quang phổ khác của bề mặt trái đất Một đặc trưng quang phổ quan trọng viễn thám quang phổ thực vật Chỉ số NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) xác định dựa phản xạ khác thực vật thể kênh phổ thấy - Vi (visible) kênh phổ cận hồng ngoại NIR (near infrared) Dùng để biểu thị mức độ tập trung thực vật mặt đất Độ che phủ cao phản xạ thấp vùng sóng Visible phản xạ cao vùng NIR Phản xạ mạnh vùng sóng NIR giá trị thu ảnh cao Vì vậy, thực vật thể ảnh viễn thám giá trị số Chỉ số NDVI có giá trị từ (-1) - (+1) Giá trị NDVI thấp thể kênh phổ hồng ngoại kênh phổ nhìn thấy có độ phản xạ độ phản xạ hồng ngoại thấp qua hiển thị mức độ phủ xanh thực vật thấp ngược lại Chỉ số NDVI có giá trị từ có giá trị âm cho thấy kênh phổ nhìn thấy có độ phản xạ cao độ phản xạ kênh phổ hồng ngoại, nơi khơng có thực vật, thể mặt nước hay mây phủ Chỉ số NDVI cho biết sai khác loại thực vật khác thời điểm khác qua xác định biến động lớp phủ bề mặt Ứng dụng số NDVI với độ phân giải cao đầu vào cần thiết giám sát tác động mối tương tác nhân tố khí hậu thảm thực vật (Linghui Guo , 2014 NDVI Qua nghiên cứu đồng cỏ Northern Plains, Mỹ cho thấy, số thực vật cao bắt đầu vào mùa xuân chấm dứt điều kiến khô nhiệt đô lạnh mùa thu (Robert E Burgan, Roberta A Hartford, Jeffery C Eidenshink, 1996) Hình Ví trí nghiên cứu Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng có 11 kiểu thảm thực vật, độ che phủ 93% (Phong Nha Ke Bang National Park, 2014) Thảm thực vật rừng thường bị tác động tập quán sản xuất kênh người dân nằm vùng lõi ( xã Tân Trạch) tác động hoạt động xây dựng sở hạ tầng đường giao thông qua Vườn Ứng dụng ảnh viễn thám Landsat với kênh phổ hồng ngoại kênh phổ nhìn thấy để phân tích mức độ phủ xanh thực vật qua xác định rõ ảnh hưởng làm biến động lớp phủ bề mặt Ngồi ra, thơng qua phân tích số thực vật để bổ trợ thêm cho trình phân loại lớp phủ theo dõi diễn biến tài nguyên khu vực 2.Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1 Vật liệu: Ảnh vệ tinh Landsat năm 1994, 2003 2014 chúng tơi sử dụng Trong đó, band 3, band Landsat TM ETM+, band band Landsat dùng để tính tốn số thực vật Band năm 1994 Band năm 2003 Band năm 2014 Band năm 1994 Band năm 2003 Band năm 2014 Landsat TM Band Visible (0.63 - 0.69 µm) 30 m Landsat ETM Band Visible (0.63 - 0.69 µm) 30 m Landsat Band Red (0.64 - 0.67 µm) 30 m Band Near-Infrared (0.76 - 0.90 µm) 30 m Band Near-Infrared (0.76 - 0.90 µm) 30 m Band Near-Infrared (0.85 - 0.88 µm) 30 m Hình 2: Các kênh ảnh Landsat sử dụng phân tích 2.2 Tính tốn số thực vật (NDVI) NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) tính cơng thức: NDVI = (NIR – Red)/(NIR + Red) Trong môi trường phần mềm Envi mở trình tính NDVI Bar menu: Basic Tools/ Band Maths Nhập biểu thức: (float(b5)-float(b4))/(float(b5)+float(b4)) Chọn B5 = Band 5; B4 = Band Landsat Chọn B5 = Band 4; B4= Band Landsat TM ETM NDVI có giá trị khoảng -1 ≤ I ≤+1; trường hợp cần tổ hợp tính tốn với kênh khác, giá trị NDVI chuyển thành 256 giá trị (8 bit) công thức: bytscl (b1, = -1.0, max = 1.0) Kết thảo luận Các giá trị Chỉ số thực vật năm 1994, 2003, 2014 tương ứng phân tích nhằm xác định mức độ xanh diện tích che phủ theo giai đoạn khác Qua giá trị phân tích để nắm diễn biến lớp phủ bền mặt Hình 3: Bản đồ số thực vật năm 1994 Hình 4: Biểu đồ thể số thực vật diện tích năm 1994 Hình mơ tả diện tích tương ứng giá NDVI Giá trị NDVI 0,44 có diện tích cao nhất, 37,123 Thứ NDVI 0,38 28,362 Thứ NDVI = 0,50 có diện tích 27,323 Các ngưỡng giá trị khác NDVI chiếm diện tích nhỏ, thấp giá trị NDVI =0,02 1ha Điều chứng tỏ mức độ phủ xanh thực vật khu vực tốt Hình 5: Bản đồ số thực vật năm 2003 Hình 6: Biểu đồ thể số thực vật diện tích năm 2003 Hinh cho thấy giá trị NDVI, 0,26, chiếm diện tích lớn nhất, 36,644 ha; tiếp đến giá trị NDVI 0,19 28,068ha, giá trị NDVI 0,12 15,518ha 0,33 16,986ha Các giá trị âm (-) NDVI chiếm diện tích 12,003ha Giá trị dương (+) lớn NDVI 0,42 chiếm diện tích 1,002ha Quá giá trị NDVI diện tích tương ứng thấy rõ mức độ xanh thực vật khu vực nghiên cứu có diện tích lớn khu vực khơng thực vật có diện tích khơng đáng kể Hình 7: Bản đồ số thực vật năm 2014 Hình 8: Biểu đồ thể số thực vật diện tích năm 2014 Hình cho thấy số NDVI dương, thực vật có độ che phủ xanh cao, từ giá trị 0,02 đến giá trị 0,59 Diện tích lớn nhất, 53.254 nằm giá trị NDVI 0,44; tiếp đến 37,896ha nằm giá trị 0,50; diện tích 22,226ha nằm khoảng giá trị NDVI 0.38; diện tích 1,089 nằm giá trị NDVI 0,59 Các giá trị NDVI mức thấp, 0,08 - 0,38, 7,213ha Hình 9: Biểu đồ thể số thực vật năm 1994, 2003, 2014 Năm 2014 số thực vật giao động từ 0,02 đến 0,59 Năm 2003 từ -0,23 đến 0,42 năm 1994 từ 0,02 đến 0,61 Chỉ số NDVI năm 2014 năm 1994 có giá trị dương (+), năm 2003 có giá trị âm (-) giá trị dương (+) Điều chừng tỏ năm 2014 năm 1994 số thực vật có giá trị cao hơn, cao năm 1994 Và điều phản ánh mức độ che phủ xanh thực vật năm 1994 cao nhất, đến năm 2014 cuối năm 2003 Năm 1994 có số thực vật dương, mức cao so với năm 2003 2014, giao động 0,02 - 0,61 Năm 2014 số NDVI dương, giá trị mức cao, giao động từ 0,02 đến 0,59 Trong khí đó, năm 2003, số NDVI có giá trị âm dương, số NDVI mức thấp giao động (-0,23) - (+ 0,42) Biến động số NDVI năm 1994 năm 2014 khơng đáng kể Trong biến động số NDVI năm 2003 so với năm 2014 1994 lớn So sánh số NDVI theo lớp tương ứng, cho thấy: mức lệch cao năm 2003 so với năm 1994 0,19 thấp 0,19; mức lệch NDVI năm 2003 so với 2014, cao 0,17 0,19; mức lệch NDVI 2014 so với 1994, cao 0,02, thấp 0,0 Chỉ số NDVI có giá trị cao, mức độ phủ xanh thực vật, qua năm chiếm diện tích lớn Năm 1994 114,670 tương ứng với số NDVI từ 0,35 đến 0,61 Năm 2003 98,216.6ha tương ứng với số NDVI từ 0,12 đến 0,42 Năm 2014 120859.64ha tương ứng với NDVI từ 0,26 đến 0,59 Hình 10: Biểu đồ thể mối quan hệ số thực vật giai đoạn Để rõ hơn, mối tương quan NDVI phân tích qua xác định mức độ quan hệ NDVI thời gian khác Theo bảng ta có tương quan năm Năm 1994 năm 2003 R2 =0,998; năm 2014 2003 là R2 =1,00; năm 2014 1994 R2 =0,999 Hệ số tương qua phản ánh mối qua hệ tập hợp biến, nằm vùng từ -1 đến 1, giá trị nằm khoảng từ - (+1), gọi tương qua thuận, giá trị từ (- 1) - gọi tương quan nghịch Qua giá trị tương quan thấy mức độ phủ xanh thực vật năm 2014 1994 có mối quan hệ tuyệt đối chặt Kết luận Năm 1994 thực vật xanh phủ phổ biến phần lớn diện tích Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng Năm 2003 có biến đổi mạnh mức độ phủ xanh theo chiều hướng giảm Năm 2014, mức độ phủ xanh biến động tăng, tương đương với năm 1994 Chỉ số thực vật năm 2003 giảm điều thể hệ mức độ che phủ xanh bị tác động làm tổn hại đến lớp phủ bề mặt Có thể giai đoạn thảm thực vật bị tác động hoạt động xây dựng sở hạ tầng qua khu vực - đường Hồ Chí Minh nhánh tây Năm 2014 so với năm 2003 có phục hồi mạnh mẽ thảm thực vật Điều chứng tỏ thảm thực vật bảo vệ an toàn Application of Remote Sensing to research vegetation through analysis of vegetation index (NDVI): a case study in National Park Phong Nha - Ke Bang Author: Võ Văn Trí1, Trần Xn Mùi2,Nguyễn Thái Dũng1, Đồn Nam Thành2 Abstract NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) is value to determine the greenness of vegetation through which to assess the state of the vegetation cover in the certain region The study focused on analyzing the values of NDVI and its corresponding area by using remote sensing images the years of 1994, 2003 and 2014 The results showed that the vegetation has been changed in terms of different times in Phong Nha Ke Bang National Park Monitoring the variation of vegetation so as to find the cause of the impact on the vegetation and propose measures to restore forest resources Keywords: Remote Sensing, NDVI, Landsat, variation Sciences and International Cooperation, Phong Nha - Ke Bang National Park, Agricultural and Indiustrial Technique School of Quang Binh TÀI LIỆU THAM KHẢO Robert E Burgan, Roberta A Hartford, Jeffery C Eidenshink, 1996 Using NDVI to Assess Departure From Average Greenness and its Relation to Fire Business USA: United States Department of Agriculture Phong Nha Ke Bang National Park, 2014 Renomination expanding Ciretrion viii and Inscription on Criteria ix and x Linghui Guo , 2014 NDVI-Based Vegetation Change in Inner Mongolia from 1982 to 2006 and Its Relationship to Climate at the Biome Scale Hindawi Publishing Corporation Volume 2014, Article ID 692068,12 pages http://landsat.usgs.gov/about_mission_history.php 10 Filename: Directory: Template: Nghien cuu tuong quan_mui_vovantri C:\Users\SONY\Desktop C:\Users\SONY\AppData\Roaming\Microsoft\Templates \Normal.dotm Title: Sự tương quan số thực vật (NDVI) nhiệt độ bề mặt khu vực Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng thông qua phân tích ảnh viễn thám Subject: Author: USER32 Keywords: Comments: Creation Date: 2/3/2015 4:11:00 PM Change Number: Last Saved On: 2/4/2015 3:40:00 PM Last Saved By: SONY Total Editing Time: 39 Minutes Last Printed On: 2/5/2015 10:17:00 AM As of Last Complete Printing Number of Pages: 10 Number of Words: 1,631 (approx.) Number of Characters: 9,300 (approx.) ... hưởng làm biến động lớp phủ bề mặt Ngồi ra, thơng qua phân tích số thực vật để bổ trợ thêm cho trình phân loại lớp phủ theo dõi diễn biến tài nguyên khu vực 2.Vật liệu phương pháp nghiên cứu 2.1... 1994 thực vật xanh phủ phổ biến phần lớn diện tích Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng Năm 2003 có biến đổi mạnh mức độ phủ xanh theo chiều hướng giảm Năm 2014, mức độ phủ xanh biến động tăng, tương... 1996) Hình Ví trí nghiên cứu Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng có 11 kiểu thảm thực vật, độ che phủ 93% (Phong Nha Ke Bang National Park, 2014) Thảm thực vật rừng thường bị tác động tập quán sản