Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian đánh giá mối quan hệ giữa yếu tố nhiệt độ với thảm thực vật rừng tại vườn quốc gia cát bà thành phố hải phòng

LỜI CẢM ƠN Đƣợc đồng ý Khoa Quản lý tài nguyên rừng Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam Vƣờn quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phịng tơi tiến hành thực đề tài: “Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian đánh giá mối quan hệ yếu tố nhiệt độ với thảm thực vật rừng Vườn quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng” Để thực đƣợc đề tài nhận đƣợc quan tâm, động viên, giúp đỡ từ phía thầy cơ, bạn bè gia đình Tơi xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám Hiệu trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam, quý thầy cô dạy ngành Quản lý tài nguyên thiên nhiên tạo môi trƣờng học tập tốt nhất, giúp học hỏi mở mang kiến thức suốt thời gian năm học Chân thành cảm ơn cán bộ, nhân viên thuộc Vƣờn quốc gia Cát Bà bảo, giúp đỡ tơi tận tình suốt trình điều tra, khảo sát thực địa Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy TS.Nguyễn Hải Hòa – Trƣởng Bộ môn Kỹ thuật môi trƣờng, Trƣờng Đại học Lâm Nghiệp Việt Nam ngƣời tận tình hƣớng dẫn tơi suốt thời gian thực đề tài Cảm ơn gia đình, bạn bè cổ vũ động viên tơi q trình học tập trƣờng Tuy có cố gắng nhƣng thời gian trình độ có hạn nên chắn khóa luận cịn nhiều thiếu sót hạn chế định Kính mong nhận đƣợc góp ý thầy bạn Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Thị Loan MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ ĐẶT VẤN ĐỀ CHƢƠNG I TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan chung công nghệ viễn thám GIS 1.1.1 Các khái niệm công nghệ viễn thám, GIS 1.1.2 Nguyên lý hoạt động viễn thám 1.1.3 Ƣu điểm lịch sử phát triển công nghệ viễn thám 1.2 Phát triển công nghệ viễn thám giới Việt Nam 1.2.1 Trên giới 1.2.2 Ở Việt Nam 10 1.3 Tổng quan ảnh đa thời gian (ảnh Landsat) 10 1.4 Ứng dụng số thực vật nghiên cứu lớp phủ 14 1.4.1 Trên giới 14 1.4.2 Tại Việt Nam 16 1.5 Tổng quan chung công nghiệp hóa nóng lên tồn cầu, biến đổi khí hậu 17 1.6 Ứng dụng ảnh Landsat nghiên cứu thảm che nhiệt độ 19 1.6.1 Trên giới 19 1.6.2 Tại Việt Nam 20 1.7 Giới thiệu phần mềm thống kê R 21 1.8 Tính cấp thiết vấn đề nghiên cứu 21 CHƢƠNG II MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 24 2.1.1 Mục tiêu chung 24 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 24 2.2 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 24 2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu 24 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 24 2.3 Nội dung nghiên cứu 24 2.3.1 Nghiên cứu xây dựng đồ đánh giá thực trạng biến đổi nhiệt độ VQG Cát Bà giai đoạn 2002- 2017 24 2.3.2 Nghiên cứu xây dựng đồ đánh giá thay đổi thảm thực vật rừng VQG Cát Bà giai đoạn 2002- 2017 25 2.3.3 Nghiên cứu mối quan hệ yếu tố nhiệt độ với thảm thực vật VQG Cát Bà 25 2.3.4 Nghiên cứu đề xuất giải pháp bảo vệ phát triển thảm thực vật rừng thích ứng với thay đổi yếu tố nhiệt độ khu vực nghiên cứu 25 2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 25 2.4.1 Phƣơng pháp luận 25 2.4.2 Phƣơng pháp cụ thể 27 2.4.2.1 Nghiên cứu đánh giá thực trạng biến đổi nhiệt độ VQG Cát Bà giai đoạn 2002- 2017 27 2.4.2.2 Nghiên cứu đánh giá thay đổi thảm thực vật rừng VQG Cát Bà giai đoạn 2002- 2017 33 2.4.2.3 Xây dựng mối quan hệ yếu tố nhiệt độ với thảm thực vật VQG Cát Bà 37 2.4.2.4 Đề xuất giải pháp quản lý,bảo vệ phát triển rừng thích ứng với thay đổi yếu tố nhiệt độ khu vực nghiên cứu 37 CHƢƠNG III ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 38 3.1 Đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu 38 3.1.1 Vị trí địa lý ranh giới 38 3.1.2 Địa hình 38 3.1.3 Địa chất, thổ nhƣỡng 39 3.1.4 Khí hậu thuỷ văn 41 3.2 Kinh tế xã hội 42 CHƢƠNG IV KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THỜI GIAN THỰC HIỆN 44 4.1 Xây dựng đồ nhiệt bề măt (LST) VQG Cát Bà qua năm nghiên cứu .44 4.1.1 Kết xây dựng đồ nhiệt bề mặt qua năm nghiên cứu 44 4.1.2 Đánh giá biến động nhiệt độ qua năm nghiên cứu 46 4.2 Xây dựng đồ trạng thảm thực vật rừng năm VQG Cát Bà 47 4.2.1 Hiện trạng thảm thực vật qua năm 47 4.2.2 Xây dựng đồ biến động thảm thực vật VQG Cát Bà qua năm nghiên cứu 50 4.3 Xây dựng mối tƣơng quan nhiệt độ thảm thực vật rừng 52 4.4 Đề xuất giải pháp bảo vệ phát triển thảm thực vật rừng thích ứng với thay đổi yếu tố nhiệt độ khu vực nghiên cứu 60 CHƢƠNG V KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 63 5.1 Kết luận 63 5.2 Tồn 64 5.3 Kiến nghị 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt BĐKH GIS Nghĩa Tiếng việt Biến đổi khí hậu Georaphical Information System: Hệ thống thông tin địa lý GPS NDVI Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu Nomalized Difference Vegetation Index: Chỉ số khác biệt thực vật LST Nhiệt độ bề mặt VQG Vƣờn quốc gia DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Giai đoạn phát triển viễn thám Bảng 1.2 Bảng đặc trƣng Bộ cảm ảnh vệ tinh Landsat Landsat 12 Bảng 2.1 Bảng liệu ảnh Landsat để tài sử dụng 27 Bảng 2.2 Giá trị xạ phổ Landsat 32 Bảng 4.1: Kết nhiệt độ qua năm nghiên cứu 46 Bảng 4.2 Chỉ số NDVI diện tích thảm thực vật 47 Bảng 4.3 Độ xác đồ trạng thảm thực vật năm 2017 49 Bảng 4.5 Độ xác đồ trạng thảm thực vật năm 2009 49 Bảng 4.6 Độ xác đồ trạng thảm thực vật năm 2015 50 Bảng 4.7 Biến động diện tích thảm thực vật qua giai đoạn 51 Bảng 4.8: Kết tƣơng quan LST NDVI 2002 53 Bảng 4.9: Bảng kết tƣơng quan nhiệt độ bề mặt thảm thực vật 2009 54 Bảng 4.10: Bảng kết tƣơng quan nhiệt độ bề mặt thảm thực vật 2017 55 Bảng 4.11: Kết mơ hình LST ~ NDVI2 năm 2002 55 Bảng 4.12 : Kết mơ hình LST ~ NDVI2 năm 2009 56 Bảng 4.13 : Kết mơ hình LST ~ NDVI2 năm 2017 58 Bảng 4.14: Kết mơ hình LST ~ NDVI3 2002 59 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Ngun lý hoạt động viễn thám Hình 1.2 Đồ thị phân bố kênh phổ dải sóng điện từ ảnh vệ tinh Landsat 13 Hình 4.1.Bản đồ nhiệt bề mặt 2002 44 Hình 4.2 Bản đồ giá trị NDVI 2002 44 Hình 4.3 Bản đồ nhiệt bề mặt 2009 44 Hình 4.4 Bản đồ giá trị NDVI 2009 45 Hình 4.5 Bản đồ nhiệt bề mặt 2015 45 Hình 4.6.Bản đồ giá trị NDVI 2015 45 Hình 4.7 Bản đồ nhiệt bề mặt 2017 45 Hình 4.8 Bản đồ giá trị NDVI 2017 45 Hình 4.9: Biều đồ biến động nhiệt qua năm 46 Hình 4.10 Hiện trạng thảm thực vật VQG Cát Bà 2002 47 Hình 4.11 Hiện trạng thảm thực vật VQG Cát Bà 2009 47 Hình 4.12 Hiện trạng thảm thực vật VQG Cát Bà năm 2015 48 Hình 4.13 Hiện trạng thảm thực vật VQG Cát Bà năm 2017 48 Hình 4.14: Bản đồ biến động thảm thực vật rừng giai đoạn 2002 – 2009 51 Hình 4.15: Bản đồ biến động thảm thực vật rừng giai đoạn 2009 – 2015 51 Hình 4.16 Bản đồ biến động thảm thực vật rừng giai đoạn 2015 - 2017 52 Hình 4.17: Biểu đồ tƣơng quan LST ~ NDVI 2002 53 Hình 4.18: Biểu đồ tƣơng quan nhiệt độ bề mặt thảm thực vật 2009 54 Hình 4.19: Biểu đồ kết tƣơng quan LST NDVI 2017 55 Hình 4.20: Biểu đồ kết tƣơng quan LST ~ NDVI2 56 Hình 4.21: Biểu đồ kết mơ hình LST ~ NDVI2 57 Hình 4.22: Biểu đồ tƣơng quan LST ~ NDVI 2017 58 Hình 4.23: Biểu đồ kết tƣơng quan LST ~ NDVI3 2002 59 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ Sơ đồ 2.1 Trình tự xử lý ảnh Landsat xây dựng đồ nhiệt 28 Sơ đồ 2.2 Cách chuyển giá trị từ dạng số sang dạng xạ 32 Sơ đồ 2.3 Trình tự xây dựng đồ trạng rừng năm nghiên cứu 33 TRƢỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUN RỪNG VÀ MƠI TRƢỜNG ================o0o================ TĨM TẮT KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP Tên khóa luận: Ứng dụng ảnh viễn thám đa thời gian đánh giá mối quan hệ yếu tố nhiệt độ với thảm thực vật rừng Vƣờn quốc gia Cát Bà, thành phố Hải Phòng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Loan Giảng viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Hải Hòa Mục tiêu nghiên cứu:  Đánh giá thực trạng biến đổi yếu tố nhiệt độ VQG Cát Bà  Đánh giá mối quan hệ thay đổi giá trị nhiệt độ với thảm thực vật rừng VQG Cát Bà  Dự báo tác động nhiệt độ đến thảm thực vật rừng VQG Cát Bà Nội dung nghiên cứu  Xây dựng đồ nhiệt độ năm VQG Cát Bà với tỷ lệ 1/150.000  Đánh giá biến động nhiệt độ VQG Cát Bà giai đoạn 2002-2017  Xây dựng đồ thảm thực vật năm VQG Cát Bà:2002, 2009, 2017  Xây dựng đồ biến động thảm thực vật theo giai đoạn nghiên cứu: 2002-2009, 2009-2017  Phân tích mối quan hệ yếu tố nhiệt độ bề mặt với thảm thực vật  Đánh giá ảnh hƣởng thay đổi nhiệt độ đến thảm thực vật rừng khu vực nghiên cứu  Đề xuất giải pháp thích ứng với thay đổi yếu tố nhiệt độ khu vực nghiên cứu Kết đạt đƣợc: Xây dựng đồ nhiệt Xây dựng đồ NDVI từ liệu ảnh viễn thám Xây dựng đồ biến động thảm thực vật rừng Đánh giá đƣợc mối tƣơng quan nhiệt độ thảm thực vật rừng khu vực nghiên cứu Đề xuất giải pháp phù hợp để nâng cao thích ứng thảm thực vật rừng khu vực nghiên cứu bối cảnh biến đổi khí hậu Bảng 4.13 : Kết mơ hình LST ~ NDVI2 năm 2017 Call: lm(formula = NDVI ~ LST) Residuals: Min 1Q Median 3Q Max -0.089957 -0.028874 -0.001104 0.021582 0.255489 Coefficients: Estimate Std Error t value Pr(>|t|) (Intercept) 1.493536 0.062528 23.89