IV. Những điểm mới của đề tài
1.3. Các công trình liên quan đến đề tài
* Đề tài: Sử dụng tư liệu viễn thám đa thời gian đánh giá biến động chỉ số thực vật lớp phủ và một số phân tích về thời vụ và trạng thái sinh trưởng của cây lúa ở đồng bằng Sông Hồng và Đồng Bằng Sông Cửu Long. [8]
Bài viết bước đầu ứng dụng tư liệu ảnh viễn thám MODIS tổ hợp 32 ngày để tính toán đánh giá sự biến động chỉ số thực vật NDVI, VCI và một số phân tích về thời vụ và trạng thái sinh trưởng của cây lúa ở đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu cho thấy:
- Biến động chỉ số thực vật ở đồng bằng Sông Hồng:
một đồ thị hình Sin, xuất hiện cực đại ở hai thời điểm trong năm đó là khoảng tháng 4 – 5 và tháng 8 - 9 rõ ràng đây là hai thời kỳ lúa phát triển tốt nhất trong năm tương ứng là vụ lúa Đông Xuân và vụ lúa Mùa. Giá trị NDVI cực tiểu cũng xuất hiện vào thời điểm trong khoảng cuối năm trước đầu năm sau và trong khoảng tháng 6 – 7 đây là hai thời kỳ lúa đang thu hoạch hoặc đã thu hoạch xong.
Hình 1.7. Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng sông Hồng
- Biến động chỉ số thực vật ở đồng bằng Sông Cửu Long:
Biến động chỉ số NDVI ở đồng bằng Sông Cửu Long được thể hiện ở hình 1.7. Sự biến động của chỉ số NDVI ở đây rất khác so với sự biến đọng chỉ số NDVI ở đồng bằng sông Hồng, nguyên nhân chủ yếu là thời vụ gieo trồng ở hai vùng rất khác nhau. Trong khoảng từ tháng 8 năm trước đến tháng 3 năm sau chỉ số NDVI của các năm nghiên cứu đều có chung một xu thế rất ổn định, giá trị NDVI đạt cực đại vào khoảng tháng 1 – 2 hàng năm đây là thời kỳ cây trồng phát triển tốt nhất, tương ứng với vụ Đông Xuân lúa đã kết thúc thời đẻ nhánh. Từ tháng 4 đến tháng 8 chỉ số NDVI của các năm diễn biến phức tạp, mỗi năm giá trị NDVI xuất hiện cực đại ở các tháng khác nhau, nguyên nhân chủ yếu có thể ở mỗi địa phương trong giai đoạn này ngoài vụ lúa Hè Thu còn có thêm vụ lúa Mùa xen kẽ và thời vụ mỗi năm có sự thay đổi nhất định. Ở giai đoạn này, mỗi năm chỉ số NDVI biến động là khác nhau nhưng mỗi năm vẫn chỉ có một giá trị cực đại và hai giá trị cực tiểu hoàn toàn phù hợp với quy luật sinh trưởng và phát triển của cây lúa và chứng tỏ giai đoạn này vẫn chỉ có một vụ sản xuất chính.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII
2001 2002 2003 2004 2005
Hình 1.8. Biến động chỉ số NDVI qua các năm đồng bằng Sông Cửu Long
* Đề tài: Ứng dụng tư liệu viễn thám vệ tinh để giám sát sự tăng trưởng của cây lúa. [3]
Bài báo đề cập đến việc sử dụng tư liệu viễn thám vệ tinh đã chứng tỏ khả năng ứng dụng để theo dõi sự phát triển mùa vụ lúa, đặc biệt sử dụng tư liệu viễn thám redar ERS2-SAR của cơ quan Không gian châu Âu (ESA) cho vùng lúa đồng bằng Sông Cửu Long, nơi có hệ thống cơ cấu mùa vụ rất phức tạp.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
IX X XI XII I II III IV V VI VII VIII
2001 2002 2003 2004 2005
Chương 2. MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mục tiêu cụ thể
- Nắm được lịch thời vụ trồng lúa trong năm, diễn biến của công tác xuống giống và thu hoạch cây lúa trong mùa vụ mùa vụ Hè Thu 2014 và Đông Xuân 2014 – 2015 trên địa bàn Tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Sử dụng ảnh viễn thám MODIS để theo dõi, quản lý xuống giống và thu hoạch cây lúa.
2.2. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu
1) Đối tượng nghiên cứu:
- Ảnh viễn thám MODIS TERRA/AQUA.
- Diện tích đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế. 2) Phạm vi nghiên cứu:
- Phạm vi không gian: Tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Phạm vi thời gian: Từ ngày 15/09/2014 đến ngày 15/03/2015.
2.3. Nội dung nghiên cứu và các kết quả đạt được
- Đặc điểm tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế.
- Nghiên cứu tình hình sử dụng đất trồng lúa trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế. - Nghiên cứu quy trình thực hiện phân tích ảnh viễn thám MODIS TERRA/AQUA. - Xác định mối quan hệ giữa chỉ số thực vật khác biệt NDVI với sự phát triển của cây lúa.
- Theo dõi diễn biến công tác xuống giống và thu hoạch cây lúa của người dân. - Đánh giá những ưu điểm và tồn tại của ứng dụng.
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp thống kê
Phương pháp thống kê xác định các chỉ số, so sánh, đối chiếu và cân đối trong nghiên cứu các chỉ tiêu, nội dung, các kiểu, hiện tượng có quan hệ với nhau trong tổng thể. Thực hiện phân tổ thống kê, xác định các tiêu chí phản ánh kết quả của việc sử dụng đất trồng lúa cả về số lượng và chất lượng. Qua các số liệu thống kê rút ra kết luận về diện tích đất trồng, theo dõi sự phát triển của cây lúa.
2.4.2. Phương pháp chuyên gia, chuyên khảo
Thực hiện phương pháp này bằng cách tham khảo ý kiến của các nhà quản lý, các chuyên gia và các cán bộ chuyên môn ở cơ sở, đặc biệt là cán bộ nông nghiệp và địa chính cấp thành phố, huyện và xã. Phương pháp điền dã và thảo luận giúp hiểu biết hiện trường sản xuất, cách thức sử dụng đất và bố trí cây trồng,… của hộ nông dân trong thời gian điều tra thực địa. Ngoài ra, việc bàn bạc, trao đổi, thảo luận với một số nông dân và cán bộ có nhiều kinh nghiệm trong sản xuất là rất quan trọng, nhằm thống nhất ý kiến nhận định, những khó khăn mà người quản lý gặp phải. Ngoài ra, thực hiện việc tra cứu các công trình đã công bố, từ đó lựa chọn, kế thừa và vận dụng có chọn lọc những vấn đề phù hợp với nội dung nghiên cứu.
2.4.3. Phương pháp thu thập thông tin, số liệu
Các thông tin, số liệu phục vụ cho việc phân tích và đánh giá tình hình được thu thập dần dần từng bước, qua việc sử dụng nhiều phương pháp khác nhau. Trong quá trình thu thập số liệu luôn được bổ sung hoặc chỉnh lý cho phù hợp với thực tế.
Phương pháp này thu thập các thông tin, số liệu có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến quá trình nghiên cứu của luận văn đã được công bố chính thức ở các cấp, các ngành. Thông tin, số liệu này chủ yếu bao gồm: Niên giám thống kê; các loại bản đồ và tư liệu ảnh liên quan đến khu vực nghiên cứu; các số liệu thống kê và kiểm kê hàng năm hoặc định kỳ; các công trình nghiên cứu, đề tài và các tạp chí khoa học thuộc các bộ, ngành, sở, ban ở trung ương và các địa phương.
2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu
Đối với thông tin, số liệu đã có sẵn, sau khi thu thập được, toàn bộ những thông tin số liệu này được kiểm tra ở ba khía cạnh: Đầy đủ, chính xác và khẳng định độ tin cậy. Sau đó được xử lý trên bảng tính Excel và thông qua kết quả tính toán, xử lý để so sánh, đánh giá và rút ra kết luận cần thiết; đối với tư liệu dạng ảnh và bản đồ cần được nắn chỉnh hình học để đưa tư liệu thu thập được về cùng một hệ tọa độ.
Thông tin, số liệu mới thu thập được tại các cuộc điều tra đều được kiểm tra, bổ sung và chỉnh lý sau đó được thực hiện trên bảng tính Excel để tổng hợp và phân tích. Trong quá trình nghiên cứu, xử lý số liệu và phương pháp phân tổ thống kê được coi là biện pháp chủ đạo để đánh giá phân tích, so sánh nhằm rút ra kết luận và đánh giá đúng thực trạng vấn đề cần nghiên cứu.
2.4.5. Phương pháp xử lý ảnh bằng công nghệ số
- Nắn ảnh và xây dựng bản đồ bằng phần mềm ENVI và GIS:
+ Ảnh sau khi nắn xong được số hóa tự động trên phần mềm ENVI và được biên tập lại trên phần mềm chuyên ngành ArcGIS để thu được bản đồ.
- Giải đoán ảnh vệ tinh:
Lựa chọn phần mềm ứng dụng phù hợp với mục tiêu, nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu. Phần mềm được sử dụng phải thỏa mãn được các yêu cầu như: Xử lý với độ chính xác cao và dễ sử dụng, được ứng dụng rộng rãi, số liệu thu thập được sau khi xử lý có tính khả thi cao và dễ dàng liên kết được với các phần mềm khác.
- Đánh giá độ chính xác bản đồ sau giải đoán:
Phương pháp đánh giá độ chính xác của bản đồ sản phẩm sau khi giải đoán ảnh vệ tinh đa thời gian là kiểm tra đối soát ngoài thực địa. Bản đồ thu được có đặc điểm phản ánh trung thực bề mặt trái đất tại thời điểm bay chụp. Công việc này thường được tiến hành với sự hỗ trợ của các cán bộ địa phương và GPS cầm tay, đánh giá độ chính xác của các điểm đại diện cho cả bản đồ, sau đó đánh giá độ chính xác của toàn bản đồ. Từ đó, tìm ra mối tương quan giữa giá trị NDVI trong ảnh với hiện trạng và giai đoạn phát triển của thực vật. Từ các giá trị này ta vẽ được biểu đồ (bằng phần mềm excel) thể hiện sự biến đổi theo thời gian của các giá trị NDVI trong các vùng trồng lúa qua các ảnh chụp ở các thời điểm khác nhau. Qua kết quả này ta có thể xác định được thời điểm xuống giống cây lúa, các thời kỳ phát triển của cây lúa. Qua đây theo dõi được sự biến đổi theo thời gian của NDVI qua các giai đoạn phát triển và các vụ sản xuất lúa trong năm.
- Xử lý bản đồ sau giải đoán:
Bản đồ sau khi được giải đoán bằng phần mềm chuyên ngành được chuyển sang phần mềm ArcGIS để xử lý.
- Tính chỉ số thực vật NDVI (The Normalized Diffrence Vegetation Index): Chỉ số thực vật được phân tách từ các băng nhìn thấy, cận hồng ngoại và dải đỏ là các tham số trung gian mà từ đó có thể thấy được các đặc tính khác nhau của thảm thực vật như: Sinh khối, chỉ số diện tích lá, khả năng quang hợp các sản phẩm sinh khối theo mùa. Những đặc tính đó có liên quan, phụ thuộc rất nhiều vào dạng thực vật bao phủ và thời tiết, đặc tính sinh lý, sinh hóa, sâu bệnh... Công nghệ gần đúng để giám sát đặc tính các hệ sinh thái khác nhau là phép nhận dạng chuẩn và phép so sánh giữa chúng. [11]
Có nhiều các chỉ số thực vật khác nhau, nhưng chỉ số thực vật khác biệt (NDVI) được trung bình hóa trong một chuỗi số liệu theo thời gian sẽ là công thức cơ bản để giám sát sự thay đổi trạng thái lớp phủ thực vật, trên cơ sở đó biết được tác động của thời tiết, khí hậu đến sinh quyển. Chỉ số thực vật NDVI được tính theo công thức sau.
Bảng 2.1. Công thức tính chỉ số khác biệt thực vật [11]
Chỉ số Công thức Người phát triển
NDVI (The Normalized Diffrence Vegetation Index – Chỉ số thực vật khác biệt)
NDIV = NIR − RED
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên – kinh tế xã hội tỉnh Thừa Thiên Huế
3.1.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên
3.1.1.1. Vị trí địa lý
Thừa Thiên Huế có vị trí trung độ trên trục giao lưu Bắc - Nam và hành lang kinh tế Đông - Tây, tạo thuận lợi trong mở rộng quan hệ hợp tác, giao lưu, phát triển kinh tế trong và ngoài nước.
Thừa Thiên Huế giáp tỉnh Quảng Trị ở phía Bắc; phía Nam giáp thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam; phía Tây giáp nước CHDCND Lào; phía Đông giáp Biển Đông. Lãnh thổ kéo dài từ 15059'30''Bắc đến 16044'30''Bắc; 107000'56''Đông đến 108012'57''Đông. [5]
Hình 3.1. Sơ đồ vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế
3.1.1.2. Địa hình
Địa hình kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam, thấp dần từ Tây sang Đông và phân hóa thành các vùng: núi (núi thấp và núi trung bình), gò đồi (gò đồi thấp, đồi trung bình, đồi cao), đồng bằng, vùng đầm phá và cồn cát ven biển. Địa hình có độ dốc lớn (có 54% diện tích đất có độ dốc trên 250), vùng đồng bằng duyên hải chỉ chiếm diện tích nhỏ hẹp. Đặc điểm địa hình kể trên vừa tạo ra khả năng đa dạng hóa cây trồng, vật nuôi nhưng cũng đặt ra vấn đề cấp thiết là cần xây dựng các mô hình sản xuất nông - lâm nghiệp phù hợp với mỗi dạng
3.1.1.3. Khí hậu
Thừa Thiên Huế có khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, mang tính chất chuyển tiếp giữa khí hậu miền Bắc và miền Nam.
Chế độ nhiệt: Thừa Thiên Huế có một nền nhiệt độ cao, tiêu biểu cho chế độ nhiệt ở vùng nhiệt đới. Toàn tỉnh có tổng nhiệt độ trung bình năm dao động từ 8.0000C – 9.0000C, nhiệt độ trung bình năm trên 210C, nhiệt độ trung bình tháng lạnh nhất không dưới 170C, tháng nóng nhất vượt quá 300C, biên độ nhiệt năm bé.
Chế độ mưa, ẩm: Thừa Thiên Huế là vùng có lượng mưa lớn, trung bình từ 2.100 - 2.900 mm, cao nhất đạt 3.800 - 4.900 mm, lượng mưa thấp nhất cũng đạt 1.500 – 1.800 mm, số ngày mưa từ 120 - 190 ngày/năm. Mưa phân hóa theo mùa, mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 1 năm sau, chiếm hơn 75% lượng mưa của cả năm. Lượng mưa ngày lớn nhất từ 400 - 650 mm, cực đại đến 1.000 mm. Độ ẩm trung bình năm ở Thừa Thiên Huế tương đối cao, dao động từ 83 - 87% và phân biệt thành hai mùa rõ rệt, thời gian độ ẩm không khí thấp kéo dài từ tháng IV đến tháng VIII (trùng với thời kỳ có gió Tây Nam khô nóng hoạt động), còn từ tháng X đến tháng III độ ẩm tăng cao.
Chế độ gió: Nằm trong khu vực gió mùa Đông Nam Á, Thừa Thiên Huế chịu sự chi phối của 2 luồng gió mùa chính trong năm. Về mùa đông (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau), hướng gió thịnh hành là Tây Bắc, Đông Bắc. Từ tháng V đến tháng IX là thời kỳ hoạt động của gió mùa Tây Nam, Đông hoặc Đông Nam, trong mùa này do hiệu ứng địa hình nên có gió Tây Nam khô nóng hoạt động làm tăng nhiệt độ đến 370C có khi đến 410C, độ ẩm giảm xuống còn rất thấp chỉ còn 30 - 45%.
Một số hiện tượng thời tiết đặc biệt khác: Thừa Thiên Huế là vùng thường xuyên chịu ảnh hưởng của các hiện tượng cực đoan gây bất lợi cho đời sống và sản xuất của con người như bão, áp thấp nhiệt đới, gió Tây Nam khô nóng, dông, lốc, mưa đá…
Tính chất nhiệt đới ẩm của khí hậu tạo thuận lợi để tỉnh Thừa Thiên Huế phát triển nền nông nghiệp nhiệt đới với sự đa dạng các giống loài cây trồng, vật nuôi. Tính mùa của khí hậu quy định tính mùa trong sản xuất, đòi hỏi phải có sự bố trí cơ cấu mùa vụ thích hợp, tính thất thường của khí hậu đặt ra các yêu cầu về giống, thủy lợi… để hạn chế tối đa các thiệt hại do lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn, sương mù… gây ra. [5]
3.1.1.4. Thủy văn
Hệ thống thuỷ văn ở Thừa Thiên Huế hết sức phức tạp và độc đáo. Tính phức tạp và độc đáo thể hiện ở chỗ hầu hết các con sông đan nối vào nhau thành một mạng lưới chằng chịt: sông Ô Lâu - phá Tam Giang - sông Hương - sông Lợi Nông - sông Đại Giang - sông Hà Tạ - sông Cống Quan - sông Truồi - sông Nong - đầm Cầu Hai. Tính