3.2.1.2. Phân tích chỉ số chất lượng mức độ khơ hạn nhiệt độ- thực vật
Khô hạn hay hạn hán là một trong những hiện tượng mơi trường có tác động trực tiếp đến khả năng hoang mạc hóa và gây nên sự sụt giảm sản lượng nông nghiệp. Thông thường hạn hán thường xảy ra trên diện rộng, việc quan trắc bằng các phương pháp truyền thống rất khó khăn, đặc biệt ở những nước đang phát triển với những hạn chế đáng kể trong việc đầu tư cho hệ th ống quan trắc các tham số môi trường. Do vậy, ảnh vệ tinh quan sát trái đất rất có ích và rất đáng được quan tâm cho nghiên cứu khơ hạn. Dữ liệu ảnh Landsat có thể cung cấp thơng tin về bề mặt trái đất trong các kênh phổ khác nhau: các kênh phổ nhìn thấy, kênh hồng ngoại gần, sóng ngắn và kênh nhiệt. Chỉ số thực vật chuẩn NDVI kết hợp thông tin trong kênh phổ màu đỏ và kênh hồng ngoại gần đãđược sử dụng một cách hiệu quả trong quan trắc tình trạng/sức khỏe lớp phủ thực vật. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằn g, NDVI không nhạy cảm lắm với sự thiếu nước của thực vật vì thực vật vẫn xanh khi mới bắt đầu thiếu nước.
Mặt khác, nhiệt độ bề mặt trái đất (Ts) thu được từ kênh phổ nhiệt đặc biệt tại vùng nhiệt đới, là một chỉ thị tốt cho dòng ẩn nhiệt. Nhiệt độ bề mặt (surface temperature) có thể tăng lên rất nhanh khi thực vật thiếu nước và lớp phủ thực vật có tác động đáng kể đến việc xác định nhiệt độ bề mặt. Như vậy, Ts và NDVI kết hợp có thể cung cấp thơng tin về điều kiện sức khỏe thực vật và độ ẩm tại bề mặt trái đất [64]. Khả năng chiết tách những thông tin về cân bằng năng lượng và nước bề mặt hoặc phân loại lớp phủ thông qua quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt (Ts) và chỉ số thực vật chuẩn (NDVI) đãđược nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Và việc nghiên cứu sự phân tán của các pixel trong không gian nhiệt độ bề mặt – chỉ số thực vậtsẽ cung cấp thông tin về điều kiện thực vật và độ ẩm bề mặt. Trong không gian [Ts, NDVI], độ dốc của đường hồi quy liên quan đến mức bay hơi của bề mặt, đến kháng trở của lá cây và đến độ ẩm trung bình của đất. Vị trí của pixel ảnh trong không gian [Ts, NDVI] bị ảnh hưởng bởi rất nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ phủ thực vật, độ ẩm, độ bay hơi, v.v. và những đường đồng mức của các yếu tố chính (độ ẩm, độ bay hơi) có thể vẽ được trong tam giác xác định nên khơng gian [Ts, NDVI]. Với
cùng điều kiện khí hậu thì nhiệt độ bề mặt Ts sẽ nhỏ nhất tại những bề mặt có độ bay hơi cực đại do lượng nước bão hịa - tạo nên đường đáy “rìaướt” của tam giác không gian [Ts, NDVI]. Ngược lại, tại các bề mặt có độ bay hơi cực tiểu do bề mặt rất khơ (dù có hay khơng có phủ thực vật) thì nhiệt độ bề mặt Ts sẽ tăng cực đại – tạo nên đường hạn chế trên “rìa khơ” của tam giác không gian [Ts, NDVI]. Để lượng hóa quan hệ giữa chỉ số thực vật chuẩn và nhiệt độ bề mặt Ts, nhà n ghiên cứu Sandholt đã đề nghị sử dụng chỉ số khô hạn nhiệt độ - thực vật (temperature vegetation dryness index– TVDI ) được xác định theo cơng thức:
min max min Ts Ts Ts Ts TVDI − − = trong đó;
Ts : nhiệt độ quan sát tại pixel ảnh;
Tsmin : nhiệt độ bề mặt cực tiểu trong tam giác xác định rìaướt;
Tsmax : a + b*NDVI nhiệt độ bề mặt cực đại quan sát được cho mỗi khoảng giá trị của NDVI. Đây chính là đường rìa khơđối với ảnh viễn thám;
a, b: hệ số của Tsmaxvà NDVI
TVDI có giá trị 1 tại “rìa khơ” và 0 tại “rìaướt ”
Chỉ số TVDI của một pixel ảnh [Ts, NDVI] được xác định như một tỷ lệ giữa đường a = (Ts– Tsmin) và b = (Tsmax– Tsmin).
Trên cơ sở sự phân bố đám mây giữa chỉ số NDVI và nhiệt độ bề mặt, xác định đượcgiá trịTsmax vàTsmin:
Tsmax = -11,75*NDVI + 314,31 với r2 = 0,96 Tsmin = 4,47*NDVI + 285,35 với r2 = 0,9
Hình 3.8. Quan hệgiữa NDVIvànhiệt độ bềmặt (T)
Hình 3.9. Bản đồ hiệntrạng chất lượng mức độ khô hạn nhiệt độ- thực vật năm 2014 tỉnh Bình Thuận
3.2.2. Các chỉ số chất lượng đánh giá nguy cơ hoang mạc hóa tỉnh Bình Thuận3.2.2.1. Chỉ số chất lượng thực vật 3.2.2.1. Chỉ số chất lượng thực vật
Chỉ số chất lượng thực vật được xây dựng trên cơ sở 3 chỉ số: chỉ số chất lượng mức độ bao phủ thực vật, chỉ số chất lượng khả năng chống xói mịn của thảm thực vật,chỉsố chất lượng khả năng chống khô hạn của thảm thực vật.
3.2.1.1.1. Xác định chỉ số chất lượng mức độ bao phủ thực vật
Thảm thực vật đóng một vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu những ảnh hưởng của hiện tượng sa mạc hóa và th ối hóa đất. Tỷ lệ (%) của thực vật bao gồm cả cây trồng nông nghiệp và thực phủ tự nhiên. Tỷ lệ (%) che phủ của thảm thực vật là một yếu tố đầu vào cần thiết trong mơ hìnhđa tiêu chí đánh giá chất lượng thảm thực vật. Tác giả sử dụng chỉ số thực vật khác biệt NDVI (Normalized Difference Vegetation Index-NDVI) để ước lượng độ che phủ thực vật (xem phụ lục 2.1).
Mối quan hệ giữa chỉ số thực vật NDVI và mức độ bao phủ thực vật được xác định theo quan hệ tuyến tính sau [56]:
NDVI = 0,006* (mức độ bao phủ thực vật) + 0,26 Chỉ số thực vật khác biệt NDVI được tính theo cơng thức:
RED NIR RED NIR NDVI + −
= ; Với NIR: kênh cận hồng ngoại; RED: kênh đỏ.
Theo C. Kosmas [50] mức độ bao phủ thực vật càng thấp thì trọng số gây ra nguy cơ hoang mạc hóa càng cao và mức độ bao phủ thực vật càng cao thì trọng số gây ra nguy cơ hoang mạc hóa càng thấp. Mức độ bao phủ thực vật được thành các ngưỡng <10%, 10-30%, 30-40% và > 40% và trọng số tương ứng được đánh giá từ 1 đến 2 (với 1: tốt –khơng hoặc ítbị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH và 2: rất yếu - bị ảnh hưởng nhiều bởi nguy cơ HMH). Phân lớp và trọng số của chỉ số mức độ bao phủ thực vật được đánh giá theo bảng sau:
Bảng 3.2. Phân lớp và trọng số của chỉsốmức độ bao phủ thực vật
Lớp Mô tả NDVI Độ che phủ Trọng
số
1 Tốt Diện tích mặt nước và
dân cư – giao thông
1 2 Tốt > 0,5 Phủ thực vật > 40% 1 3 Trung bình 0,44-0,5 Phủ thực vật 30- 40% 1,33 4 Yếu 0,32-0,44 Phủ thực vật 10- 30% 1,66 5 Rất yếu < 0,32 Phủ thực vật < 10% 2
Bản đồ hiệntrạng mức độbaophủthực vật năm 2014 tỉnh Bình Thuận (xem phụ lục 2.2)
3.2.1.1.2. Xác định chỉ số chất lượng khả năng chống xói mịn của thảm thực vật
Chỉsốchất lượng thực vật chống xói mịn là lớp phủ mặt đất chỉ ra đối tượng đất và thực phủ của nó có khả năng chống xói mịn. Theo Ahmed A. Afifi và cộng sự [49] phân loại tiêu chuẩn cho sự nhạy cảm của thực vật mặt đất tới xói mịn thì thảm thực vật được phân chia thành các loại chống xói mịn bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH như rừng thường xanh là thảm thực vật ít hoặc không bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH do xói mịn, bên cạnh đó đất nơng nghiệp chưa canh tác, đồi núi trọc, cát đất trống thì lại bị ảnh hưởng nhiều bởi nguy cơ HMH. Do vậy, phân ngưỡng trọng số được đánh giá từ 1 đến 2 (với 1: tốt –khơng hoặc ít bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH và 2: rất yếu - bị ảnh hưởng nhiều bở i nguy cơ HMH). Phân lớp và trọng số của chỉsốthực vật chống xói mịn được đánh giá theo bảng sau:
Bảng 3.3. Phân lớp và trọng số của chỉsốchống xóimịn
Lớp Mơ tả Loại thực vật Trọng số
1 Tốt Diện tích mặt nước và dân cư – giao thông 1
2 Tốt Rừng thường xanh 1
3 Trung bình Rừng rụng lá 1,33
4 Yếu Đất nông nghiệp đang canh tác, đất nông nghiệp ngập nước
1,66
5 Rất yếu Đất nông nghiệp chưa canh tác, đồi núi trọc, cát đất trống
2
3.2.1.1.3. Xác địnhchỉsốchất lượng khả năng chống khô hạn của thảm thực vật
Chỉsốchất lượng thực vật chống khô hạn là lớp phủ mặt đấtchỉ ra đối tượng đất và thực phủ của nó có thể chống lại khơ hạn. Theo Ahmed A. Afifi và cộng sự [49] phân loại tiêu chuẩn cho sự nhạy cảm của thực vật mặt đất tới khơ hạn thì thảm thực vật được phân chia thành các loại chống khô hạn bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH như rừng thường xanh là thảm thực vật ít hoặc khơng bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH dokhơ hạn, bên cạnh đócát, đất trống thì lại bị ảnh hưởng nhiều bởi nguy cơ HMH. Do vậy, phân ngưỡng trọng số được đánh giá từ 1 đến 2 (với 1: tốt – khơng hoặc ít bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH và 2: rất yếu - bị ảnh hưởng nhiều bởi nguy cơ HMH). Phân lớp và trọng số của chỉ số thực vật chống khô hạn được đánh giá theo bảng sau::
Bảng 3.4. Phânlớp và trọng số của chỉsốchống khô hạn
Lớp Mô tả Loại thực vật Trọng số
1 Tốt Diện tích mặt nước và dân cư – giao thơng 1
2 Tốt Rừng thường xanh 1
3 Trung bình Rừng rụng lá, đất nông nghiệp đang canh tác, đất nông nghiệp ngập nước
1,33
4 Yếu Đất nông nghiệp chưa canh tác, đồi núi trọc 1,66
5 Rất yếu Cát, đất trống 2
Bản đồ hiệntrạng khả năng chống khơ hạn năm 2014 tỉnh Bình Thuận (xem phụ lục 2.4)
3.2.1.1.4. Xác địnhchỉsốchất lượng thảm thực vật
Ảnh vệ tinh Landsat-8 đãđược phân loại và xác định các loại hình lớp phủ thực vật thơng qua phương pháp phân loại có kiểm định của tỉnh Bình Thuận. Các loại thực vật khác nhau đãđược đánh giá với trọng số giá trị cho từng yếu tố chất lượng như khả năng chống cháy, khả năng chống xói mịn, khả năng chống khơ hạn. Từ đó, xác định yếu tố chất lượng thảm thực vật, phân lớp và ngưỡng giá của chỉ số chất lượng thảm thực vật [49]:
VQI = ([Khả năng chống xói mịn chođất]* [Khả năng chốngkhô hạn]*[Mức độ che phủ của thực vật])1/3
Phân lớp của chỉ số chất lượng thảm thực vật [49] được chia làm bốn lớp: tốt, trung bình, yếu và rất yếu. Tương ứng với phân lớp là giá trị trọng số được đánh giá lần lượt là: < 1,2; 1,2-1,4; 1,4-1,6 và >1,6 (< 1,2– khơng hoặc ít bị ảnh hưởng bởi nguy cơ HMH và >1,6 – bị ảnh hưởng nhiều bởi nguy cơ HMH)..
Bảng 3.5. Phân lớp và ngưỡng giá trị của chỉsốchất lượng thảm thực vật
Lớp Mơ tả Ngưỡng giá trị
1 Tốt <1,2
2 Trung bình 1,2-1,4
3 Yếu 1,4-1,6
4 Rất yếu >1,6