L ỜI CẢM ƠN
2.4. Phương pháp nghiên cứu
2.4.2. Phương pháp nghiên cứu cụ thể
2.4.2.1. Phương pháp thu thập dữ liệu thứ cấp và và xử lý số liệu
Nghiên cứu đã tiến hành thu thập các thông tin về số liệu diễn biến rừng hàng năm từ phòng QLBVR và Cục Kiểm lâm, dữ liệu kiểm kê rừng công bốnăm 2016 của UBND tỉnh Thừa Thiên Huế để có những thơng tin về số liệu về diện tích đất lâm nghiệp, diện tích các loại rừng, xu thế diễn biến rừng và độ che phủ tại khu vực nghiên cứu.
Nghiên cứu cũng tiến hành thu thập thông tin về số lượng cán bộ và hoạt động của Kiểm lâm địa phương trong công tác ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS trong nghiên cứu biến động, phát hiện mất rừng và quản lý tài nguyên rừng tại khu vực nghiên cứu.
2.4.2.2. Xác định và lựa chọn một số chỉ số viễn thám để theo dõi và giám sát mất rừng tại khu vực nghiên cứu.
Các chỉ số có liên quan đến thực vật sẽ được sử dụng chủ yếu trong nghiên cứu này dựa trên việc tham khảo các bài báo, cơng trình nghiên cứu
trong và ngồi nước về sử dụng các chỉ số viễn thám trong theo dõi và giám sát rừng, trong đó tập trung vào các chỉ sốsau đây.
a)Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index)
NDVI là một thuật toán tiêu chuẩn được thiết kế đểước tính chất lượng thảm thực vật màu xanh lá cây trên mặt đất bằng phép đo phản xạ ở bước sóng màu đỏ và cận hồng ngoại. Chỉ số này xác định các giá trị từ -1,0 đến 1,0 về cơ bản đại diện cho màu xanh lá cây, trong đó các giá trị âm chủ yếu được hình thành từ mây, nước và các giá trị gần bằng 0 chủ yếu được hình thành từ đá và đất trống, các giá trị rất nhỏ (0,1 hoặc ít hơn) tương ứng với các khu vực đất trống có đá, cát. Giá trị vừa phải (từ 0,2 đến 0,3) đại diện cho cây bụi và đồng cỏ, trong khi giá trị lớn (từ 0,6 đến 0,8) đại diện rừng ôn đới, nhiệt đới [39, 40] và được tính bằng cơng thức:
NDVI = [40];
b)Chỉ số hỏa hoạn NBR (Normalized Burn Ratio)
NBR là chỉ số được sử dụng để làm nổi bật các khu vực bị đốt sau đám cháy. Phương trình của chỉ số thực vật NBR bao gồm các phép đo ở cả hai bước sóng NIR và SWIR: Thảm thực vật khỏe mạnh cho thấy độ phản xạ cao trong phổ NIR, trong khi các khu vực thực vật bịđốt cháy gần đây phản xạ rất cao trong phổ SWIR. Chỉ số hỏa hoạn NBR đã trở thành công cụđặc biệt trong những năm qua khi điều kiện thời tiết khắc nghiệt (như hạn hán El Nino) gây ra sựgia tăng đáng kể trong các vụ cháy rừng phá hủy sinh khối rừng.
Để thực hiện tính tốn chỉ số thực vật NBR, người ta cần các kênh phổ thuộc dải hồng ngoại gần và sóng ngắn, có thể là hình ảnh vệ tinh Landsat-7, Landsat-8, MODIS... Phạm vi của các giá trị nằm trong khoảng từ 1 đến -1.
Công thức của chỉ số quang phổ NBR:
Trong đó NIR là kênh cận hồng ngoại (Near InfraRed), SWIR là hồng ngoại sóng ngắn (Short Wavelength InfraRed).
Trên thực tế, để đánh giá diện tích cháy và mức độ nghiêm trọng của đám cháy, việc sử dụng NBR cho phép chỉ ra những thay đổi rõ nét của cảnh quan do hỏa hoạn gây ra. Đó là sự khác biệt giữa NBR được tính từ ảnh của một khu vực trước và sau đám cháy. Ngồi ra, cịn có chỉ số NBR Thermal 1 sử dụng dải Nhiệt để tăng cường để chỉ ra sự khác biệt chính xác hơn giữa vùng bịđốt cháy và những vùng khác.
Chỉ số NBR được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực nông nghiệp và lâm nghiệp nhằm phát hiện các đám cháy đang hoạt động, phân tích mức độ nghiêm trọng của vụ cháy và theo dõi sự tồn tại của thảm thực vật sau khi đốt.
c)Chỉ số kết hợp giữa NDVI và NBR (IRSI – Integrated Remote Sensing Index)
Nghiên cứu sẽ thử nghiệm việc kết hợp giữa hai chỉ số này để tìm ra khu vực mất rừng với hi vọng kết hợp này sẽ phát huy điểm mạnh của từng chỉ số đồng thời bổ trợ cho nhau khi một trong hai chỉ số không phát huy được thế mạnh. IRSI sẽđược tính dựa trên cơng thức.
IRSI = NDVI + NBR
2.4.2.3. Phương pháp xác định ngưỡng giá trị sử dụng trong giám sát và phát hiện mất rừng
Nghiên cứu đã tiến hành lấy mẫu mất từng cho 3 kỳ quan tâm từ 2017 - 2020 để tiến hành xác định ngưỡng giá trị mất rừng thông qua các chỉ số viễn thám. Khoảng thời gian quan tâm được chia thành 3 kỳ, bao gồm kỳ tháng 4/2017 - tháng 4/2018 (kỳ 1), kỳ tháng 4/2018 - tháng 4/2019 (kỳ 2), kỳ tháng 4/2019 - tháng 5/2020 (kỳ 3). Các bước để xác định một khu vực mất rừng của nghiên cứu dựa trên việc sử dụng ngưỡng giá trị đã xác định, cụ thể theo các bước như sau:
Bước 1: Tải ảnh vệ tinh theo thời gian và khu vực quan tâm.
Dữ liệu ảnh vệ tinh Sentinel-2 trên GEE được lấy với từ kho ee.ImageCollection("COPERNICUS/S2_SR").
Lọc theo thời gian quan tâm: filterDate Lọc theo khu vực quan tâm: filterBounds
Sau khi thu thập được ảnh Sentinel-2. Tiến hành sử dụng phần mềm đánh giá chất lượng ảnh thông qua chỉ sốNIIRS đểđánh giá chất lượng ảnh.
Thang đo Xếp hạng Khả năng Giải đoán Ảnh Quốc gia (NIIRS) (NIIRS) bởi Hiệp hội Imagery Resolution Assessments and Reporting Standards (IRARS) của Hoa Kỳ đã phát triển từ những năm 70 và khá hoàn thiện trong những năm 90 của thế kỷ20. NIIRS đã tạo nên một hệ thống đánh giá ảnh cho các mục đích giải đốn ảnh trong dải sóng nhìn thấy, phục vụ cho xây dựng, đánh giá chất lượng ảnh radar, đa phổ. Ngày nay hệ thống này phát triển thành một hệ thống khá phức tạp với nhiều hạng mục khác nhau.
Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh NIIRS được Hoa Kỳ, NATO và Liên hiệp Anh và cả Canada sử dụng rộng rãi trong đánh giá chất lượng từ đầu thu hàng không và vệ tinh.
Hoa Kỳ, NATO, Anh dùng NIIRS đánh giá chất lượng ảnh được giới thiệu chi tiết tại website: https://fas.org/irp/imint/niirs_c/index.html
Bước 2: Tính giá trị của chỉ số viễn thám và giá trị biến động ∆ = T1 - T2
Trên GEE với từng chỉ số NDVI (.normalizedDifference(['B8', 'B4'])), chỉ số NBR (normalizedDifference(['B8','B12'])), chỉ số IRSI sẽ được kết hợp giữa NDVI + NBR.
Thực hiện phép trừ trên GEE: .subtract
Bước 3: Lọc các khu vực mất rừng theo ngưỡng biến động đã đề xuất.
Các lô không phải là rừng: Sử dụng bản đồ quy hoạch ba loại rừng của tỉnh Thừa Thiên Huế, dữ liệu FRMS desktop để giao cắt và loại bỏ các khu vực không phải là rừng.
Các lô mà thời kỳ T1 là đất trống và T2 là rừng. Nghiên cứu tiến hành lấy mẫu thực địa kết hợp với mẫu dữ liệu từ kết quả kiểm kê rừng năm 2016 và dữ liệu theo dõi diễn biến rừng và đất lâm nghiệp của tỉnh Thừa Thiên Huế tính đến 31/12/2019 được cung cấp bởi phòng QLBVR, CCKL tỉnh Thừa Thiên Huế. Các mẫu này sẽ được đưa vào GEE để tính giá trị của các chỉ số viễn thám và xác định ngưỡng giá trị có rừng và khơng có rừng. Trong phạm vi của nghiên cứu chỉ tính giá trị ngưỡng cho bộ mẫu của tất cả các tháng trong năm 2019. Các bước thực hiện việc xác định ngưỡng giá trị có rừng và khơng có rừng.
2.4.2.4. Phương pháp đánh giá độ chính xác
Phương pháp đánh giá chéo dựa trên mẫu là phương pháp được lựa chọn để đánh giá độ chính xác của các chỉ số được dùng trong nghiên cứu này. Nguyên lý của phương pháp được mơ tảnhư hình dưới đây:
Hình 2.1. Ngun lý phương pháp đánh giá chéo dựa trên mẫu
Như đã trình bày trong Hình 2.1, nghiên cứu kết hợp vị trí và thời gian của các mẫu đối chiếu vị trí mất rừng, sau đó chọn ngẫu nhiên một số mẫu để đánh giá chéo. Đối với một chỉ số nhất định, các mẫu từ chỉ số này vào một số thời điểm được sử dụng để lắp mơ hình vào các mẫu vào các thời điểm khác để đánh giá mơ hình. Điều đó có nghĩa là tập dữ liệu mơ hình hóa và tập dữ liệu đánh giá có thể chứa các mẫu giống nhau. Nhìn chung, cách tiếp cận đánh giá chéo dựa trên mẫu thường được sử dụng để phản ánh khả năng dự đoán tổng thể của các mơ hình tính tốn. Tuy nhiên, cách tiếp cận đánh giá này có một số hạn chế, đó là, cùng một mẫu có thểđược sử dụng đồng thời để lắp mơ hình và đánh giá mơ hình. Điều này mang lại một số sai lệch khi đánh giá khả năng dự đốn của mơ hình đối với việc lập bản đồ dựa trên dữ liệu ảnh viễn thám có xét đến các khảo sát thực tế, bởi vì các vị trí có mất rừng được ước tính có thể khơng số liệu thực địa trong thực tế.
Chương 3
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.1. Điều kiện tự nhiên
Theo niên giám thống kê năm 2019, tỉnh Thừa Thiên Huế có 8 đơn vị hành chính cấp huyện và tương đương gồm 1 thành phố (Huế), 2 thị xã (Hương Thủy, Hương Trà) và 6 huyện (A Lưới, Nam Đông, Phong Điền, Phú Lộc, Phú Vang, Quảng Điền), với diện tích tự nhiên là 5.025,30 km2, dân số năm 2019 là người 1.128.620 người [12].
3.1.1. Vị trí địa lý
a) Tọa độ
Tỉnh Thừa Thiên Huế nằm ở duyên hải miền trung Việt Nam bao gồm phần đất liền và phần lãnh hải thuộc thềm lục địa biển Đông. Phần đất liền Thừa Thiên Huế có tọa độđịa lý như sau [12]:
- Điểm cực Bắc: 16044'30'' vĩ Bắc và 107023'48'' kinh Đông tại thôn Giáp Tây, xã Điền Hương, huyện Phong Điền.
- Điểm cực Nam: 15059'30'' vĩ Bắc và 107041'52'' kinh Đông ởđỉnh núi cực nam, xã Thượng Nhật, huyện Nam Đông.
- Điểm cực Tây: 16022'45'' vĩ Bắc và 107000'56'' kinh Đông tại bản Paré, xã Hồng Thủy, huyện A Lưới.
- Điểm cực Đông: 16013'18'' vĩ Bắc và 108012'57'' kinh Đơng tại bờ phía Đơng đảo Sơn Chà, thị trấn Lăng Cơ, huyện Phú Lộc.
Hình 3.1. Bản đồ hành chính tỉnh Thừa Thiên Huế
(Nguồn [8]) b) Giới hạn và diện tích
Thừa Thiên Huế có chung ranh giới đất liền với tỉnh Quảng Trị, Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng, nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào (có 81 km biên giới với nước CHDCND Lào) và giáp biển Đơng [9].
Phía Bắc, từ Đông sang Tây, Thừa Thiên Huế trên đường biên dài 111,671 km tiếp giáp với các huyện Hải Lăng, Đakrông và Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị.
Phía Nam, tỉnh có biên giới chung với huyện Hiên, tỉnh Quảng Nam dài 56,66 km, với huyện Hòa Vang, thành phốĐà Nẵng dài 55,82 km.
Phía Tây, ranh giới tỉnh (cũng là biên giới quốc gia) kéo dài từđiểm phía Bắc (ranh giới tỉnh Thừa Thiên Huế với tỉnh Quảng Trịvà nước Cộng hịa dân chủnhân dân Lào) đến điểm phía Nam (ranh giới tỉnh Thừa Thiên Huế với tỉnh Quảng Nam và nước Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào) dài 87,97 km.
Phía Đơng, tiếp giáp với biển Đơng theo đường bờ biển dài 120 km. Phần đất liền, Thừa Thiên Huế có diện tích 5025,30 km2, kéo dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, nơi dài nhất 120 km (dọc bờ biển), nơi ngắn nhất 44 km (phần phía Tây); mở rộng chiều ngang theo hướng Đông Bắc - Tây Nam với nơi rộng nhất dọc tuyến cắt từ xã Quảng Công (Quảng Điền), phường Tứ Hạ (thị xã Hương Trà) đến xã Sơn Thủy - Ba Lé (A Lưới) 65km và nơi hẹp nhất là khối đất cực Nam chỉ khoảng 2 - 3 km.
Thừa Thiên Huế nằm trên trục giao thông quan trọng xuyên Bắc-Nam, trục hành lang Đông - Tây nối Thái Lan - Lào - Việt Nam theo đường 9. Thừa Thiên Huế ở vào vị trí trung độ của cả nước, nằm giữa thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh là hai trung tâm lớn của hai vùng kinh tế phát triển nhất nước ta. Thừa Thiên Huế cách Hà Nội 660 km, cách thành phố Hồ Chí Minh 1.080 km.
3.1.2. Địa hình
Địa hình Thừa Thiên Huế có cấu tạo dạng bậc khá rõ rệt [9].
- Địa hình núi chiếm khoảng 1/4 diện tích, từ biên giới Việt - Lào và kéo dài đến thành phốĐà Nẵng.
- Địa hình trung du chiếm khoảng một nửa diện tích, độ cao phần lớn dưới 500 m, có đặc điểm chủ yếu là đỉnh rộng, sườn thoải và phần lớn là đồi bát úp, với chiều rộng vài trăm mét.
- Đồng bằng Thừa Thiên Huếđiển hình cho kiểu đồng bằng mài mịn, tích tụ, có cồn cát, đầm phá. Diện tích vùng đồng bằng chiếm khoảng 1.400 km2.
3.1.3. Khí hậu
a) Nhiệt độ
Nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa cho nên thời tiết diễn ra theo chu kỳ 4 mùa, mùa xuân mát mẻ, ấm áp; mùa hè nóng bức; mùa thu dịu và mùa đơng gió rét. Nhiệt độ trung bình cả năm 250C. Số giờ nắng cả năm là 2.000 giờ. Mùa du lịch đẹp nhất từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau [9].
b) Lượng mưa
Là một trong các tỉnh nằm ở phía Đơng dãy Trường Sơn của miền duyên hải Trung bộ nên chế độ mưa, lượng mưa ở đây vừa chịu sự chi phối của cơ chế hồn lưu gió mùa Đơng Nam Á, vừa bị tác động mạnh mẽ của vị trí địa lý (địa thế) và điều kiện địa hình. Nói chung, chế độ mưa Thừa Thiên Huế mang nhiều đặc điểm khác với chế độ mưa ở Bắc Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ. Mùa mưa ở Bắc Bộ, Tây Nguyên và Nam Bộ gắn liền với hoạt động gió mùa hè Tây Nam, cịn mùa mưa ở Thừa Thiên Huế lại liên quan chặt chẽ với gió mùa mùa đơng Đơng Bắc thời kỳ đầu (khi các nhiễu động nhiệt đới chưa lùi hẳn về phía Nam). Nếu như vào các tháng 6 - 8 trên lãnh thổ phía Bắc là thời kỳmưa do ảnh hưởng của bão, hội tụ nhiệt đới, áp thấp nhiệt đới, đường đứt cịn đang ở vĩ độ cao, thì miền Trung lại trải qua thời kỳ khơ nóng do hiệu ứng "phơn" khi gió mùa Tây Nam vượt qua dãy Trường Sơn. Nhưng đến các tháng 9, 10, 11 khi vùng hoạt động của nhiễu động nhiệt đới đã lùi hẳn xuống phía Nam, đồng thời gió mùa Đơng Bắc bắt đầu hoạt động mạnh thì mưa lớn bộc phát. Đó là các trận mưa như trút nước, kẻo dài tưởng như không bao giờ dứt [9].
* Mùa mưa và mùa ít mưa
Ở lãnh thổ này khơng có sự khác biệt lớn giữa mùa mưa với mùa khô, mà chỉ có mùa mưa và mùa ít mưa. Trên lãnh thổ Thừa Thiên Huế tồn tại hai vùng chế độ mưa khác nhau, nhưng lại có sự trùng hợp về thời kỳmưa nhiều nhất và mưa ít nhất: vùng núi Nam Đông - A Lưới và vùng đồng bằng duyên hải. Ở đồng bằng duyên hải, mùa mưa (thời kỳ có lượng mưa tháng lớn hơn 100 mm với tần suất >75%) diễn ra trong 4 tháng (9 - 12), cịn mùa ít mưa lại chiếm tới 8 tháng (1 - 8). Thuộc khu vực núi đồi, mùa mưa kéo dài 7 thậm chí 8 tháng (từ tháng 5 hay tháng 6 - 12), ngược lại mùa ít mưa khơng tồn tại quá 4 hoặc 5 tháng (từ tháng 1 - 4 hoặc tháng 5). Về cơ bản mùa mưa và mùa ít mưa ở đồng bằng cũng khá phù hợp với chế độ mưa ở các tỉnh, thành phố từ Đà Nẵng đến Bình Định [9].
Theo số liệu của tổng cục thống kê về lượng mưa các tháng trong năm tại trạm quan trắc khí tượng đặt tại tỉnh Thừa Thiên Huế cho thấy lượng mưa bình quân tính từ năm 2002 - 2019, lượng mưa bình qn thấp nhất từ tháng 2 đến tháng 6, do vậy nghiên cứu sẽ tập trung vào khoảng thời gian này để tìm ảnh sẽ tránh được việc vệ tinh chụp vào ngày mưa sẽ có tỷ lệ mây trên ảnh cao hơn.
Bảng 3.1. Bảng dữ liệu lượng mưa bình trong năm tại trạm quan trắc khí tượng đặt tại tỉnh Thừa Thiên Huế
Năm/ tháng T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 2019 215.2 0.1 8.6 0.7 125.1 4.5 80.7 213.6 584.5 333.3 376.6 41.7