CHƯƠNG 3. 3.1. Hiện trạng bề mặt khu vực nghiên cứu
3.4. Phân tích quan hệ
3.4.1. Mối quan hệ giữa lớp phủ thực vật và các yếu tố môi trường
Dữ liệu viễn thám từ hệ thống vệ tinh Landsat chụp khu vực nghiên cứu trong thời gian từ năm 1990 đến 2018 được thể hiện trên Hình 3.26, bao gồm: (a) Chỉ số Khác biệt thực vật NDVI, (b) Nhiệt độ bề mặt LST, (c) Tốc độ gió và (d) Lượng mưa.
Đồ thị trên hình 3.26 cho thấy, xu hướng của giá trị NDVI, LST và Lượng mưa tăng đều qua các năm. Sự thay đổi của giá trị NDVI (giá trị trung bình toàn thời gian nghiên cứu 0.17; độ lệch chuẩn 0.04) phản ánh trực tiếp quá trình thay đổi của lớp phủ thực vật và xu hướng thay đổi qua các năm. Trong đó, từ sau năm 2011 đến năm 2018, giá trị NDVI tăng mạnh và có biên độ dao động thấp nhất. Giá trị nhiệt độ bề mặt (LST) trung bình trên toàn khu vực nghiên cứu biến thiên mạnh qua các năm. Nhìn chung, LST có xu hướng tăng dần; từ sau năm 2012, LST có biên độ dao động giảm nhiều hơn so với các thời gian trước đó. Giá trị lượng mưa có xu hướng tăng nhanh và kèm theo đó là mức độ dao động so với giá trị trung bình cao.
Tốc độ gió trung bình toàn thời gian nghiên cứu đạt mức 4.61 m/s , dao động trong khoảng 4.2 đến 5.2 m/s, và xu hướng ổn định qua các năm.
3.4.1.1. Giá trị NDVI và Nhiệt độ bề mặt
Chuỗi giá trị NDVI và Nhiệt độ bề mặt trung bình hằng năm sau khi được chuẩn hóa nhằm đưa về cùng thang giá trị để so sánh và hiệu số của hai giá trị này (NDVI-LST) theo thời gian thể hiện mức độ tương quan với nhau trên khoảng thời gian nhất định. Mối quan hệ này được thể hiện trong hình 3.27.
81
Hình 3.26. Diễn biến của lớp phủ thực vật và các yếu tố môi trường: (a) Giá trị NDVI, (b) Nhiệt độ bề mặt (LST), (c) Lượng mưa và (d) Tốc độ gió. Giá trị của các
yếu tố là trung bình năm giai đoạn 1990-2018 trên khu vực nghiên cứu y = 9E-06x - 0.1586
0.0 0.1 0.1 0.2 0.2 0.3
1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018
NDVI
(a)
y = 0.0002x + 17.677
24 26 28 30
1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018
LST (0 C)
(b)
y = 0.1369x - 3480.3
500 1500 2500 3500
1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018
Lượng mưa (mm)
(c)
y = 9E-07x + 4.5738
4.0 4.5 5.0 5.5
1990 1994 1998 2002 2006 2010 2014 2018
Tốc độ gió (m/s)
(d)
82
Hình 3.27. Mối quan hệ giữa NDVI và LST theo chuỗi thời gian.
Quan hệ giữa chuỗi giá trị NDVI và Nhiệt độ bề mặt trên toàn thời gian nghiên cứu khá thấp, với hệ số tương quan chỉ đạt 0,435 nhưng có sự thay đổi mạnh qua các khoảng thời gian. Cụ thể từ năm 1990 đến năm 2009, hiệu số giữa giá trị NDVI và LST dao động mạnh trong khoảng -0,692 đến 0,459. Trong đó, giai đoạn 1990-1996, hiệu số này biến thiên mạnh với biên độ dao động tuyệt đối 0,734 và có xu hướng giảm đều qua các năm. Giai đoạn 1997 -2005, hiệu số này thay đổi mạnh theo cả hai hướng tăng và giảm, đạt cực đại vào năm 2000 (NDVI-LST đạt 0,459), cực tiểu vào năm 2005 (NDVI-LST đạt -0.692), mức biên độ dao động tuyệt đối của hiệu giá trị NDVI-LST đạt mức cao nhất với giá trị 1,15 trong giai đoạn này. Nhìn chung, trong giai đoạn 1990-2009, giá trị NDVI và LST thấp và có sự biến động liên tục theo thời gian. Tuy nhiên, trong giai đoạn 2010-2018, hiệu giá trị NDVI- LST thấp và ổn định theo thời gian ở mức 0,09. Giá trị độ lệch chuẩn của hiệu số NDVI-LST và giá trị trung bình được tính theo giá trị tuyệt đối của hiệu số NDVI- LST được thể hiện trong bảng 3.11.
y = 2E-05x - 0.6208
-0.80 -0.40 0.00 0.40 0.80 1.20
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Thang giá trị chuẩn hóa
Thời gian
NDVI-LST NDVI LST Linear (NDVI-LST)
83
Bảng 3.11. Độ lệch chuẩn và Biên độ dao động của hiệu số giá trị NDVI-LST Giai đoạn Độ lệch chuẩn
NDVI-LST Trung bình giá trị tuyệt đối của hiệu số NDVI-
LST
1990-2009 0,31 1,15
2010-2018 0,09 0,29
3.4.1.2. Giá trị NDVI và lượng mưa
Chuỗi giá trị NDVI và Lượng mưa trung bình hằng năm sau khi được chuẩn hóa nhằm đưa về cùng thang giá trị để so sánh và hiệu số của hai giá trị này (NDVI- Lượng mưa) theo thời gian thể hiện mức độ tương quan với nhau trên khoảng thời gian nhất định. Mối quan hệ này được thể hiện trong hình 3.28.
Mối quan hệ giữa NDVI và lượng mưa trên toàn thời gian nghiên cứu đạt mức trung bình với hệ số tương quan ở mức 0,5. Mối quan hệ này thể hiện rõ qua 3 giai đoạn thời gian từ năm 1990 đến 2008,từ 2009 đến 2011 và từ 2012-2018. Trong đó, giai đoạn từ năm 1990 đến 2008, giá trị NDVI và lượng mưa đều có sự biến thiên mạnh, do đó hiệu số giá trị NDVI và lượng mưa cũng dao động mạnh với biên độ dao động ở mức 0,78, cao nhất trong toàn thời gian nghiên cứu. Giai đoạn 2009- 2011, giá trị NDVI và lượng mưa đạt mức cao nhất và ổn định dần theo thời gian.
Trong đó, độ lệch chuẩn ở mức 0,09 và biên độ dao động của giá trị NDVI-Lượng mưa thấp nhất, ở mức 0,24. Giai đoạn 2012-2018, biên độ dao động hiệu số NDVI- Lượng mưa ở mức trung bình (ở mức 0,47) nhưng mối tương quan giữa NDVI và lượng mưa ổn định (ở mức 0,13). Tuy nhiên, trong giai đoạn này, giá trị NDVI (đã chuẩn) cao hơn giá trị lượng mưa (đã chuẩn hóa) trong suốt giai đoạn này chứng tỏ lớp phủ thực vật trong giai đoạn này ít chịu sự ảnh hưởng của môi trường hơn, cụ thể trong trường hợp này là lượng mưa.
84
Bảng 3.12. Độ lệch chuẩn và Biên độ dao động của hiệu số giá trị NDVI-Lượng mưa
Giai đoạn Độ lệch chuẩn
NDVI-LST Biên độ dao động của hiệu số NDVI-LST
1990-2008 0.2 0.78
2009-2011 0.09 0.24
2012-2018 0.13 0.47
Hình 3.28. Mối quan hệ giữa NDVI và Lượng mưa theo chuỗi thời gian.
3.4.1.3. Giá trị NDVI và gió
Chuỗi giá trị NDVI và Tốc độ gió trung bình hằng năm sau khi được chuẩn hóa nhằm đưa về cùng thang giá trị để so sánh và hiệu số của hai giá trị này (NDVI- Gió) theo thời gian thể hiện mức độ tương quan với nhau trên khoảng thời gian nhất định. Mối quan hệ này được thể hiện trong hình 3.29.
y = 1E-05x - 0.4028
-0.6 -0.2 0.2 0.6 1.0
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Thang giá trị chuẩn hóa
Thời gian
NDVI-Lượng mưa NDVI Linear (NDVI-Lượng mưa)
85
Nhìn chung, chuỗi giá trị NDVI và Tốc độ gió trong suốt thời gian từ năm 1990 đến năm 2018 không có mối liên hệ chặt chẽ với nhau, với hệ số tương quan chỉ đạt -0,135 trên toàn thời gian nghiên cứu. Tuy nhiên tại những thời điểm cụ thể, khi trên khu vực nghiên cứu chịu sự tác động mạnh của áp thấp nhiệt đới và bão có cường độ gió cấp 10 (theo thang bão Beaufort) với vận tốc gió trên 24 m/s. Lớp phủ thực vật trên đảo chịu ảnh hưởng nặng nề nhưng trong khoảng thời gian rất ngắn (<2 ngày) nên không thể hiện được trên chuỗi giá trị trung bình hằng năm.
Hình 3.29. Mối quan hệ giữa NDVI và gió theo chuỗi thời gian.
Do Lý Sơn là huyện đảo trên biển Đông, lại có vĩ độ thấp, nên chế độ nắng thuộc loại dồi dào nhất trong hệ thống các đảo ven bờ nước ta. Nguồn nhiệt cao và độ nắng lớn, cùng với xu thế nóng ấm toàn cầu hiện nay đã làm cho nền nhiệt độ trung bình của toàn đảo tăng theo thời gian. Đồng thời, nguồn nước biển vô tận bao quanh đảo cung cấp nguồn ẩm khiến cho mưa nhiều. Vì vậy, xu thế nhiệt độ và mưa tăng khiến cho lớp phủ thực vật cũng tăng là phù hợp với điều kiện của đảo Lý Sơn.
y = 7E-05x - 2.4098
-1.00 -0.60 -0.20 0.20 0.60 1.00
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Thang giá trị chuẩn hóa
Thời gian
NDVI-Gió NDVI Gió Linear (NDVI-Gió)
86
Trong thời gian nghiên cứu, mối quan hệ giữa NDVI và lượng mưa thay đổi qua hai khoảng thời gian từ trước năm 2012 và từ năm 2012 đến 2018. Trong đó, từ năm 1990 đến đầu năm 2012, hiệu số giữa giá trị NDVIchuẩn hoá và Lượng mưachuẩn hoá (thể hiện cho mức độ phụ thuộc của NDVI vào lượng mưa theo thời gian) thay đổi từ -0.395 đến 0.385; mức dao động này khá cao và thường xuyên thay đổi từ giá trị âm đến giá trị dương giữa các năm. Khi đó, giai đoạn từ năm 2012 đến 2018, hiệu số giữa 2 giá trị này là dương và ổn định trong suốt thời gian này, với hiệu số NDVIchuẩn hoá và Lượng mưachuẩn hoá là 0.364 (hình 3.28).
Điều này cho thấy từ sau năm 2012, khi có công trình thủy lợi trên núi Thới Lới đi vào hoạt động (cuối năm 2011), lớp phủ thực vật bị thay đổi, ít chịu sự phụ thuộc vào yếu tố Lượng mưa và biên độ dao động giá trị NDVI cũng ổn định hơn.
Hình 3.30. Thống kê giá trị NDVI, Lượng mưa. LST và Hiệu số giữa NDVI-Lượng mưa, NDVI-LST (dựa trên số liệu đã chuẩn hóa)
Khu vực nghiên cứu là đảo nằm giữa đại dương nên mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường cũng khác biệt so với các vùng nằm sâu trong đất liền. Đặc biệt với chế độ gió mùa Đông Bắc vào mùa đông với vận tốc trung bình mùa này dao động trong khoảng trên 10 m/s và là tuyến đầu trong đường đi của các đợt áp thấp nhiệt
-0.8 -0.4 0.0 0.4 0.8 1.2
1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 2016 2018
Thang giá trị chuẩn hóa
Năm
NDVI-Lượng mưa NDVI-LST NDVI Lượng mưa LST
87
đới và bão hằng năm cũng ảnh hưởng mạnh đến lớp phủ thực vật cũng như mối liên hệ của lớp phủ thực vật với các giá trị môi trường.