2.3.1 Các loại độ ẩm không khí
a. Độ ẩm riêng
Độ ẩm riêng xách định bởi công thức: 𝑄 = 𝜀𝑒
𝑝 (2.13)
Trong đó: Q là độ ẩm riêng
e là áp suất hơi nước trong không khí. p là áp suất hơi nước.
ε là tỉ số giữa 2 hằng số Rd = 287.04 J kg-1 K-1 và Rv = 461.50 J kg- 1 K-1 (ε= 622)
Độ ẩm riêng cũng có thể xác định thông qua hàm lượng hơi nước trong không khí:
Q = aW2 + bW + c (2.14)
29
W: là hàm lượng hơi nước trong không khí. a,b,c là các hệ số hàm quan hệ.
b. Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối thể hiện mật độ hơi nước trong không khí tính bằng gam trên đơn vị mét khối:
𝛼 = 220.𝑒
𝑇( 𝑔
𝑚3) (2.15) Trong đó: e: là sức trương hơi nước (mbar)
T: là nhiệt độ không khí ( oK)
c. Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tương đối tính từ áp suất hơi nước được xác định theo công thức: 𝑅𝐻 = 𝑒
𝐸. 100 (%) (2.16) Trong đó: RH: là độ ẩm tương đối.
e: là áp suất hơi nước trong không khí. E: là áp suất hơi nước bão hòa.
Ngoài ra, độ ẩm tương đối cũng được tính từ điểm sương theo công thức: 𝑅𝐻 =𝑒𝑡𝑑
𝐸 . 100 (%) (2.17) Trong đó: RH: là độ ẩm tương đối.
td: là điểm sương
e: là áp suất hơi nước trong không khí tại điểm sương td. E: là áp suất hơi nước bão hòa tại nhiệt độ thực tại. Độ ẩm tương đối cũng được tính theo độ ẩm riêng.
30 𝑹𝑯 = 𝒒
𝒒𝒔. 𝟏𝟎𝟎 (%) (2.18) Trong đó: RH: là độ ẩm tương đối.
q: là độ ẩm riêng của hơi nước trong không khí. qs: là độ ẩm riêng của hơi nước bão hòa.
2.3.2. Phương pháp tính toán độ ẩm không khí từ tư liệu viễn thám
Có thể định nghĩa tỉ số G17,G18 và G19 như sau:
G17= 2 17 L L ; G18= 2 18 L L ; G19= 2 19 L L
Ở đây Li là bức xạ thu được từ việc giả định cho các kênh 2, kênh 17, kênh 18 và kênh 19 của MODIS.
Sự giả định tổng giá trị hơi nước bốc hơi rất khác nhau từ 0.3-3.3gcm-2. Bức xạ tỉ lệ nghịch với tổng hàm lượng hơi nước bốc hơi, bởi đa thức:
W17=26.314-54.434G17+28.449G2
17
W18=5.012-23.017G18+27.884G218 W19=9.446-26.887G19+19.914G2
19
Ở đây W17 , W18 , W19 là hàm lượng hơi nước bốc hơi tại từng kênh 17, 18 và 19. Hơi nước trong khí quyển có hệ số hấp thụ rất khác nhau theo các kênh 17, 18 và 19. Như vậy kết quả sẽ có 3 giá trị hơi nước theo 3 kênh với cùng một điều kiện của khí quyển. Kênh hấp thụ mạnh là kênh 18 với điều kiện khô hạn, trong khi đó đỉnh hấp thụ lại là kênh 17 với điều kiện ẩm (theo Kaufman and Gao 1992).
Dưới điều kiện của khí quyển, giá trị hơi nước thu được từ 3 kênh có thể khác nhau. Giá trị trung bình hơi nước W có thể thu được qua phương trình sau:
31 Ở đây:
W17, W18, W19 là lượng hơi nước thu được từ kênh 0.936, 0.940 và 0.905µm. f17, f18 và f19 là các hàm trọng số, phụ thuộc vào độ nhạy của từng kênh phổ và được tính theo công thức:
fi= ii i với i= w i (I=17,18,19)
w-sai phân giữa hàm lượng hơi nước lớn nhất và nhỏ nhất từ 6 chuẩn khí quyển và i
tương ứng với sai phân giữa hệ số truyền của giá trị hơi nước lớn nhất và nhỏ nhất thu được tại kênh i (Kaufman và Gao 1992).
Độ ẩm riêng (Q) ở khu vực nhiệt đới có thể được xác định từ giá trị cột hơi nước (W) thông qua hàm kinh nghiệm:
Q = -0.0252w2 + 1.2622w + 13.574 (2.19) Sức trương hơi nước bão hoà (E) được tính từ nhiệt độ không khí (t):
3.85x((17.27b1)/(237.3+b1)) (2.20) Áp suất không khí sẽ giảm theo độ cao (H) và được tính theo công thức kinh nghiệm:
P = 1013.3 - 0.1038H (2.21)
2.4. Chiết xuất NDVI và Lớp phủ thực vật từ dữ liệu MODIS 2.4.1. Khái niệm chỉ số thực vật 2.4.1. Khái niệm chỉ số thực vật
Chỉ số thực vật là một trong các chỉ số vật lý mà ta có thể tính từ các băng phổ ảnh viễn thám. Chỉ số thực vật được dùng vào nhiều mục đích ứng dụng khác nhau như đánh giá độ che phủ của thực vật, đánh giá sinh khối, dự báo mùa màng, dự báo khô hạn…
32
Trong một số nghiên cứu khác dùng dữ liệu vệ tinh thì chỉ số thực vật thường được sử dụng như một thông tin bổ sung cho các thông tin chiết xuất từ các băng phổ ảnh gốc nhằm hoặc để tăng cường độ chính xác của các phép phân loại, hoặc tăng độ tách biệt các đối tượng mà ta cần phân biệt trên tư liệu ảnh vệ tinh.
2.4.2. Cơ sở vật lý của chỉ số thực vật
Hiện nay, có rất nhiều chỉ số thực vật trong các tài liệu về viễn thám. Đó là kết quả của các nghiên cứu có mục đích khác nhau với các công thức tính khác nhau rất phức tạp được xây dựng qua thực nghiệm. Tuy nhiên, mọi cách tính đều dựa vào các đặc tính phổ của thực vật, vào phương thức thu nhận tín hiệu phổ của bộ cảm trên vệ tinh và có tính đến đến ảnh hưởng của khí quyển đến quá trình thu nhận ảnh của vệ tinh.
Về cơ bản, các công thức tính chỉ số thực vật đều dựa vào đặc trưng phổ của thực vật ở dải sóng màu đỏ và cận hồng ngoại. Như chúng ta đã biết, thực vật phản xạ yếu trong dải sóng màu lam. Vì vậy, người ta không dùng băng phổ này để tính chỉ số thực vật. Trong khi đó, phản xạ của thực vật trong dải sóng màu lục lại mạnh hơn rất nhiều và có khả năng tách biệt thực vật. Tuy nhiên, băng phổ thuộc dải sóng này cũng ít khi được dùng dể tính chỉ số thực vật do ảnh hưởng của khí quyển ở dải sóng này là khá lớn. Các băng phổ ở dải sóng màu đỏ và cận hồng ngoại là các băng phổ được sử dụng để tính chỉ số thực vật. Tại các dải sóng này, bức xạ ít chịu ảnh hưởng của điều kiện khí quyển. Dải sóng màu đỏ trùng với vùng hấp thụ mạnh. Ngược lại, dải cận hồng ngoại lại phản xạ rất mạnh. Nhờ sự khác biệt về tính chất phản xạ này mà dải sóng màu đỏ và cận hồng ngoại cho phép nâng cao đáng kể khả năng tách biệt thực vật.
Một đối tượng quan trọng liên quan đến thực vật là đất cũng được sử dụng có tính tham chiếu để tách biệt thực vật. Phản xạ của đất trống tăng dần một cách tuyến tính ở các dải sóng và tạo nên một đường thẳng gọi là đồ thị của đất (Soil Line).
33
Hình 2.1: Đồ thị đất (Soil line)
Trên đồ thị này, thực vật luôn nằm ở phía băng phổ ảnh của giải sóng đỏ hoặc cận hồng ngoại và nước thì ngược lại luôn nằm ở phía băng phổ ảnh của giải sóng màu đỏ. Ta có thể dùng đồ thị đất làm đường cơ sở để đối chiếu, biến đổi các chỉ số thực vật. Đặc biệt, một khi độ ẩm của đất trở thay đổi và thành một yếu tố ảnh hưởng đến chỉ số thực vật. Giá trị xám độ của đất giảm dần khi độ ẩm hoặc hàm lượng hữu cơ trong đất tăng lên và ứng với các pixel nằm ở sát với gốc hệ toạ độ phổ.
2.4.3. Công thức tính chỉ số NDVI
Đây là chỉ số thực vật thường do Rouse et al., 1974 đề xuất và hay được sử dụng nhất trong thực tế.
Công thức tính chỉ số NDVI như sau:
NDVI = (NIR - Red)/(NIR + Red)
Trong đó: NIR là băng phổ cận hồng ngoại (Near InfraRed); Red là băng phổ thuộc bước sóng màu đỏ.
34
Cách chuẩn hoá bằng cách tính tổng của hai băng phổ nói trên nhằm giảm thiểu hiệu ứng chiếu sáng và ảnh hưởng của địa hình (Bariou et al., 1985). Chỉ số này không tương quan tuyến tính với mật độ sinh khối mà nó tương quan với mật độ thực vật xanh theo hàm mũ và đạt mức bão hoà khi thực vật đạt độ che phủ cao. Điều này cho phép sử dụng chỉ số NDVI trong đánh giá các lớp phủ thực vật thưa thớt (Holben,1986). Cũng với những lý do vừa nêu, NDVI không có ý nghĩa lớn trong việc đánh giá lượng nước trong các thực vật có mật độ cao.
Cũng như mọi chỉ số khác NDVI cũng rất nhạy cảm với điều kiện khí quyển. Mặc dù, có những hạn chế nêu trên nhưng chỉ số NDVI vẫn là chỉ số được sử dụng nhiều trong các ứng dụng khác nhau. Hiện nay, nhiều cơ quan nghiên cứu, đặc biệt là cơ quan khí quyển và hải dương quốc gia của Mỹ (NOAA), cơ quan không gian Mỹ NASA đang sử dụng NDVI chiết xuất từ dữ liệu AVHRR của hệ thống vệ tinh NOAA và dữ liệu MODIS của hệ thống Terra, Aqua vào theo dõi diễn biến lớp phủ thực vật toàn cầu và các ứng dụng liên quan khác. Do tính chất nhạy cảm với độ che phủ thực vật mà NDVI cũng hay được dùng như một băng phổ ảnh bổ sung trong phân loại ảnh số nhằm tăng độ chính xác của phép phân loại.
Chỉ số NDVI có giá trị lý thuyết là từ -1 đến +1.
2.4.4. Phương pháp xử lý dữ liệu NDVI
Dữ liệu MODIS khu vực Tây Nguyên năm 2012 được thu nhận từ nguồn cung cấp của NASA, do trung tâm Land Processes Distributed Active Archive Center (LPDAAC) phân phối (http://earthexplorer.usgs.gov).
Trong nghiên cứu này, dữ liệu MODIS được sử dụng là bộ dữ liệu ảnh MODIS phản xạ bề mặt tổ hợp 16-ngày chuẩn của trung tâm LP DAAC, được nhận từ vệ tinh Aqua và Terra đã được xử lý tới mức 3.
35
Ở mức này, dữ liệu đã được sơ bộ lọc mây bằng thuật toán của NASA chọn lọc ra kết quả quan trắc tốt nhất trong 16-ngày liên tiếp đối với từng ô ảnh (pixel). Điều này giúp giảm bớt hoặc loại bỏ mây đặc biệt quan trong đối với vùng nhiệt đới như Việt Nam. Mỗi ảnh lấy ra 2 kênh gồm kênh 1 – phổ sóng đỏ có tâm quang phổ là 645nm và kênh 2 – phổ sóng hồng ngoại gần có tâm quang phổ là 858nm với độ phân giải không gian là 250m và đã được đưa về hệ tọa độ Sinusoidal toàn cầu.
Bộ dữ liệu này đã được xử lý theo quy trình chuẩn của NASA (như hiệu chỉnh bức xạ, hiệu chỉnh hình học, lọc mây và tạo tổ hợp 16-ngày… - Vermote, el al.,1997).
Các ảnh MODIS tổ hợp 16-ngày được tải về máy, sau đó được xử lý qua các bước xử lý ảnh (chuyển hệ tọa độ, hiệu chỉnh hình học, cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu, lọc mây, lọc nhiễu…) và tính toán chỉ số thực vật NDVI trên từng ảnh.
36
CHƯƠNG 3. TÍCH HỢP VIỄN THÁM VÀ GIS PHÂN TÍCH MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT, ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ VÀ
LỚP PHỦ THỰC VẬT NĂM 2012
3.1. Vùng nghiên cứu 3.1.1. Vị trí địa lý 3.1.1. Vị trí địa lý
Tây Nguyên là vùng cao nguyên, phía bắc giáp tỉnh Quảng Nam; phía đông giáp các tỉnh Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hòa, Ninh Thuận, Bình Thuận; phía nam giáp các tỉnh Đồng Nai, Bình Phước; phía tây giáp với các tỉnh Attapeu (Lào) và Ratanakiri và Mondulkiri (Campuchia). Trong khi Kon Tum có biên giới phía tây giáp với cả Lào và Campuchia, thì Gia Lai, Đắk Lắk và Đắk Nông chỉ có chung đường biên giới với Campuchia. Còn Lâm Đồng không có đường biên giới quốc tế. Nếu xét diện tích Tây Nguyên bằng tổng diện tích của 5 tỉnh thì vùng Tây Nguyên rộng 54.641 km².
37
Thực chất, Tây Nguyên không phải là một cao nguyên duy nhất mà là một loạt cao nguyên liền kề. Đó là các cao nguyên Kon Tum cao khoảng 500m, cao nguyên Kon Plông, cao nguyên Kon Hà Nừng, Plâyku cao khoảng 800m, cao nguyên M'Drăk cao khoảng 500m, cao nguyên Buôn Ma Thuột cao khoảng 500m, Mơ Nông cao khoảng 800–1000m, cao nguyên Lâm Viên cao khoảng 1500m và cao nguyên Di Linh cao khoảng 900–1000m. Tất cả các cao nguyên này đều được bao bọc về phía Đông bởi những dãy núi và khối núi cao (chính là Trường Sơn Nam).
Tây Nguyên lại có thể chia thành ba tiểu vùng địa hình đồng thời là ba tiểu vùng khí hậu, gồm Bắc Tây Nguyên (tương ứng với các tỉnh Kon Tum và Gia Lai, trước là một tỉnh), Trung Tây Nguyên (tương ứng với các tỉnh Đắk Lắk và Đắk Nông), Nam Tây Nguyên (tương ứng với tỉnh Lâm Đồng). Trung Tây Nguyên có độ cao thấp hơn và nền nhiệt độ cao hơn hai tiểu vùng phía Bắc và Nam.
Tây Nguyên cũng là khu vực ở Việt Nam còn nhiều diện tích rừng với thảm sinh vật đa dạng, trữ lượng khoáng sản phong phú hầu như chưa khai thác và tiềm năng du lịch lớn, Tây nguyên có thể coi là mái nhà của miền trung, có chức năng phòng hộ rất lớn. Tuy nhiên, nạn phá rừng, hủy diệt tài nguyên thiên nhiên và khai thác lâm sản bừa bãi chưa ngăn chận được tại đây có thể dẫn đến nguy cơ làm nghèo kiệt rừng và thay đổi môi trường sinh thái.
3.1.2. Khí hậu
Nằm trong vùng nhiệt đới xavan, khí hậu ở Tây Nguyên được chia làm hai mùa: mùa mưa từ tháng 5 đến hết tháng 10 và mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4, trong đó tháng 3 và tháng 4 là hai tháng nóng và khô nhất. Do ảnh hưởng của độ cao nên trong khi ở các cao nguyên cao 400 - 500 m khí hậu tương đối mát và mưa nhiều, riêng cao nguyên cao trên 1000 m (như Đà Lạt) thì khí hậu lại mát mẻ quanh năm, đặc điểm của khí hậu núi cao.
38
3.1.3. Dân cư
Thời Pháp thuộc người Kinh bị hạn chế lên vùng Cao nguyên nên các bộ tộc người Thượng sinh hoạt trong xã hội truyền thống. Mãi đến giữa thế kỷ 20 sau cuộc di cư năm 1954 thì số người Kinh mới tăng dần. Trong số gần một triệu dân di cư từ miền Bắc thì chính phủ Quốc gia Việt Nam đưa lên miền cao nguyên 54.551 người, đa số tập trung ở Đà Lạt và Lâm Đồng.
Từ đó nhiều dân tộc thiểu số chung sống với dân tộc Việt (Kinh) ở Tây Nguyên như Ba Na, Gia Rai, Ê đê, Cơ Ho, Mạ, Xơ Đăng, Mơ Nông... Chính quyền Việt Nam Cộng hòa gọi chung những dân tộc này là "đồng bào sắc tộc" hoặc "người Thượng"; "Thượng" có nghĩa là ở trên, "người Thượng" là người ở miền cao hay miền núi, một cách gọi đặc trưng để chỉ những sắc dân sinh sống trên cao nguyên miền Trung.
Tính đến năm 1976, dân số Tây Nguyên là 1.225.000 người, gồm 18 dân tộc, trong đó đồng bào dân tộc thiểu số là 853.820 người (chiếm 69,7% dân số). Năm 1993 dân số Tây Nguyên là 2.376.854 người, gồm 35 dân tộc, trong đó đồng bào dân tộc thiểu số là 1.050.569 người (chiếm 44,2% dân số). Năm 2004 dân số Tây Nguyên là 4.668.142 người, gồm 46 dân tộc, trong đó đồng bào dân tộc thiểu số là 1.181.337 người (chiếm 25,3% dân số)
Riêng tỉnh Đắc Lắc, từ 350.000 người (1995) tăng lên 1.776.331 người (1999), trong 4 năm tăng 485%. Kết quả này, một phần do gia tăng dân số tự nhiên và phần lớn do gia tăng cơ học: di dân đến Tây nguyên theo 2 luồng di dân kế hoạch và di dân tự do. Người dân tộc đang trở thành thiểu số trên chính quê hương của họ. Sự gia tăng gấp 4 lần dân số và nạn nghèo đói, kém phát triển và hủy diệt tài nguyên thiên nhiên (gần đây, mỗi năm vẫn có tới gần một nghìn héc-ta rừng tiếp tục bị phá đang là những vấn nạn tại Tây Nguyên và thường xuyên dẫn đến xung đột. Theo kết quả điều tra dân số 01 tháng 04 năm 2009 dân số Tây Nguyên (gồm 05 tỉnh) là 5.107.437 người, như thế so với năm 1976 đã tăng 3,17 lần , chủ yếu lả tăng cơ học. Đến năm 2011, tổng dân số của 5 tỉnh Tây Nguyên là khoảng 5.282.000 người.
39
3.1.4. Kinh tế, tài nguyên, xã hội và môi trường
So với các vùng khác trong cả nước, điều kiện kinh tế - xã hội của Tây Nguyên có nhiều khó khăn, như là thiếu lao động lành nghề, cơ sở hạ tầng kém phát triển, sự chung đụng của nhiều sắc dân trong một vùng đất nhỏ và với mức sống còn thấp. Tuy nhiên, Tây Nguyên có lợi điểm về tài nguyên thiên nhiên. Tây Nguyên có đến 2 triệu hecta đất bazan màu mỡ, tức chiếm đến 60% đất bazan cả nước, rất phù hợp với những cây công