Đề tài tốt nghiệp “ Monitoring sự biến động môi trờng rừng ngập mặn khu vực Bãi Nhà Mạc-Đình Vũ tỉnh Hải Phòng bằng công nghệ viễn thám và GIS” pot

Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian và phủ trùm khuvực rộng là một công cụ hữu hiệu cho nghiên cứu biến động lớpphủ thực vật ngập mặn và đã được thế giới sử dụng từ nhiều nămnay

LUẬN VĂN

Đề tài: "Monitoring sự biến động môi trường rừng ngập mặn khu vực Bãi Nhà Mạc-Đình Vũ tỉnh Hải Phòng bằng công nghệ viễn thám và

GIS"

Mở đầu

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Trong những năm gần đây, diễn biến của hiệu ứng nhà kínhngày càng phức tạp, hiện tượng biến đổi khí hậu và nóng lên toàncầu đã và đang làm cho những khối băng khổng lồ ở Bắc Cực vànam Cực tan nhanh khiến cho nước biển dâng nhanh hơn thế kỷtrước nhiều Đây là mối đe doạ đối với các nước có địa hình thấp.Theo đánh giá của Ban Liên chính phủ về biển đổi khí hậu (IPCC)thuộc Liên Hiệp Quốc thì Việt Nam và Bangladesh là hai nước sẽchịu thiệt hại nặng nề nhất do nước biển dâng ở Việt Nam, thực

tế cho thấy: Khi những cơn bão lớn đổ bộ vào nước ta trong 3 nămvừa qua, ở những tuyến đê tuy có kết cấu yếu, xây đắp bằng đấtnện, nhưng nhờ có các dải rừng ngập mặn(RNM) che chắn đê vẫn

đứng vững vàng trước sóng gió Trong khi đó, ở một số địaphương như ở Cát Hải (Hải Phòng), Hậu Lộc(Thanh Hoá), nhữngnơi rừng ngập mặn phòng hộ bị suy thoái nặng do bị chặt phá hoặc

bị chuyển đổi sang cơ cấu kinh tế khác, những tuyến đê kiên cố

được xây đắp bằng bê tông hoặc kè đá đã không chịu đựng đượcsóng gió và đã bị phá hủy nhiều đoạn

Hải Phòng là một trong những tỉnh có diện tích phân bốRNM.Tuy diện tích không nhiều (3.719,9 ha-năm 2006) nhưng nó

là hệ sinh thái đặc biệt, có giá trị và ý nghĩa to lớn về đa dạngsinh học đối với việc bảo vệ môi trường, đời sống người dân vàphát triển kinh tế xã hội Bên cạnh đó, RNM cũng rất nhạy cảmvới tác động của con người và thiên nhiên (Phan Nguyên Hồng,Nguyễn Duy Minh 2004)

Một số năm trước đây, RNM ở Hải Phòng bị suy thoái rấtnhiều do tốc độ phát triển nuôi trồng thuỷ sản ven bờ, các chủ

một phần hệ sinh thái RNM Sự chuyển đổi cơ cấu sản xuất chạytheo lợi ích kinh tế trước mắt là nguyên nhân gây ra các hậu quả

về sinh thái-môi trường như: gây ô nhiễm môi trường, diện tích

đất thoái hoá ngày càng nhanh, nước mặn lấn sâu vào nội địa làmgiảm năng suất cây nông nghiệp, nguồn giống tôm cua giảm, môitrường sinh sản và phát triển của nhiều loài hải sản bị suy thoái;bão táp phá đê, nhà cửa, đời sống của người dân ven biển bị đedoạ nghiêm trọng

Dữ liệu viễn thám với đặc điểm đa thời gian và phủ trùm khuvực rộng là một công cụ hữu hiệu cho nghiên cứu biến động lớpphủ thực vật ngập mặn và đã được thế giới sử dụng từ nhiều nămnay trong lĩnh vực này (Rubi Hernández Cornejo1 2000; B.Satyanarayana 2001; Martin Béland1* 2001), F BONN (2006) ;Macintosh, D J., 1, et al (1999); Ferdinand Bonn, Pham Van Cu(2001)) Ở nước ta đã có nhiều công trình ứng dụng viễn thámtrong nghiên cứu lớp phủ thực vật ngập mặn như :

(Lê Thị Vân Huế, 2001; Phạm Văn Cự, 2001; Phan Nguyên Hồng

và cộng sự, 1997; Nguyễn Hoàng Trí et al, UNESCO, 2004…

Nghiên cứu các phương pháp quan trắc (monitoring) sự biến độngmôi trường rừng ngập mặn là thiết thực góp phần theo dõi, đánhgiá hiện trạng nhằm giám sát và dự báo sự biến động của loại tàinguyên quí giá này trong quần thể sinh thái ven biển Việt Nam nóichung và của Hải Phòng nói riêng Để tài tốt nghiệp “ Monitoring sự biến

động môi trường rừng ngập mặn khu vực Bãi Nhà Mạc-Đình Vũ tỉnh Hải Phòng bằng công nghệ viễn thám và GIS”được lựa chọn

là xuất phát từ yêu cầu thực tế đó

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài

Mục tiêu chính của đề tài là nghiên cứu hiện trạng và đánh giá biếnđộng lớp phủ thực vật ngập mặn bằng công nghệ viễn thám

Để đạt được mục tiêu trên, đề tài tập trung giải quyết những nhiệm

+ Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ xử lý và đánh giá biến động

+ Xử lý các dữ liệu ảnh vệ tinh của một số thời điểm chụp vùngnghiên cứu

+ Thành lập bản đồ, biểu đồ về lớp phủ thực vật ngập mặn và bản đồbiến động giữa hai thời điểm ở khu vực nghiên cứu

+ Đánh giá sự biến động của lớp phủ thực vật ngập mặn tại khu vựcnghiên cứu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là thảm thực vật ngập mặn trong

khu vực Đỡnh Vũ và khu vực bói Nhà Mạc thuộc tỉnh Hải Phũng

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn:

- Về nội dung: Đề tài tập trung nghiên cứu đánh giá các yếu tố nhân

tạo ảnh hưởng đến biến động lớp phủ thực vật ngập mặn.Lớp phủthực vật ngập mặn được xem xét, nghiên cứu như là một đối tượngcủa lớp phủ bề mặt

- Về không gian: Tập trung 2 khu vực Đình Vũ và bãi Nhà Mạc ven

- Về dữ liệu: Với mục đích khảo sát sự biến động thảm thực vật ngậpmặn, quá trình nghiên cứu dựa chủ yếu vào tư liệu viễn thám đa thờigian, bao gồm cặp tư liệu ảnh Landsat chụp năm1989 và 2001 Một

số dữ liệu bổ sung khác bao gồm các loại bản đồ, số liệu thống kê, vàmột số số liệu thực địa đã được kết hợp sử dụng

4 ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu

Về mặt khoa học, nghiên cứu góp phần giúp sinh viên mở rộnghiểu biết về lớp phủ thực vật ngập mặn, hiện trạng và sự biến độnglớp phủ thực vật ngập mặn vùng ven biển tỉnh Hải Phòng Bên cạnh

đó, nó cho phép đánh giá khả năng của công nghệ viễn thám và GIStrong việc nhận biết hiện trạng và phân tích biến động của lớp phủthực vật ngập mặn ven biển tỉnh Hải Phòng

Về mặt thực tiễn, các kết quả nghiên cứu của đồ án đưa ra các

số liệu biến động RNM tại khu vực nghiên cứu của hai thời điểmcách nhau 12 năm (1989 và 2001) góp phần chỉ ra khuynh hướngbiến động của RNM dưới tác động của các quá trình công nghiệp hóa

và sự chuyển đổi cơ cấu kinh tế trong khu vực Đây có thể là tài liệu

bổ ích cho công tác quy hoạch, quản lý diện tích đất sản xuất nôngnghiệp, đất nuôi tôm và nghiên cứu biện pháp quy hoạch bảo vệ cũngnhư tái tạo rừng ngập mặn của các xã ven biển Hải Phòng theo hướngphát triển bền vững

5 Dữ liệu, trang thiết bị và phần mềm

Đồ án nghiên cứu đã sử dụng những tài liệu sau:

- Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:25 000 khu vực nghiên cứu

- Bản đồ hành chính tỉnh Hải Phòng tỉ lệ 1:250 000

- Bản đồ hiện trạng sử dụng đất

- Tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội, dữ liệu thống kê

- ảnh vệ tinh Landsat 2 năm 1989-2001

- Một số đề tài đã nghiên cứu liên quan

- Máy tính, phần mềm xử lý ảnh ENVI và phần mềm GIS

6 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nhiệm vụ của đề tài đặt ra, tác giả đã sử dụng kếthợp phương pháp viễn thám với GIS và có thực địa kiểm tra Phươngpháp viễn thám được sử dụng để phân loại các ảnh vệ tinh Landsat,các chức năng phân tích không gian của GIS được sử dụng để tíchhợp các kết quả phân lọai ảnh vệ tinh với dữ liệu bản đồ, dữ liệuthống kê thu thập được Việc đánh giá biến động được tiến hành sauphân loại với sự trợ giúp của công cụ tính bảng chéo (crossing) trongGIS Phương pháp viễn thám và GIS được áp dụng trong cả các bướcphân tích tổng hợp và trình bày kết quả nghiên cứu Trên thực địa,tác giả đã thu thập các thông tin liên quan đến sử dụng đất trong khuvực RNM Dữ liệu thực địa bao gồm các ghi chép và ảnh chụp thực

địa cũng được nhập và cơ sở dữ liệu trên nền bản đồ để tiện đối sánhtrong quá trình phân loại ảnh vệ tinh

Các dữ liệu cần thiết cho đề tài đã được thu thập từ nhiều nguồn:thông qua các cuộc tiếp xúc, trao đổi, hội thảo khoa học, tìm kiếmtrên mạng Internet, trên thư viện, và các chuyến khảo sát thực địa

- Chương 2: Cơ sở khoa học việc sử dụng công nghệ viễn thám

nghiên cứu biến động rừng ngập mặn

- Chương 3 Ứng dụng viễn thám trong đánh giá biến động lớp phủ

thực vật ngập mặn ở Hải Phòng

- Kết luận và kiến nghị

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

Chương I

Tổng quan về rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu

1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên (ĐKTN)- kinh tế xã hội (KTXH) Hải Phòng.

Khái quát chung về khu vực nghiên cứu

1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình:

Khu vực nghiên cứu bao gồm toàn bộ Đình Vũ và bãi Nhà Mạc, nằmtrong tọa độ 20048’ 24” - 200 54’ 23” độ vĩ bắc và 106045’ 16” – 1060 49’47” độ kinh đông, thuộc vùng cửa sông Bạch Đằng

Khu vực có địa hình tương đối bằng phẳng, ngập triều tự nhiên nhưng

đã được đắp bờ bao để nuôi trồng thuỷ sản Ngoại trừ một phần nhỏ tại mỏmtận cùng của Đình Vũ không ngập triều

1.1.2 Khí hậu, thủy văn

 Khí hậu:

Khí hậu khu vực thuộc chế độ nhiệt đới gió mùa, mùa mưa từ tháng 4đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 3 Tổng lượng bức xạ nămtrong khoảng 115 Kcal/cm2 Nhiệt độ trung bình năm 23,50C, cao nhất(tháng 7) 29,10C, thấp nhất (tháng 1) là 16,30C Lượng mưa hàng năm nằmtrong khoảng 1500-2000 mm, trung bình 1589 mm (trạm Hòn Dấu) Mưanhiều nhất vào tháng 8 (347mm), thấp nhất vào tháng 12 (18mm) Độ ẩm tươngđối trung bình 83%

Mùa gió đông nam vào các tháng 5-9, mùa gió đông bắc vào các tháng11-3, chuyển tiếp vào tháng 4 và 10 Tốc độ gió trung bình 3- 4m/s

Hàng năm, có 2-5 cơn bão ảnh hưởng và 1-2 cơn bão đổ bộ vào khuvực, tập trung vào các tháng 7-9 Bão gây mưa lớn và nước dâng khi trong

kỳ triều cường

 Thủy văn

Chế độ thủy triều nhật triều đều, biên độ cực đại 4  4,5m Mỗi tháng

có hai kỳ nước cường, mỗi kỳ kéo dài 1113 ngày và hai kỳ nước kém, mỗi

kỳ kéo dài 34 ngày Tập trung vào các tháng 79 bão gây mưa lớn vànước dâng khi trong kỳ triều cường

1.2 Một số đặc điểm phân bố thực vật ngập mặn và các yếu tố

ảnh hưởng 1.2.1 Khái niệm thực vật ngập mặn, rừng ngập mặn

Đã có nhiều quan điểm về rừng ngập mặn (Reforestation), nhưng

2 khái niệm sau đây là phù hợp nhất trong điều kiện của Việt NamThực vật ngập mặn (Mangroves) là những thực vật trong vùngtriều lên triều xuống Chúng thích nghi cao ở khu vực nước biển, có

đặc điểm riêng và phát triển ở nơi mà chúng có thể tồn tại trong môitrường khắc nghiệt (Peter J,1999)

RNM được coi là một trong những loại rừng quý hiếm trên thếgiới Hệ sinh thái RNM thường phân bố dọc theo bờ biển nhiệt đới vàcận nhiệt đới Căn cứ vào mực thuỷ triều thấp và cao, RNM là hệsinh thái đất ngập nước, bao gồm cây ngập mặn và động vật màchúng có thể sống khi khu vực đó bị chìm dưới nước biển RNM gồm

có 2 loại chính sau (theo Dr Peter J Bryant)

- RNM ven biển – tìm thấy ở giữa đại dương và đất liền trong điềukiện mặn

- RNM ven sông – thấy ở dọc bờ sông trong điều kiện nước ngọt

Do sống trong môi trường ngập nước triều định kỳ, nên các câyngập mặn (CNM) có một số các đặc tính thích nghi rất đặc biệt như:

hệ rễ phát triển, ngoài những rễ ở dưới mặt đất các cây này còn cóthêm những rễ trên mặt đất đảm nhiệm chức năng hô hấp, và giúpcho cây đứng vững trong đất bùn, hạt của một số loại cây có thể nảymầm ngay khi quả còn ở trên cây mẹ

Các cây ngập mặn (CNM) sống ở vùng chuyển tiếp giữa môitrường biển và đất liền Tác động của các nhân tố sinh thái ảnhhưởng đến sự tồn tại và phân bố của chúng Tuy nhiên cho đến naychưa có ý kiến thống nhất về vai trò, mức độ tác động của từng nhân

tố Một khó khăn lớn thường gặp là các loài CNM có biên độ thíchnghi rất rộng với khí hậu, đất, nước, độ mặn Do đó khi dựa vào mộtkhu phân bố cụ thể nào đó để nhận định về tác động của môi trường,

có thể không áp dụng được ở vùng khác hoặc không thể suy ra tínhchất chung cho thảm thực vật này (Phan Nguyên Hồng, 1999)

1.2.2 Khái quát về thành phần và sự phân bố của hệ thực vật

trong vùng RNM khu vực nghiên cứu

Dựa vào các yếu tố địa lý, khảo sát thực địa và một phần kết quả

ảnh viễn thám, P.N.Hồng (1991, 1993) đã chia RNM Việt Nam ralàm 4 khu vực và 12 tiểu khu:

Khu vực I: ven biển Đông Bắc, từ mũi Ngọc đến mũi Đồ Sơn

Khu vực II: ven biển đồng bằng Bắc Bộ, từ mũi Đồ Sơn đến mũi Lạch Trường Khu vực III: ven biển Trung Bộ: Từ mũi Lạch Trường đến mũi Vũng Tàu

Khu vực IV: ven biển Nam Bộ, từ mũi Vũng Tàu đến mũi Nải, Hà

Tiên

Như vậy khu vực nghiên cứu thuộc khu vực I: ven biển ĐôngBắc Bờ biển Đông Bắc là khu vực phức tạp nhất, thể hiện trong các

cho sự phân bố của RNM nhưng cũng có những nhân tố hạn chế sựsinh trưởng và mức độ phong phú của các loài cây, trong đó nhiệt độ

đã có vai trò quan trọng.(Luận án TSKH: P.N.Hồng-1991) Mặc dùkhu vực này chịu ảnh hưởng mạnh của bão và gió mùa Đông Bắcnhưng nhờ các quần đảo thuộc Vịnh Bái Tử Long và Vịnh Hạ Longche chắn nên tác động của sóng bị giảm đáng kể Các sông chính có

độ dốc cao, dòng chảy mạnh đã đem phù sa ra lắng đọng trong Vịnh,cửa sông, còn dọc trên sông ít bãi lầy vì toàn sỏi, đá cuội

Địa hình: địa hình ven bờ bị chia cắt phức tạp, có nhiều đảo chắn

ở ngoài tạo nên các vịnh ven bờ, và các cửa sông hình phễu, phù sa

được giữ lại thuận lợi cho cây ngập mặn sinh sống

Khu vực này được chia ra làm 3 tiểu khu:

Tiểu khu 1: Từ Móng Cái đến Cửa Ông

Tiểu khu 2: Từ Cửa Ông đến Cửa Lục

Tiểu khu 3: Từ Cửa Lục đến mũi Đồ Sơn

Tiểu khu 3 có độ dài khoảng 55km, nằm trong hệ thống vùng cửasông hình phễu, địa hình bằng phẳng, ít chịu tác động của sóng lớnnhờ các đảo đá vôi ở cuối vịnh Hạ Long và các đảo lớn khác chắnngoài như Cát Hải, Phù Long Một phần hệ thống sông Thái Bìnhgồm sông Chanh, Bạch Đằng, Sông Cấm, Lạch Chay chảy ra vùngcửa sông hình phễu đem theo một lưu lượng nước và phù sa tương đốilớn sau khi đã tiếp nhận nước phù sa sông Hồng qua các sông nối.Nhìn chung hàm lượng phù sa từng sông thấp nhưng có nhiều sôngtập trung trong vùng nên tổng lượng phù sa khá lớn, thuận lợi choRNM phân bố rộng

Thủy triều nơi đây mang tính nhật triều đều, nhưng cường độ triềulại lớn nhất toàn dải ven bờ Việt Nam, do đó bị ảnh hưởng của nướctriều mặn Ngoài ra trầm tích bãi triều chủ yếu là bùn sét, tầng mặtmàu nâu xám, khá phong phú nên RNM phát triển rộng và kích thướctương đối lớn

Quần xã cây ngập mặn gồm các quần xã chính như: Mắm trắng và

Sú ở các bãi triều lầy Đâng, Vẹt dù, Trang ở nơi ngập triều trungbình Tra, Giá, Vạng hôi trên đất ngập triều cao Hướng từ Bắc vàoNam những loài cây nước lợ xuất hiện ngày càng nhiều (P.N.Hồng-2000)

Vai trò và tiềm năng của thảm thực vật RNM

a Trong tự nhiên :

RNM là một phần không thể thiếu đối với hệ sinh thái biển Aicũng biết vai trò của RNM trong việc bảo vệ môi trường, là “lá phổixanh” rất quan trọng đối với các thành phố, nhưng vai trò của RNMcòn nhiều hơn, nó còn như những “bức tường xanh” có tác dụngphòng hộ trước gió và sóng biển

Nhờ có hệ thống rễ dày đặc trên mặt đất như hệ rễ chống của cácloài Đước(Rhizophora sp), rễ hình đầu gối của các loài vẹt(Bruguiera sp)…cản sóng và tích luỹ phù sa cùng mùn bã thực vật tạichỗ nên chúng có tác dụng làm chậm dòng chảy, hạn chế sự xâmnhập mặn và bảo vệ nước ngầm (P.N.Hồng và cs 2007)

Ngoài ra theo nghiên cứu của Y.Mazda và cs 1997 và sau đợt sóngthần (26/12/2004) một số nhà khoa học:Y Mazda(2006),G.Sriskanthan(2006) và một số tổ chức quốc tế nhưIUCN(2005),UNEP(2005)…đều đánh giá cao vai trò của RNM trongviệc giảm nhẹ lực tác động của sóng và bảo vệ dân cư cũng như hạtầng cơ sở ven biển Nơi nào có RNM còn nguyên vẹn thì thiệt hại rất

ít vì RNM có thể làm giảm 50-70% chiều cao của sóng và 90% nănglượng của sóng lớn

Không chỉ làm giảm cường độ sóng khi đổ bộ mà nó còn tham giavào hệ sinh thái rừng mưa nhiệt đới, điều hoà khí hậu, tham gia kiếntạo bảo vệ cảnh quan ven bờ, chống xói mòn, bảo vệ đê biển…Đặc

lượng kim loại nặng có trong nước thải nội địa đổ ra vùng cửa sông,ven biển, đồng thời giữ gìn sự cân bằng sinh thái tự nhiên cho nhữngvùng đất bị ngập nước.

Nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới đã tập trungnghiên cứu về khả năng tích luỹ cacbon của rừng đặc biệt là rừngngập mặn và đã đưa ra cơ sở khoa học cho thấy, vai trò của rừngtrong việc hấp thụ và tích luỹ cacbon trong sinh khối của cây và đấtrừng – tạo bể chứa cacbon, hạn chế sự gia tăng của khí nhà kính.Ngoài ra, việc nghiên cứu tích luỹ cacbon trong hệ sinh thái RNMcòn có ý nghĩa quan trọng, cung cấp các thông tin và số liệu cần thiếtcho việc nâng cao khả năng quản lý rừng (Nguyễn thị Hồng Hạnh,Mai Sỹ Tuấn-2007)

b Vai trò của RNM trong việc bảo tồn đa dạng sinh học cho đới

biển ven bờ

Hệ sinh thái RNM chứa đựng mức đa dạng sinh học rất cao, chẳngkém gì mức đa dạng của hệ sinh thái san hô trong đới biển ven bờ

Dễ dàng nhận biết rằng, nơi ở trong RNM phân hoá rất mạnh: trênkhông, mặt đất, trong nước với các dạng đáy cứng, đáy mềm, hangtrong đất, những không gian chật hẹp trong bụi cây, bộ rễ; điều kiệnsống, nhất là độ muối lại biến động thường xuyên, phù hợp với hoạtđộng có nhịp điệu của dòng nước ngọt và thuỷ triều Sinh vật sốngtrong RNM không những có số lượng loài đông mà trong nội bộ mỗiloài còn có những biến dị phong phú dễ thích nghi với những nơi ởkhác nhau, nguồn sống khác nhau và điều kiện sống biến đổi muônmàu Bởi vậy RNM là nơi lưu trữ nguồn gen giàu có và có giá trịkhông chỉ cho các hệ sinh thái trên cạn mà cho cả vùng biển ven bờ.RNM là một trong những hệ sinh thái quan trọng trong việc bảotồn đa dạng sinh học cho đới biển ven bờ, đồng thời duy trì nguồn lợi

sinh vật tiềm tàng cho sự phát triển (trước hết đối với nghề cá) lâubền (Phạm thị Làn-2006)

c Vai trò trong nền kinh tế

Cây ngập mặn sống ở vùng chuyển tiếp giữa môi trường biển và đấtliền, có biên độ thích nghi rất rộng với khí hậu, đất nước, độmặn(P.N.Hồng-2000) Do đó RNM có nguồn tài nguyên phong phú

về cả thực vật và động vật có giá trị kinh tế cao như:

+ Động vật: có Tôm he, tôm sú, tôm rào, tôm hộp, tôm sắt… chúng

là cư dân trong vùng nhiệt đới ở cửa sông, đời sống của chúng rất gắn

bó với môi trường RNM, như cách nói của người dân “con tôm ômcây đước” (P.N.Hồng-1999), nhiều loài cá có giá trị kinh tế cao lại làcá con như cá Hồng (Lutianus), cá mú (Epinephelus), cá lượng(Nemipterus)…chúng tham gia vào nhiều bậc dinh dưỡng trong vùng,

đồng thời cũng tham gia chính trong cơ cấu đàn cá khai thác ở vùng cửasông ven biển (Vũ Trung Tạng, 1994)

+ Thực vật: có nhiều loài cây có giá trị kinh tế cao như gỗ các loài cây

Đước, Vẹt, Cóc…rất cứng, mịn, bền dùng làm đồ dùng gia đình Tanin chiếtxuất từ vỏ các cây Đước, Vẹt, Dà có chất lượng tốt, tỷ lệ cao dùng nhuộmvải, lưới, và thuộc da Ngoài ra chúng còn làm chất đốt, làm các sản phẩmcông nghiệp, thức ăn đồ uống cho gia súc, và làm thuốc chữa bệnh (có đến

15 loài ở nước ta có thể chữa được bệnh).(P.N.Hồng-1995)

RNM không tồn tại độc lập mà liên hệ mật thiết với các hệ sinh thái liênđới trong lục địa và biển Không những thế, nó còn duy trì một nguồn lợisinh vật tiềm tàng cho biển, nhất là ở vùng thềm lục địa… Nhìn chung, vaitrò, chức năng của RNM đối với nuôi trồng thủy sản có thể được tóm tắttheo sơ đồ sau:

Hình 1 1.Vai trò, chức năng của RNM đối với nuôi trồng thủy sản (1Kapetsky, 1986)

( Nguồn: Phan Nguyên Hồng, 1999 Rừng ngập mặn Việt Nam NXB NôngNghiệp, Trang 126)

Nguyên nhân làm biến đổi Rừng ngập mặn và hậu quả

RNM Hải Phòng bị suy thoái nghiêm trọng, và phát triển trải qua nhiềuthời kỳ khác nhau Sự biến động này do hai yếu tố chính là các yếu tố tựnhiên và các hoạt động kinh tế - xã hội cùng với hậu quả của nó, vấn đề này

có thể khái quát theo sơ đồ sau (hình 1.2):

Hình 1 2 Sơ đồ các yếu tố ảnh hưởng đến RNM và những biến đổi của nó

a Các yếu tố tự nhiên

Theo kết quả nghiên cứu về sự biến đổi khí hậu với hệ sinh thái(HST)RNM Việt Nam cho thấy có 6 yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến HST nhạycảm này: nhiệt độ không khí, lượng mưa, gió mùa đông bắc, bão, triềucường, hoạt động của con người Ngoài ra cũng có sự liên quan gián tiếpgiữa biến đổi khí hậu và HSTRNM thông qua sự thay đổi về mực nướcbiển Một số yếu tố có thể tác động ngay, trong lúc các yếu tố kháctác động trong tương lai như: gió mùa đông bắc, sự tăng cường củadòng chảy sông, mưa lớn ở địa phương, sự tích tụ phù sa, các tác độngcủa con người (P.N.Hồng-1993)

Gió mùa đông Bắc góp phần quan trọng làm tăng mực nước biển, Giómùa xuất hiện vào mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, vào thời kỳthuỷ triều cao nhất trong năm (tháng 10 đến tháng 12) kết hợp với giómạnh làm nước mặn xâm nhập sâu vào đất liền

Sự tăng dòng chảy của sông cũng là một nguyên nhân chính, nhưngthường chỉ xảy ra vào mùa mưa và chỉ ảnh hưởng ngắn hạn Đặc biệtnước biển dâng cao nhất trong những ngày có mưa bão kết hợp triềucường, gây thiệt hại to lớn về tài sản cho cộng đồng ven biển, làm cho bờbiển bị xói lở, kể cả những vùng có dải RNM phòng hộ

b Các hoạt động kinh tế – xã hội:

RNM là hệ sinh thái đặc biệt, có giá trị và ý nghĩa to lớn về đadạng sinh học đối với việc bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế-xãhội Nhưng để phát triển nuôi thuỷ sản, chuyển dịch cơ cấu kinh tế nôngnghiệp từ việc phá RNM đắp đập để trồng lúa, đắp bờ các đầm tôm trànlan trong vùng bãi triều đã ngăn cản sự vận động của thuỷ triều, qua đó

ảnh hưởng lớn đến sự sinh trưởng và phát triển của các loài cây ngậpmặn, làm mất nơi dinh dưỡng của hải sản và động vật vùng triều, làmthay đổi dòng chảy, giảm sự phân tán nước ở các bãi triều và vùng venbiển Việc sử dụng nước ngầm để điều chỉnh độ mặn trong các vùng nuôi

tôm rộng lớn cũng như sử dụng lãng phí nước trong sinh hoạt đã dẫn đến

sự suy giảm nghiêm trọng nguồn nước ngầm cần thiết cho các loài câyngập mặn và các sinh vật sống trong đất bùn và đồng thời ảnh hưởng đếncấu trúc địa chất của vùng ven biển (P.N.Hồng và cs 2007)

Ngoài ra, nguyên nhân đáng chú ý đó là chính sách quản lý RNM củachính quyền địa phương Khi giao rừng về cho các địa phương quản lý thìchính quyền nhiều xã chưa quan tâm, thậm chí còn làm ngơ trước sự phárừng của người dân Chi cục kiểm lâm người ít, phương tiện không đủmạnh và thiếu chế tài cần thiết để xử lý các vụ vi phạm Mặt khác chưa

có quy hoạch rõ ràng giữa diện tích nuôi hản sản và phát triển RNM tạo

ra nguy cơ RNM bị chặt phá và lấn chiếm Việc quản lý và sử dụng đất

đai tại bãi bồi còn bất cập, chồng chéo giữa các dự án và mục đích sửdụng Quan điểm của một số người làm công tác quản lý cho rằng RNM

ít có giá trị kinh tế so với lợi ích nuôi tôm, từ đó có những cân nhắc tínhtoán thiên lệch về nuôi tôm

Các phương pháp nghiên cứu biến động trong trắc địa

Trong trắc địa, nghiên cứu biến động có 2 phương pháp là:

- Phương pháp truyền thống: Đo trực tiếp ngoài thực địa, hoặc sửdụng ảnh hàng không

- ứng dụng công nghệ viễn thám để phân tích trên ảnh vệ tinhCả hai phương pháp đều có những ưu nhược điểm riêng: trong đó phươngpháp truyền thống cho độ chính xác cao, tuy nhiên nó tốn rất nhiều thờigian, hiệu quả kinh tế không cao, và nhiều đề tài nghiên cứu phục vụ mục

đích riêng không cần kết quả bản đồ biến động với độ chính xác quá cao.Nên cần có giải pháp hữu hiệu hơn trong kiểm kê, đánh giá tình trạng rừngngập mặn Ngày nay, với sự phát triển của kỹ thuật thu thập dữ liệu từ vệtinh, tình trạng lớp phủ hoặc sử dụng đất của 1 khu vực hoàn toàn có thể

được ghi nhận theo chu kỳ nhất định (16 ngày đối với dữ liệu Landsat).Phương pháp nghiên cứu biến động từ ảnh vệ tinh bằng công nghệ viễn thámthì cho kết quả không chính xác bằng phương pháp trên, tuy nhiên nếu kết

hợp với đi thực địa kiểm tra thì cho kết quả có độ chính xác cũng khá cao,phục vụ tốt cho mục đích sử dụng, và không tốn nhiều thời gian mà hiệu quảkinh tế cao hơn rất nhiều so với phương pháp trên.

Như vậy, vẫn đáp ứng nhu cầu sử dụng mà cho hiệu quả kinh tế cao chonên phương pháp ứng dụng công nghệ viễn thám phân tích trên ảnh vệ tinh

để nghiên cứu sự biến động đã trở nên phổ biến hiện nay Do đó trong đồ ánnày em đã lựa chọn phương pháp viễn thám để thực hiện đề tài

Chương II Cơ sở khoa học việc sử dụng công nghệ viễn thám-GIS

nghiên cứu biến động rừng ngập mặn.

cứu lớp phủ thực vật ngập mặn trên thế giới và Việt Nam.

 Trên thế giới

Trên thế giới, việc sử dụng ảnh vệ tinh trong nghiên cứu tài nguyên thiênNhiên nói chung và RNM nói riêng đã được tiến hành từ những năm 1970sau khi Mỹ phóng thành công vệ tinh tài nguyên đầu tiên Landsat1 vào ngày23/07/1972 Sự phát triển dân số trong khu vực đới ven bờ đang dẫn tớinhững thay đổi lớn về kinh tế - xã hội có tác động mạnh đến lớp phủ RNM.Chính vì lý do đó, công tác quản lý đới bờ, RNM đặc biệt được quan tâm vàcông ước đất ngập nước và Công ước Ramsar (Ramsar Convention) đã đượcđưa ra và thông qua ở Iran năm 1971 Có rất nhiều tác giả viết về vấn đềquản lý RNM nhưng vẫn là hành động ít tính chất xác thực (Peter R.Bacon)

Ở Mỹ đã sử dụng ảnh vệ tinh Modis, Aster, Landsat 7, Ikonos, Spot 1 đểphân tích và mô hình hoá trong việc quản lý RNM với lý do là hệ thống vệtinh cung cấp nguồn thông tin về hiện trạng môi trường phục vụ cho vấn đềquản lý đới bờ rất tốt (Timothy F Donato; Victor V Klemas, 2001) Cũng làvấn đề quản lý RNM, Shailesh Nayak sử dụng ảnh vệ tinh cho nghiên cứuquản lý đới bờ ở Ấn Độ và đưa ra kết luận RNM là hệ sinh thái có năng suấtcao, hệ sinh thái này chịu sức ép gia tăng dân số và các hoạt động ven bờ,toàn cầu hoá Điều đó cần thiết cho vấn đề bảo vệ phát triển phù hợp đới ven

bờ Ở vịnh Phang nga - tỉnh Krabi – Thái Lan, xấp xỉ 200 km2 với diện tíchRNM bao phủ, Tipamat Upanol, Nitin K Tripathi sử dụng ảnh LandsatTM/MSS cho nghiên cứu phạm vi RNM các năm và so sánh để thấy sự thayđổi diện tích rừng khu vực Phân tích dữ liệu ảnh IRS-1C LISS3 ngày

8/03/1999 khu vực Đ«ng Bắc Ấn Độ để thành lập bản đồ sử dụng đất và bản

đồ RNM bằng phương ph¸p ph©n loại cã kiểm định Maximum likelihood.Kết quả ph©n loại này được kiểm tra thực địa kết hợp với ph©n tÝch mốiquan hệ giữa chỉ số thực vật cã tham số thống kª (B Satyanarayana và nnk.2001) Một dự ¸n thiªn về nghiªn cứu c«ng nghệ trong quản lý RNM của Mỹnăm 2003 (COCATRAM) đ· nªu rất nhiều vấn đề như hiện trạng RNM vànhững nh©n tố kinh tế - x· hội liªn quan đến sự ph¸t triển RMM, phương ¸n

kỹ thuật m«i trường trong quản lý phï hợp RNM ở Mỹ Latin và WiderCaribea Th«ng qua việc tổng quan một số nghiªn cứu trªn thế giới cã thểthấy tầm quan trọng của việc bảo vệ RNM và khả năng to lớn của c«ng nghệviễn th¸m trong theo dâi biến động RNM Cũng th«ng qua đã cã thể nhậnxÐt rằng tïy vào quy m«, mục đÝch nghiªn cứu mà c¸c dữ liệu vệ tinh kh¸cnhau đ· được sử dụng Từ c¸c dữ liệu cã độ ph©n giải trung b×nh nhưMODIS đến c¸c dữ liệu cã độ ph©n giải siªu cao như IKONOS vàQuickbird Với diện tÝch ph©n bố và quy m« RNM như vïng ven biển H¶iPhßng th× d÷ liÖu Landsat cã khả năng cung cấp c¸c th«ng tin đủ để theodâi sự biến động lớp phủ thực vật ngập mặn

Theo nghiªn cứu của FAO, diện tÝch RNM ở Cần Giờ - TP Hồ ChÝ Minhgiảm từ 19.800 ha năm 1980 xuống cßn 14.700 ha năm 2000, bªn cạnh dữ

cứu hiện trạng RNM Nhóm nghiên cứu Nguyễn Hoàng Anh, Trần Triết,Huỳnh Thị Minh Hằng, Viên Ngọc Nam, Kazuyo Hirose, Mizuhiko Syoji đã

sử dụng ảnh vệ tinh Aster, Landsat TM/ETM (1989, 1994, 1997, 2001) để

so sánh NDVI và giá trị độ xám cho nghiên cứu hiện trạng RNM Cần Giờ vàđưa ra giải pháp quản lý Lê Thị Vân Huế nghiên cứu những chính sách,những nhân tố như sự khác biệt về xã hội và công tác quản lý RNM để thấyđược cái ưu nhược điểm của nó Cùng với tình trạng của lưu vực sông TháiBình, huyện Tiên Lãng – Hải Phòng đó được Nguyễn Huy Thắng 1996 quantâm nghiên cứu một số hoạt động như nuôi thuỷ sản, cua, ốc, cá và các độngvật khác làm ảnh hưởng tới việc tăng trưởng RNM Nhà nghiên cứu RNMhàng đầu của Việt Nam, Phan Nguyên Hồng cùng các cộng sự khác Sarah C.Coulter, Carlos M, Mai Sỹ Tuấn, Nguyễn Hoàng Trí…đã nghiên cứu chuyênsâu về thực vật học với năng suất mà thực vật ngập mặn đem lại, được thửnghiệm Gia Luân, Thái Thuỵ - Thái Bình Đồng thời với việc sử dụngphương pháp viễn thám, phương pháp phân tích không gian của GIS đươccác tác giả Martin Bộland, Ferdinand Bonn và Phạm Văn Cự (MartinBộland1, Kalifa Goùta1, Ferdinand Bonn, Pham Van Cu, 2001) sử dụng đểchứng minh tác động của đầm tôm với thay đổi rừng ngập mặn năm 1986 -

2001 ở huyện Giao Thủy – Nam Định

Ngoài những đề tài trên còn rất nhiều các đề tài khác nghiên cứu về biếnđộng lớp phủ thực vật ngập mặn ven biển được rất nhiều nhà nghiên cứuquan tâm với nhiều khía cạnh khác nhau

2.2 Cơ sở khoa học về viễn thám

2.2.1 Nguyên lý chung của viễn thám

Viễn thám được định nghĩa như một khoa học và công nghệ thu nhận, xử

lý các thông tin về đối tượng mà không tiếp xúc trực tiếp với chúng Sóng

điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là những nguồn tư liệu chínhtrong viễn thám Các thiết bị dùng để thu nhận sóng điện từ phản xạ hoặcphát xạ từ vật thể được gọi là các bộ cảm (remote sensor)

Phương tiện dùng để mang bộ cảm được gọi là vật mang (platform) Máybay và vệ tinh là những vật mang thông dụng nhất trong kỹ thuật viễn thám.Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thông tin

về đối tượng Viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thông tinphổ nhận biết, xác định được các đối tượng

Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý thu nhận hình ảnh của viễn thám

2.2.2 Cơ sở vật lý và nguyên lý thu nhận hình ảnh

 Cơ sở vật lý

Tín hiệu điện từ thu nhận từ đối tượng nghiên cứu mang theo các thôngtin về đối tượng Viễn thám thu nhận, xử lý các thông tin này, từ các thôngtin phổ nhận biết, xác định được các đối tượng Bức xạ điện từ truyền nănglượng điện từ dựa trên các dao động của trường điện từ trong không giancũng như trong lòng vật chất Quá trình lan truyền này tuân theo định luậtMaxwel tại các giải sóng có bước sóng khác nhau (hình 3)

Bước súng

EFH SFH UFH VHF HF MF LF Tia-Y Tia-X Cực tím Hồng ngoại

sóng cực ngắn

cận hồng ngọai

hồng ngoại

trung

hồng ngoại nhiệt

Hình 2.2: Các bước sóng điện từ Một số vấn đề vật lý ảnh :

Bề mặt trái đất và các đầu đo viễn thám được ngăn cách bởi bầu khí quyển

và chính khí quyển đó làm biến đổi tín hiệu mà đầu đo viễn thám thu nhận

được từ mặt trái đất Nguyên nhân gây nên sự biến đổi này là các nhiễu làmthay đổi một số tính chất vật lý của sóng điện từ

Độ lớn của các nhiễu này phụ thuộc vào sự hiện diện thực tế của các phân

tử khí và phân tử chất lỏng hoặc chất rắn có trong khí quyển và gây ra bahiện tượng : hấp thụ, tán xạ và khúc xạ.Khí quyển có cấu tạo phân lớp do sựphân bố của các phân tử biến đổi trong không gian và theo thời gian Điềunày làm khí quyển có tác dụng như là một tấm màng lọc tác động rất mạnh

đến quá trình ghi nhận dữ liệu bằng các thiết bị viễn thám

Hiện tượng hấp thụ, truyền qua và các cửa sổ khí quyển

Sự hấp thụ sóng điện từ của khí quyển diễn ra là do cú sự biến đổi trạng tháinội tại của các nguyên tử và phân tử trong dải sóng nhìn thấy , hồng ngoạigần và do có sự tồn tại của các trạng thái quay và trạng thái dao động củacác phân tử trong dải hồng ngoại xa và dải sóng siêu cao tần Các loại khíhấp thụ sóng điện từ trong khí quyển bao gồm có Oxy (O2), O zôn (O3), hơi

nước (H2O), khí cácbonnic (CO2), nitơ (N2), oxít cácbon (CO) và mêtan(CH4) Quá trình hấp thụ sẽ làm giảm tín hiệu trên đường đi của nó Bức xạ

điện từ sẽ bị khí quyển hấp thụ rồi sau đó được phát xạ lại dưới dạng bức xạnhiệt Sự thay đổi về mặt nhiệt lượng này sẽ tạo ra sự khác biệt về nhiệt độ

và độ ẩm tương đối với các khối không khí ở các kiểu khí hậu khác nhau.Trong viễn thám chúng ta chỉ quan tâm đến khả năng lan truyền và khảnăng tán xạ của khí quyển vì các hiện tượng này sẽ tác động mạnh đến tínhiệu mà đầu đo viễn thám sẽ nhận được và làm thay đổi thông tin mà các tínhiệu này cung cấp Khí quyển có một đặc điểm rất quan trọng là có phảnứng khác nhau đối với các bức xạ điện từ có bước sóng khác nhau đối vớicủa tia γ, tia X và các bức xạ điện từ có bước sóng nhỏ hơn 0,35 m (tia cựctím) gần vùng nhìn thấy thì khí quyển là một dạng vật chất chắn sáng và tạicác vùng này quá trình lan truyền sẽ không thể xảy ra được

Trong khoảng từ 0,4 m đến gần 14 m, quá trình lan truyền qua khíquyển lại có thể xảy ra ở một số bước sóng nhất định nằm giữa hai ngưỡngnày Trong vùng từ 14 m đến 1 mm thì khả năng truyền qua của khí quyểnlại bị hạn chế một cách đáng kể Cuối cùng, hệ số truyền qua của khí quyểnlại tăng lên ở khoảng từ 1mm đến 8 cm và đạt mức tối đa ở dải sóng siêu caotần Dưới đây là hình thể hiện các vùng cửa sổ khí quyển, là những vùng phổ

mà vệ tinh không thu nhận được

Cửa sổ khÝ quyển Từ bước sãng Đến bước sãng

Cực tÝm và nh×n thÊy 0,35 m 0,75 m

Hồng ngoại gần 0,77 m

1,0 m1,19 m

0,91 m1,12 m1,34 mHồng ngoại trung b×nh 1,55 m

2,05 m

1,75 m2,4 mHồng ngoại nhiệt 3,35 m

4,5 m8,0 m10,2 m17,0 m

4,16 m5,0 m9,2 m12,4 m22,0 m

3,0 mm7,5 mm20,0 mm

3,75 mm11,5 mm

và dài hơnBảng 2.1: C¸c vïng sãng cã cửa sổ khÝ quyển

Vïng phæ kh«ng thu ®­îc ¶nh

Chỉ trong các vùng bước sóng này mà người ta mới thiết kế các băng phổcho bộ cảm

2.2.3 nguyên lý thu nhận hình ảnh

Hình 2.3: Cơ chế thu ảnh quang học

• Bề mặt quan sát được rời rạc hóa (quantumizing) thành các pixel có kích thước khác nhau tùy thuộc vệ tinh

• Xung điện từ “tích hợp” phát ra từ từng pixel sẽ đi qua gương quét để

đến bộ tách sóng để tạo ra tín hiệu đơn phổ theo thiết kế của bộ cảm

• Sau khi được khuyếch đại, tín hiệu đơn phổ thuộc các băng sóng khác nhau sẽ được ghi vào bộ nhớ của vệ tinh dưới dạng mã nhị phân

• Dữ liệu sẽ được truyền về Trạm thu ảnh

Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện bằngcác cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường được gọi là đặc trưngphổ Đặc trưng này sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhậndạng ra đối tượng trên bề mặt đất Kể cả đối với giải đoán bằng mắt thì việchiểu biết về đặc trưng phổ của các đối tượng sẽ cho phép giải thích đựơc mốiquan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông mầu trên ảnh tổ hợp mầu để giải

đoán đối tượng

2.2.4 Các đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng nghiên cứu

Về nguyên tắc, vệ tinh “nhìn” được tất cả các đối tượng trên bề mặt Trái Đấtbao gồm: đất (đá gốc, đường nhựa, bê tông), nước và thực vật Đặc trưng phổcủa các đối tượng này có thể được biểu diễn như trên hình 2.4 dưới đây:

Hình 2.4 : Đặc trưng phổ phản xạ và ứng dụng

Thông tin thu được từ các đối tượng trong quá trình chụp ảnh vệ tinh lànhờ sự khác biệt của phản ứng với sóng điện từ của các đối tượng khác nhau(các phản ứng: phản xạ, hấp thụ, tán xạ sóng điện từ)

Những đối tượng trên mặt đất có thể tổng quát thành ba đối tượng chủyếu là: lớp phủ thực vật, đất trống (cát, đá, các công trình xây dựng) và nước.Mỗi loại đối tượng này có mức độ phản xạ khác nhau với sóng điện từ tạicác bước sóng khác nhau (hình 2.4)

Sau đây tóm tắt đặc điểm phổ phản xạ các đối tượng tự nhiên chính trong Viễn thám

Sở dĩ có thể phân biệt đượcc các đối tượng trên là do phổ phản xạ ánh sáng

mặt Trời của chúng khác nhau, nghĩa là tín hiệu phản xạ do vệ tinh thu đượckhác nhau ở từng đối tượng Vì vậy, hình dạng của đường cong phổ phản xạphụ thuộc rất nhiều vào tính chất của các đối tượng Trong thực tế, các giá trịphổ của các đối tượng hay của một nhóm đối tượng cũng rất khác nhau.Nhưng về cơ bản chúng dao động xung quanh giá trị trung bình như hình 2.4

nước sạch nước phù sa

Hình 2.5 :sự khác biệt về độ phản xạ giữa các đối tưọng tự nhiên

- Thực vật : Thực vật khoẻ mạnh chứa nhiều diệp lục tố (Chlorophil), phản

xạ rất mạnh ánh sáng có bước sóng từ 0,45 - 0,67m (tương ứng với dảisóng màu lục - Green) vì vậy ta nhìn thấy chúng có màu xanh lục Khi diệplục tố giảm đi, thực vật chuyển sang có khả năng phản xạ ánh sáng màu đỏtrội hơn Dẫn đến lá cây có màu vàng (do tổ hợp màu Green và Red) hoặcmàu đỏ hẳn, ở vùng hồng ngoại phản xạ (từ 0,7 -1,3 m) thực vật có khảnăng phản xạ rất mạnh, khi sang vùng hồng ngoại nhiệt và vi sóng một số

điểm cực trị ở vùng sóng dài làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng của hơinước trong lá, khả năng phản xạ của chúng giảm đi rõ rệt và ngược lại, khảnăng hấp thụ ánh sáng lại tăng lên Đặc biệt đối với rừng có nhiều tầng lá,khả năng đó càng tăng lên

- Nước : nước trong chỉ phản xạ mạnh ở vùng sóng của tia xanh lơ (Blue) và

Nước sụng sạch Nước sụng cú phự sa Thực vật

silty clay soil musky soil

20 40 60

yếu dần khi sang vùng tia xanh lục (Green), triệt tiêu ở cuối dải sóng đỏ(Red) Khi nước bị đục, khả năng phản xạ tăng lên do ảnh hưởng sự tán xạcủa các vật chất lơ lửng Sự thay đổi về tính chất của nước (độ đục, độ mặn,

độ sâu, hàm lượng Clorophyl, ) cũng đều ảnh hưởng đến tính chất phổ củachúng

- Đất khô: đường cong phổ phản xạ của đất khô tương đối đơn giản, ít có

những cực đại và cực tiểu một cách rõ ràng, lý do chính là các yếu tố ảnhhưởng đến tính chất phổ của đất khô phức tạp và không rõ ràng như ở thựcvật Tuy nhiên quy luật chung là giá trị phổ phản xạ của đất tăng dần về phía có bước sóng dài.

Các cực trị hấp thụ phổ do hơi nước cũng diễn ra ở vùng 1,4; 1,9 và 2,7 m.Bên cạnh đó, trong một vài trường hợp nhất định, khả năng phản xạ của các

đối tượng khác nhau lại giống nhau, đặc biệt là với các đối tượng thực vật.Khi đó, chúng ta rất khó hoặc không thể phân biệt được các đối tượng này,nghĩa là bị lẫn Đây là một trong những hạn chế của ảnh vệ tinh

Thông qua đặc điểm về đường cong phản xạ phổ của các đối tượng người

ta thiết kế các thiết bị thu nhận sao cho tại khoảng bước sóng đó các đốitượng có độ phản xạ phổ là khác, dễ phân biệt nhất và ở những khoảng nằmtrong bước sóng này sự hấp thụ của khí quyển là nhỏ nhất

Mỗi loại vệ tinh được thiết kế để thu nhận ở một số dải phổ nhất định haycòn gọi là các kênh phổ

Hình 2.6 : cơ chế thu ảnh quang học

2.2.5 Dữ liệu viễn thám và lựa chọn tư liệu ảnh cho vùng nghiên cứu.

a Dữ liệu viễn thám

Dữ liệu viễn thám gồm các dữ liệu ảnh vệ tinh

Viễn thám vệ tinh sử dụng các bộ cảm gắn trên vệ tinh nhân tạo hoạt động ởnhiều bước sóng từ 400 nm – 25cm để thu dữ liệu về các đối tượng nghiêncứu trên Trái Đất

Một số bộ cảm hoạt động trong vùng nhìn thấy và cận hồng ngoại của dảiphổ cung cấp các thông số liên hệ với màu của đối tượng, thường liên quan

đến tính chất hóa học hay khoáng vật của đối tượng Dữ liệu thu được từ các

bộ cảm hồng ngoại nhiệt cho biết giá trị liên quan đến nhiệt độ và các tínhchất nhiệt của đối tượng Với những thông tin về độ nhám bề mặt và độ ẩm

có thể chiết xuất từ dữ liệu thu ở các bước vi sóng (radar)

ảnh vệ tinh ngày nay càng đa dạng, cung cấp nhiều thông tin Việc ứngdụng viễn thám trong nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật nói chung vàlớp phủ thực vật ngập mặn núi riêng đòi hỏi phải chú ý lựa chọn dữ liệu saocho phự hợp Các thông số quan trọng nhất đặc trưng cho thông tin của một

ảnh vệ tinh cần được lựa chọn cho đối tượng nghiên cứu, đó là độ phân giảikhông gian, độ phân giải phổ và độ phân giải thời gian

tính của đầu thu, phụ thuộc vào trường nhìn tức thì (IFOV) được thiết kế sẵn.

ý nghĩa quan trọng nhất của độ phân giải không gian là nó cho biết đốitượng nhỏ nhất mà có thể phân biệt trên ảnh

Nguồn: Trung tâm nghiên cứu – ứng dụng viễn thám và GIS CARGIS

Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên Hà Nội

- Độ phân giải phổ: vệ tinh thu nhận sóng phản xạ trên một khoảng bước

sóng nhất định Độ rộng hẹp của khoảng bước sóng này là độ phân giải phổcủa ảnh Theo hình 2.4, khoảng bước sóng càng hẹp thì tính chất phản xạphổ của đối tượng càng đồng nhất Độ phân giải bức xạ (RadiometricResolution) (độ phân giải phổ) được thể hiện trên hình sau đây:

Là mức độ lượng tử hóa(quantumizing) trị đo bức xạ tại mỗi poxel (1 bit, 2bit, 8 bit, 16 bit v.v.)

- Độ phân giải thời gian: vệ tinh viễn thám chuyển động trên quỹ đạo và

chụp ảnh Trái Đất Sau một khoảng thời gian nhất định, nó quay lại và chụplại vùng đó chụp Khoảng thời gian này gọi là độ phân giải thời gian của vệtinh Với khoảng thời gian lặp lại càng nhỏ thì thông tin thu thập càng nhiều

Ngoài ra, số lượng kênh ảnh cũng là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đếnThông tin thu nhận trên ảnh viễn thám ảnh thu được càng nhiều kênh thìcàng có nhiều thông tin về đối tượng thu được Các ảnh đa phổ thông thườngthu được từ 3 – 10 kênh Khả năng nhận biết đối tượng trên ảnh vệ tinh phụthuộc vào độ phân giải Căn cứ vào độ phân giải không gian của ảnh, ta cóthể chia ra thành 4 mức dữ liệu ảnh viễn thám: một là, dữ liệu có độ phângiải thấp như ảnh NOAA, hai là, dữ liệu có độ phân giải trung bình như ảnhLandsat MSS (80m)… ba là, dữ liệu có độ phân giải cao như Landsat TM(30m, 15m), Spot (20m, 10m…) Aster (15m) và bốn là, ảnh có độ phân giảisiêu cao như IKONOS (1 – 5m), ảnh Quikbirb (1m) Đối với việc thành lậpbản đồ lớp phủ mặt đất nói chung và lớp phủ thực vật ngập mặn nói riêngcho khu vực ven biển tỉnh Hải Phòng thì dữ liệu ảnh vệ tinh được sử dụngrộng rãi hơn tất cả và giá thành rẻ hơn (so với ảnh Spot Aster ), so với ảnhLandsat MSS thì ảnh Landsat TM có độ phân giải không gian cao hơn, độphân giải phổ cũng cao hơn (ảnh Landsat TM có 7 kênh phổ, còn ảnhLandsat MSS có 4 kênh phổ) Bảng 2.2 sau đây sẽ cho biết các ứng dụngchính của các kênh phổ của Landsat TM.

Bảng 2.2 Bảng ứng dụng chính của các kênh phổ của Landsat TM.

Dựa vào ứng dụng chính của các kênh phổ nêu trong bảng trên, đối với việcnghiên cứu lớp phủ thực vật ngập mặn sẽ chú ý sử dụng 4 kênh 1, 2, 3, 4.Nhìn chung, dữ liệu ảnh viễn thám thuận tiện cho việc thành lập bản đồ lớpphủ mặt đất, tạo các bản đồ chỉ số như chỉ số thực vật Dựa vào độ phân giảithời gian của ảnh ta có thể phát hiện ra biến động lớp phủ đất Sản phẩm củadữ liệu viễn thám, kết hợp với dữ liệu GIS nhằm tạo ra thông tin hữu ích

nhằm đánh giá, trợ giúp quyết định liên quan đến tài nguyên thiên nhiên nóichung và lớp phủ thực vật nói riêng.

b Lựa chọn tư liệu ảnh trong nghiên cứu biến động lớp phủ thực vật ngập mặn khu vực Bãi Nhà Mạc-Đình Vũ

Trong nghiên cứu, việc lựa chọn tư liệu ảnh phụ thuộc vào đối tượng nghiêncứu và nguồn tư liệu ảnh sẵn có Theo đánh giá trong nhiều công bố khoahọc ứng dụng công nghệ viễn thám mỗi loại ảnh thường chỉ có giá trị sửdụng cho từng đối tượng cụ thể (nguồn: Phạm Quang Sơn, 2004) Trongnghiên cứu đường bờ, đối tượng cần phân biệt là vùng đất và nước Do đó,

tư liệu ảnh sử dụng là các ảnh như ảnh máy bay (ảnh màu, ảnh đen trắng…),các ảnh viễn thám có độ phân giải cao (ảnh SPOT, ASTER, Landsat TM, vàETM) hoặc ảnh Radar như ảnh vệ tinh Radarsat,…Đối với nghiên cứu vềtrường nhiệt độ bề mặt nước biển, nghiên cứu cháy rừng thì kênh ảnh được

sử dụng là kênh hồng ngoại nhiệt (Thermal IR) ở các vệ tinh như NOAA,MODIS, Landsat TM, Landsat ETM Nếu như nghiên cứu về lớp phủ thựcvật cần lưu ý chọn các kênh phổ cận hồng ngoại (Near IR) có ở ảnh SPOT,Landsat TM, Landsat ETM, Landsat MSS, và ảnh NOAA

Các tư liệu ảnh có thể bổ xung thông tin hoặc thay thế cho nhau Với ba đặcđiểm chính của dữ liệu viễn thám (độ phân giải không gian, phổ và độ phângiải thời gian), chủ yếu người sử dụng chỉ quan tâm đến độ phân giải khônggian trong việc giải đoán các đối tượng mà không mấy chú ý đến độ phângiải phổ (phản xạ phổ của đối tượng) và độ phân giải thời gian Ưu thế mạnhcủa tư liệu viễn thám là khả năng phân biệt các đối tượng khác nhau dựa vàomức phản xạ của chúng, và cách tối ưu nhất là kết hợp cả hai yếu tố phổphản xạ và độ phân giải không gian

Để phân biệt tốt các đối tượng, phương án đa số người sử dụng trong kỹthuật xử lý ảnh số là kết hợp nhiều ảnh có độ phân giải khác nhau Bên cạnh

đó, thế mạnh của tính đa thời gian trong dữ liệu ảnh vệ tinh với việc bổ xungthông tin cho công tác thành lập các bản đồ chuyên đề như là bản đồ lớp phủ

với một số c¸c đối tượng thay đổi theo mïa màng là kh«ng thể thiếu Đặcbiệt trong nghiªn cứu biến động, ảnh vệ tinh cung cấp th«ng tin kh¸ch quannhất Th«ng tin viễn th¸m được sử dụng kết hợp với th«ng tin địa lý kh¸c vàtÝch hợp trªn hệ thống GIS, hai c«ng nghệ này bổ xung cho nhau để chiếtsuất th«ng tin theo nhiều chiều và theo một kh«ng gian địa lý phục vụ chovấn đề nghiªn cứu Bảng 2.3 dưới ®©y sẽ cung cấp một số th«ng tin liªnquan đến việc sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh trong nghiªn cứu c¸c đối tượng ởkhu vực ven biển tỉnh H¶i Phßng nãi riªng và đồng bằng, ven biển hiện nay.Bảng 2.3 So s¸nh khả năng sử dụng th«ng tin một số ảnh vệ tinh trongnghiªn cứu đồng bằng và ven biển

Các ứng dụng

Tên vệ tinh

- Cảnh quan ven bờ

- Đo độ sâu và địa

3 3

2 2 0 4 3 0

3 3 3 3

3 2 4

1 1 2 1

1 2

1 2 1 2 1

#

3 3 3 3

2 1 3

2 3 3

#

# 0

0 0 0

#

# 2

#

#

# 3

0

# 1

2 1 2 1

1 2

1 1 0 2 1 3

# 1 2 3

2 1 3

2 0 0 0

0 0

0 1 1 0 2 0

2 0 0 3

0 3

#

4 0 0 0

0 0

0 0 1 0 3 0

0 0 0 3

0 3

#

4 0 0 0

0 0

0 0 1 0 3 0

0 0 0 3

0 3

#

Mức độ sử dụng:

1 Khả năng sử dụng tốt nhất 2 Khả năng sử dụng khỏ

3 Khả năng sử dụng trung bình 4 Có thể sử dụng nhưng hạn chế

0 Không thể sử dụng # Chưa có thông tin chính xác

(Phạm Quang Sơn, 2004)

ở Việt Nam, việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong các ngànhkhoa học Trái Đất trong những năm gần đây là một bước tiến mới đáng kể.Nhưng một khó khăn lớn là vấn đề cung cấp tư liệu ảnh vệ tinh độ phân giảicao Với phạm vi của đồ án tốt nghiệp này, chi phí cho việc mua ảnh càngkhó khăn Trong khả năng tài liệu có được của đồ án tôi đã lựa chọn ảnhLANDSAT để làm tài liệu

2.2.6 Chiết xuất thông tin trên ảnh viễn thám

Để chiết xuất thông tin trên ảnh viễn thám, có nhiều phương pháp khác nhauNhưng có thể chia thành 2 nhóm chính là: giải đoán mắt thường và xử lý số.Giải đoán bằng mắt thường là phương pháp khoanh định các vật thể cũngnhư xác định trạng thái của chúng nhờ phân biệt các đặc tính thể hiện trên

ảnh (màu sắc, kiến trúc, quan hệ với các đối tượng xung quanh…)

Xử lý ảnh số để chiết xuất thông tin trên ảnh

Cả hai phương pháp này đều có những ưu, nhược điểm và được ứng dụng tùyvào từng yêu cầu sử dụng Với mục tiêu chiết xuất thông tin và nghiên cứubiến động lớp phủ thực vật ngập mặn của khu vực, đồ án lựa chọn phươngpháp xử lý ảnh số nhờ ưu điểm lớn nhất của phương pháp là xử lý nhanh và

đa thời gian Trong phạm vi của đồ án, xử lý ảnh số được sử dụng để chiếtxuất thông tin về lớp phủ thực vật ngập mặn khu vực nghiên cứu với quy môpixel

ở quy mô pixel, ảnh được phân lọai và tính toán chỉ số thực vật, hoặc phânloại có kết hợp với chỉ số thực vật( chỉ số thực vật đóng vai trò là một trongcác kênh ảnh được phân loại)

2.2.7 Quy trình xử lý ảnh

Trong phần này các bước xử lý ảnh sử dụng trong đồ án em đã kết hợpchỉ số thực vật trong quá trình phân loại nhằm nâng cao độ chính xác củakết quả phân loại.Vì lý do đó, phần này cũng sẽ đề cập đến cả cơ sở vật

lý, công thức tính chỉ số thực vật và áp dụng cho phân loại ảnh khu vựcnghiên cứu

Ta có sơ đồ sử lý ảnh:

2.2.7.1 Hiển thị ảnh vệ tinh

Thông thường, khi giải đoán ảnh người ta không giải đoán các đốitượng trên các kênh ảnh riêng rẽ mà thường tổ hợp các kênh này thànhmột ảnh đa phổ ảnh tổ hợp màu sẽ làm cho mắt người dễ nhận biết các

độ đậm nhạt khác nhau tạo thành tất cả các màu khác Ví dụ màu đen làtrường hợp cả ba màu trên đều bằng không (không có).

Hình 2.8: Tổ hợp màu từ ba màu cơ bản

Màu trắng là tổ hợp của giá trị bằng nhau và cực đại của ba màu cơbản

Trong kỹ thuật thông tin, giá trị độ đậm nhạt của màu cơ bản được biểuthị bằng số Nếu mỗi màu cơ bản được ghi bởi 1 byte (8 bit) thì độ đậmnhạt của nó có 256 giá trị , từ 0 đến 255 Như vậy với các giá trị khácnhau của ba màu cơ bản, ta có thể biểu thị được 2563 giá trị, tương đươngvới hơn 16 triệu màu

Cần lưu ý rằng tổ hợp màu từ ba màu cơ bản chỉ là một phươngpháp để biểu diễn các màu trong tự nhiên Trên thực tế, còn nhiều cáchkhác để biểu diễn các màu trong tự nhiên nhưng ta không xét tới ở đây

Sự tổ hợp màu ảnh vệ tinh để hiển thị trên máy tính cũng sử dụngnguyên lý của việc tổ hợp màu từ ba màu cơ bản Mỗi kênh ảnh được lưutrữ ở dạng 8 bit (1 byte) sẽ bao gồm 256 giá trị từ 0 đến 255 Giá trị củamỗi điểm ảnh được coi như giá trị mã hoá của một màu cơ bản Như vậy,với ba kênh ảnh, ta có thể mã hoá chúng như giá trị của ba màu cơ bản vàsau được tổ hợp với nhau tạo thành ảnh tổ hợp màu Thông thường, người

ta tiến hành gán màu đỏ cho kênh cận hồng ngoại, xanh lá cây cho kênh