Thu thập, hệ thống hoá, tổng hợp và đánh giá nguồn tài liệu, số liệu từ các dự án, đề tài, báo cáo trước đây về đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thông quan chỉ số
Trang 1Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua chỉ số thực vật
(NDVI) khu vực Tây Nguyên
Phạm Văn Mạnh
Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Bản đồ viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý
Mã số 60 44 02 14 Người hướng dẫn: PGS.TS Phạm Văn Cự
Năm bảo vệ: 2013
Abstract Nghiên cứu tổng quan điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực
nghiên cứu Thu thập, hệ thống hoá, tổng hợp và đánh giá nguồn tài liệu, số liệu từ các
dự án, đề tài, báo cáo trước đây về đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thông quan chỉ số thực vật (NDVI) để tìm các phương pháp tối ưu cho việc xử
lý số liệu và xây dựng tổ hợp nhiệt độ mặt đất, độ ẩm không khí và NDVI trung bình theo mùa, theo năm tại khu vực nghiên cứu Sử dụng tư liệu viễn thám quang học đa thời gian (MODIS tổ hợp 8-ngày, 16-ngày), xây dựng tổ hợp nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và chỉ số thực vật NDVI, phục vụ quá trình phân tích dựa trên chuỗi dữ liệu
đa thời gian nhằm xác định vùng rừng trồng và rừng tự nhiên Từ đó xây dựng được bản đồ vùng rừng trồng và rừng tự nhiên của khu vực nghiên cứu Xây dựng các phương trình hồi quy thể hiện mối tương quan giữa chỉ số thực vật (NDVI) với nhiệt
độ bề mặt và chỉ số thực vật (NDVI) với độ ẩm không khí Phân tích đánh giá mối
tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng)
Keywords Công nghệ viễn thám; GIS; Nhiệt độ; Độ ẩm; Lớp phủ thực vất; Chỉ số thực vật; Tây Nguyễn
Trang 2MỞ ĐẦU
1 Tính cấp thiết của đề tài
Rừng là một trong những tài nguyên quan trọng nhất của Tây Nguyên, và trong quá trình phát triển, rừng cũng là một trong những tài nguyên bị đe dọa tàn phá nhiều nhất Trong những năm gần đây, nỗ lực bảo vệ rừng ở Tây Nguyên có rất nhiều kết quả đáng ghi nhận, từ các chủ trương tới các hành động cụ thể
Cùng với áp lực phá rừng lấy đất trồng cây công nghiệp, các nỗ lực phát triển rừng
đã đem lại thay đổi đáng kể về diện tích và chất lượng rừng ở Tây Nguyên Tuy vậy, cho đến nay các đơn vị quản lý rừng vẫn chưa có một công cụ hữu hiệu hỗ trợ cho công tác quản lý, giám sát chất lượng rừng, phản ánh chính xác sự biến động rừng trong khu vực quản lý, đặc biệt là các khu vực trọng điểm như rừng đầu nguồn
Với đặc thù về địa hình, khí hậu và sử dụng đất, rừng Tây Nguyên có vai trò cực
kỳ quan trọng đối với môi trường cũng như phát triển kinh tế xã hội Với môi trường rừng góp phần quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, đảm bảo cân bằng sinh thái, làm giảm nhẹ sức tàn phá khốc liệt của các thiên tai; Ngăn chặn xói mòn đất, bảo vệ mực nước ngầm; Là nơi lưu giữ các nguồn gien động thực vật quý hiến Với sự phát triển kinh tế xã hội rừng là nguồn cung cấp gỗ phục vụ cho nhu cầu đời sống và sản xuất; Cung cấp các mặt hàng lâm sản có giá trị xuất khẩu góp phần thu ngoại tệ phục vụ qua trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước; Cung cấp các dược liệu quý có tác dụng chữa bệnh, năng cao sức khỏe cho con người Ngoài ra rừng Tây Nguyên đang đứng trước những thách thức rất lớn đòi hỏi phải có những nỗ lực giám sát, quản lý thường xuyên
Trong điều kiện hiện nay ở Tây Nguyên, sử dụng các lực lượng hiện có chưa thể đáp ứng các yêu cầu này nên một hệ thống có khả năng cung cấp kịp thời, liên tục các thông tin giám sát và quản lý rừng là hết sức cần thiết
Trang 3Cùng với sự phát triển của công nghệ vệ tinh quan sát Trái đất, khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý trong công tác giám sát rừng cho thấy có nhiều ưu thế với điều kiện đặc thù của Tây Nguyên
Vệ tinh TERRA và AQUA có trang bị các phổ kế tạo ảnh độ phân giải trung bình
- MODIS, đã mở ra những triển vọng mới cho các nghiên cứu mang tính toàn cầu cũng như khu vực Việc xác định nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và chỉ số thực vật (NDVI) cũng nhờ đó có thể được thực hiện với độ chính xác cao hơn nhiều lần so với các hệ thống trước đây Ảnh vệ tinh đa phổ, đa độ phân giải, có độ phủ trùm lớn, có chu kỳ lặp lại theo thời gian giúp thu thập thông tin nhanh chóng, đồng bộ, khách quan rất phù hợp cho công tác giám sát một số yếu tố ảnh hưởng lớn đến rừng ở Tây Nguyên như nhiệt độ
và độ ẩm
Ảnh MODIS với 36 kênh phổ được thiết kế đặc biệt, việc khai thác các thông tin
từ ảnh MODIS đòi hỏi một cách thức tiếp cận mang tính đa thời gian Với cách tiếp cận này các phương pháp đánh giá độ ẩm và nhiệt độ bề mặt từ dữ liệu MODIS thường dựa vào các mô hình lý thuyết cũng như thực nghiệm khác nhau Đây cũng là một trong những kỹ thuật còn khá xa lạ đối với người sử dụng ở Việt Nam
Xuất phát từ thực tế nêu trên, học viên đã lựa chọn tên đề tài của luận văn thạc sĩ:
“Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS đánh giá tác động của nhiệt độ,
độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua chỉ số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên”
2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
Mục tiêu:
- Xây dựng phương pháp phát hiện vùng rừng trồng và rừng tự nhiên với ngưỡng của NDVI bằng các tư liệu viễn thám
- Xây dựng mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng)
Trang 4Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt được các mục tiêu trên, trong quá trình thực hiện đề tài
cần giải quyết các nhiệm vụ sau đây:
- Nghiên cứu tổng quan điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của khu vực nghiên cứu
- Thu thập, hệ thống hoá, tổng hợp và đánh giá nguồn tài liệu, số liệu từ các dự án,
đề tài, báo cáo trước đây về đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thông quan chỉ số thực vật (NDVI) để tìm các phương pháp tối ưu cho việc xử lý số liệu
và xây dựng tổ hợp nhiệt độ mặt đất, độ ẩm không khí và NDVI trung bình theo mùa, theo năm tại khu vực nghiên cứu
- Sử dụng tư liệu viễn thám quang học đa thời gian (MODIS tổ hợp 8-ngày, 16-ngày), xây dựng tổ hợp nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và chỉ số thực vật NDVI, phục
vụ quá trình phân tích dựa trên chuỗi dữ liệu đa thời gian nhằm xác định vùng rừng trồng
và rừng tự nhiên Từ đó xây dựng được bản đồ vùng rừng trồng và rừng tự nhiên của khu vực nghiên cứu
- Xây dựng các phương trình hồi quy thể hiện mối tương quan giữa chỉ số thực vật (NDVI) với nhiệt độ bề mặt và chỉ số thực vật (NDVI) với độ ẩm không khí
- Phân tích đánh giá mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng)
3 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi không gian: Khu vực Tây Nguyên (Gia Lai, Kom Tum, Đắk Lắk, Đắk Nông,
Lâm Đồng)
Phạm vi thời gian: Phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thực
vật (rừng) của khu vực năm 2012
4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Trang 5Ý nghĩa khoa học: Góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng dụng phương
pháp viễn thám vào việc phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thực vật (rừng)
Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần xây dựng phương pháp mới vào quy trình truyền thống
trong công tác phân tích đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng)
5 Tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
Tiếp cận:
- Tiếp cận hệ thống: Đối tượng nghiên cứu lớp phủ thực vật (rừng) sẽ được coi là
một chỉnh thể tự nhiên, các hiện tượng chịu ảnh hưởng của một tập hợp các yếu tố tự nhiên
- Tiếp cận không gian: cho phép tích hợp các dữ liệu viễn thám và GIS trong phân
tích và mô hình hoá sự thay đổi lớp phủ thực vật (rừng) với độ ẩm không khí và nhiệt độ
bề mặt
Phương pháp nghiên cứu:
- Phương pháp viễn thám
- Phương pháp bản đồ
- Phương pháp thống kê
- Phương pháp mô hình hoá
- Phương pháp kiểm chứng điều tra khảo sát thực địa
- Phương pháp phân tích không gian sử dụng GIS
- Phương pháp chuyên gia
Trang 66 Bố cục của đề tài
Mở đầu
Chương 1 Tổng quan về phương pháp sử dụng dữ liệu MODIS trong đánh giá mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật
Chương 2 Sử dụng dữ liệu ảnh MODIS trong đánh giá nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và chỉ số NDVI của lớp phủ thực vật
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
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Trang 7TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1 Trần Hùng (2007), “Sử dụng tư liệu MODIS theo dõi độ ẩm đất / thực vật bề mặt: Thử
nghiệm với chỉ số mức độ khô hạn nhiệt độ - Thực vật (TVDI)”, Tạp chí Viễn thám
và Địa tin học, Số 2 – 4/2007, tr 38-45
2 Huỳnh Thị Thu Hương, Trương Chí Quang, Trần Thanh Dân, (2012), “Ứng dụng ảnh
MODIS theo dõi sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất và tình hình khô hạn vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long”, Tạp chí Khoa học-Trường Đại học Cần Thơ, 24a, 49-59
3 Dương Văn Khảm, Chu Minh Thu, “Ứng dụng ảnh vệ tinh Terra-Aqua (MODIS) trong
việc tính toán độ ẩm không khí độ phân giải cao”,Viện Khí tượng Thủy văn
4 Nguyễn Xuân Lâm (2013), “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát và
cảnh báo những tác động của biến đổi khí hậu nhằm chủ động phòng tránh và giảm thiểu thiệt hại do tai biến thiên nhiên”, Chương trình Khoa học và Công nghệ cấp
nhà nước về biến đổi khí hậu, KHCN-BĐKH/11-15, Cục Viễn thám quốc gia
5 Trần Công Minh (2007), “Khí hậu khí tượng đại cương”, Nhà xuất bản Đại học quốc
gia Hà Nội
6 Nguyễn Ngọc Thạch (2005), “Cơ sở viễn thám”, Trường Đại học khoa học Tự
nhiên-Đại học Quốc gia Hà Nội, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội
7 Trần Thị Vân (2006), “Ứng dụng viễn thám nhiệt khảo sát đặc trưng nhiệt độ bề mặt
đô thị với sự phân bố các kiểu thảm phủ ở TP.Hồ Chí Minh”, Viện Môi trường và
Tài nguyên, ĐHQG Hồ Chí Minh
8 Trần Thị Vân, Nguyễn Hằng Hải (2011), “Quan hệ nhiệt và chỉ số thực vật trong phân
loại lớp phủ phục vụ đánh giá biến động đất đô thị”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học và
Công nghệ lần thứ 12, Hồ Chí Minh
Trang 8Tiếng Anh
9 Bo-Cai Gao and Kaufman, Y J, (2003), “Water vapor retrievals using Moderate
Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) near-infrared channels Journal
of Geophysical Research”
10 Brian D Wardlow (2007), “Analysis of Time-Series MODIS 250 m Vegetation Index
Data for Crop Classification in the U.S.Central Great Plains”, University of
Nebraska – Lincoln
11 Han.Y, Y Wang, Y Zhao (2010), “Estimating soil moisture conditions of the Greater
Chanbai Moutain by Land Surface Temperature and NDVI”, IEE Transactions on
Geoscience and Remote Sensing, v 48, n 6, p 2509-2515
12 Lambin E F, Ehrlich D (1996) The surface temperature-vegetation index space for land
cover and land-cover change analysis International Journal of Remote Sensing, 17: 463–487
13 Ramon Solano, Kamel Didan (2010), “MODIS Vegetation Index User’s Guide
(MOD13 Series)”, The University of Arizona
14 Sandholt I., Rasmussen K & Andersen J (2002) “A simple interpretation of the
surface temperature/vegetation index space for assessment of surface moisture status”, Remote Sensing of Environment, Vol 79, pp 213-224
15 Wan Z, P Wang and L.X (2004), “Using MODIS Land surface temperature and
Normalized Diference Vegetation index products for monitoring dought in the southern Great Plains”, USA, International Journal of remote sensing, v.25, 61-72
16 Zhengming Wan (2009), “MODIS Land Surface Temperature Products Users' Guide
(MOD11 Series)”, ICESS, University of California, Santa Barbara
17 Website: https://wist.echo.nasa.gov
18 Website: http://earthexplorer.usgs.gov
19 http://vi.wikipedia.org/wiki/TâyNguyên