ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiệt độ bề mặt đất là một biến quan trọng trong nhiều tính toán ứng dụng như khí hậu, thủy văn, nông nghiệp, sinh địa hóa và các nghiên cứu biến động môi trường.. Vì vậy, để
Trang 1NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT KHU VỰC VƯỜN QUỐC GIA PHONG
NHA - KẺ BÀNG SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT 8
Trần Xuân Mùi * , Võ Văn Trí *
(*) Phòng Khoa học và Hợp tác quốc tế, Ban quản lý Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng
Email: research.pnkb@gmail.com
Tóm tắt
Hiện nay, biến đổi khí hậu là mối quan ngại lớn của toàn thể nhân loại Nằm trong vùng được dự báo có ảnh hưởng nặng nề nhất do biến đổi khí hậu gây ra Phong Nha - Kẻ Bàng nơi thường bị tác động do biến đổi các yếu tố khí hậu; mưa nhiều hơn
về mùa mưa, thời gian lạnh trong năm kéo dài hơn, nhiệt động cao hơn trong mùa hè.
Việc tách giải tần nhiệt của ảnh Landsat để nội suy nhiệt độ bề mặt đã chứng minh được thay đổi các ngưỡng nhiệt theo không gian và thời gian mà các quan trắc thông thường không giải quyết được Qua nghiên cứu khu vực Vườn quốc gia Phong Nha
-Kẻ Bàng đã cho thấy các ngưỡng nhiệt độ của khu vực đã tăng đáng kể trong 2013 so
với năm 2016 Bỏ qua những quy luật tự nhiên như chu kỳ hoạt động của Mặt Trời thì
sự gia tăng nhiệt khu vực có thể có đóng góp của hoạt động của con người như thay đổi sử dụng đất, gia tăng phát thải do hoạt động sản xuất kinh doanh Sự thay đổi nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến hệ sinh thái và hoạt động của con người Nghiên cứu nhiệt độ
và các thay đổi nhiệt là cơ sở để đưa ra các giải pháp thích ứng và ứng phó nhằm bảo tồn giá trị Di sản thế giới Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng
Từ khoá: Viễn thám, nhiệt độ bề mặt, phong nha - kẻ bàng, biến đổi khí hậu.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Nhiệt độ bề mặt đất là một biến quan trọng trong nhiều tính toán ứng dụng như khí hậu, thủy văn, nông nghiệp, sinh địa hóa và các nghiên cứu biến động môi trường
Nó là một yếu tố chỉ thị về cân bằng năng lượng ở bề mặt Trái Đất Nhiệt độ bề mặt đất bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi khả năng của bề mặt phát ra bức xạ, tức là độ phát xạ
bề mặt Biết rõ độ phát xạ bề mặt đất là điều quyết định để ước tính cân bằng bức xạ ở
bề mặt Trái Đất Vì vậy, để ước tính định lượng nhiệt độ bề mặt đất, cần phải tách các hiệu ứng của nhiệt độ và độ phát xạ trong bức xạ được quan sát (Trần Thị Vân, 2009)
Có nhiều cách tiếp cận và phương pháp tính toán nhiệt độ bề mặt đã được giới thiệu và sử dụng Phương pháp truyền thống để tính toán nhiệt độ bề mặt là sử dụng các máy đo đạc đặt ở các trạm quan trắc mặt đất từ đó tính toán nội suy cho toàn khu vực dựa trên kết quả thu nhận tại các điểm quan trắc Tuy nhiên, phương pháp này chỉ phản ánh được chính xác nhiệt độ cục bộ xung quanh trạm đo chứ chưa đảm bảo được cho toàn khu vực, hơn nữa rất khó để có thể thiết lập được hệ thống trạm quan trắc với mật độ dày đặc, liên tục theo thời gian Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về các cách tính nhiệt độ bề mặt sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt của các loại tư liệu vệ tinh khác nhau như GOES, AVHRR, MODIS với độ phân giải trên 1km Ngày nay, tư liệu
vệ tinh LANDSAT với độ phân giải cao hơn đã và đang được khai thác để ứng dụng cho các nghiên cứu đòi hỏi độ chi tiết và chính xác cao như nghiên cứu nhiệt độ bề
Trang 2mặt các vùng đô thị hóa nơi có biến động sử dụng đất lớn làm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ bề mặt Một số phương pháp ứng dụng viễn thám đơn giản đã được áp dụng bằng cách tính chuyển giá trị số (DN) sang giá trị bức xạ phổ (spectral radiance) trực tiếp từ các kênh nhiệt, từ đó sử dụng các thuật toán khác nhau để tính ra nhiệt độ
bề mặt Tuy nhiên, ngoài năng lượng mặt trời chiếu tới, nhiệt độ bề mặt còn bị ảnh hưởng bởi độ phát xạ bề mặt và các hiệu ứng của khí quyển Để nâng cao độ chính xác, các kênh nhiệt này được hiệu chỉnh khí quyển để loại bỏ nhiễu Độ phát xạ bề mặt phụ thuộc vào các loại hình bề mặt và lớp phủ mặt đất Nhiều nghiên cứu giả thiết độ phát xạ bề mặt là hằng số hoặc sử dụng hệ số độ phát xạ lấy từ cơ sở dữ liệu đã được
đo đạc, công nhận qua các thí nghiệm cho các đối tượng lớp phủ chính (Lê Vân Anh, Trần Anh Tuấn, 2014)
Vườn Quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng nằm ở phía Tây tỉnh Quảng Bình trải rộng trên diện tích 123.326 ha với 03 loại địa hình là: karst, chuyển tiếp và phi karst Địa hình karst cổ, hình thành từ kỷ Paleozic - 450 triệu năm, rộng lớn nhất khu vực Đông Nam Châu Á, trải qua 05 giai đoạn phát triển và chứa đựng những bằng chứng kiến tạo vỏ Trái Đất (UNESCO, 2003)
Hình 1: Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng
Độ cao của khu vực Phong Nha - Kẻ Bàng khoảng 250m - dưới 2000m, điển hình là đỉnh Co Ta Run (1624m), Ba Rền (1137m), U Bò (1009m) Phong Nha - Kẻ Bàng nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa; mùa mưa từ tháng 9 đến tháng
3 năm sau, mùa khô từ tháng 4 đến tháng 8 Lượng mưa trung bình năm 1900 -2600mm, nhiệt độ trung bình năm 24 - 25oC (Nguyễn Đức Lý và cs, 2013)
Biến đổi khí hậu trở thành mối quan tâm hàng đầu và toàn cầu bởi những hậu quả nghiêm trọng tác động lên đa dạng sinh học và con người Việt Nam được dự báo nằm trong nhóm nước có ảnh hưởng nặng nề nhất do biến đổi khí hậu gây ra, đặc biệt
là sự ấm lên của toàn cầu, làm gia tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan, như khô hạn,
sa mạc hoá Phong Nha - Kẻ Bàng nơi thường bị tác động do biến đổi các yếu tố khí hậu; mưa nhiều hơn về mùa mưa, thời gian lạnh trong năm kéo dài hơn, nhiệt động cao
hơn trong mùa hè (Alexander Fröde, Lê Tuấn Anh, no date) Hơn nữa, hệ sinh thái
rừng nhiệt đới trải qua những biến đổi lớn và lớn hơn rất nhiều so với trung bình của toàn cầu dưới tác động bởi sự thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa và các yếu tố khí hậu
Trang 3khác (Omann, I.; Stocker, A.; Jaeger, J., 2009 and IPCC, 2012 trong Fitria Rinawati, Katharina Stein, và André Lindner, 2013)
Việc nghiên cứu thay đổi các yếu tố khí hậu, đặc biệt là nhiệt độ bề mặt, là cơ
sở để cảnh báo những ảnh hưởng đến hệ sinh thái, quần xã, quần thể, loài; bởi lẽ mỗi một đơn vị của hệ sinh thái có các ngưỡng nhiệt nhất định nếu có những thay đổi bất thường sẽ dẫn đến xoá trộn nhất định, có nguy cơ mất cân bằng và bị huỷ diệt Mặt
khác, nghiên cứu nhiệt độ khu vực Vườn Quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng là cách lựa
chọn tối ưu nhằm giải quyết một cách cụ thể hơn các biến đổi về nhiệt và hậu quả của
nó tác động lên hệ sinh thái Qua những bằng chứng khoa học của sự biến đổi về nhiệt nhằm chọn lựa các giải pháp thích ứng phó để bảo tồn các giá trị tài nguyên của Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng
2 DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1 Dữ liệu
Vệ tinh thế hệ thứ 8 - Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi gốc Landsat Data Continuity Mission (LDCM) Landsat 8 thu nhận ảnh với tổng số 11 kênh phổ, bao gồm 9 kênh sóng ngắn và 2 kênh nhiệt sóng dài xem chi tiết ở Bảng 1 Hai bộ cảm này sẽ cung cấp chi tiết bề mặt Trái Đất theo mùa ở độ phân giải không gian 30 mét (ở các kênh nhìn thấy, cận hồng ngoại, và hồng ngoại sóng ngắn); 100 mét ở kênh nhiệt và 15 mét đối với kênh toàn sắc Dải quét của LDCM giới hạn trong khoảng 185 km x 180 km Độ cao vệ tinh đạt 705 km so với bề mặt trái đất OLI cung cấp hai kênh phổ mới, Kênh 1 dùng để quan trắc biến động chất lượng nước vùng ven bờ và Kênh 9 dùng để phát hiện các mật độ dày, mỏng của đám mây ti (có ý nghĩa đối với khí tượng học), trong khi đó bộ cảm TIRS sẽ thu thập
dữ liệu ở hai kênh hồng ngoại nhiệt sóng dài (kênh 10 và 11) dùng để đo tốc độ bốc hơi nước, nhiệt độ bề mặt Bộ cảm OLI và TIRS đã được thiết kế cải tiến để giảm thiểu tối đa nhiễu khí quyển (SNR), cho phép lượng tử hóa dữ liệu là 12 bit nên chất lượng hình ảnh tăng lên so với phiên bản trước (USGS, 2016)
Bảng 1: Thông số chung về các kênh ảnh Landsat 8 - LDCM (Bộ cảm OLI và TIRs)
(micrometers)
Độ phân giải (meters)
5 Band 5 – Gần hồng ngoại (NIR) 0.845 - 0.885 30
6 Band 6 – Hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) 1 1.560 - 1.660 30
7 Band 7 – Hồng ngoại sóng ngắn (SWIR) 2 2.100 - 2.300 30
10 Band 10 – Hồng ngoại nhiệt (TIRS) 1 10.3 - 11.3 100
11 Band 11 – Hồng ngoại nhiệt (TIRS) 2 11.5 - 12.5 100
Trang 4Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng cảnh ảnh LC81260482013281LGN00 thu nhận ngày 08/10/2013 và LC8126048 20160407LGN00 thu nhận ngày 07/4/2016 Trong đó sử dụng 3 kênh đê phục vụ nghiên cứu Để tính chỉ số thực vật (NDVI) bài báo sử dụng kênh nhìn thấy (kênh 4) và kênh cận hồng ngoại (kênh 5) có độ phân giải không gian là 30m, để tính nhiệt độ sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 10) với độ phân giải không gian là 100m Để xử lý ảnh, nghiên cứu sử dụng các thông số ML,AL,
Mρ, Aρ và θSE trong tệp siêu dữ liệu của bộ ảnh.
2.2 Phương pháp
Kênh nhìn thấy và kênh VNIR
DỮ LIỆU ĐẦU VÀO Kênh hồng
ngoại nhiệt (TIR)
Tính NDVI Hiệu chỉnh TOA Bức xạ phổ
Lλ
NDVI
đất trống
NDVI thực vật
Nhiệt độ phát xạ TB
Hợp phần thực vật (Pv)
Độ phát xạ
Nhiệt độ bề mặt TS (LST)
KẾT QUẢ
Phân tích biến động nhiệt
Hình 2: Sơ đồ tính toán và phân tích nhiệt độ bề mặt đất
* Dữ liệu đầu vào: Kênh nhìn thấy (kênh 4) và kênh VNIR (kênh 5) và kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 10) của cảnh ảnh năm 2013 và cảnh ảnh năm 2016
* Quy trình xử lý:
Trang 5- Trong môi trường phần mềm Envi, tiến hành tính chuyển giá trị dạng số (DN) sang bức xạ phổ, sau đó tính nhiệt độ phát xạ bề mặt Hiệu chỉnh khí quyển kênh nhìn thấy và kênh VNIR trên cơ sở độ cao mặt trời và các số liệu trong tệp siêu dữ liệu Tính chỉ số thực vật sử dụng kênh nhìn thấy và kênh VNIR đã được hiệu chỉnh khí quyển Dựa trên chỉ số thực vật (NDVI) để tính hợp phần thực vật (Pv) Tính toán độ phát xạ dựa vào hợp phần Pv và việc xác định độ phát xạ đất trống và độ phát xạ thực vật Cuối cùng, nhiệt độ bề mặt đất được tính dựa vào nhiệt độ phát xạ bề mặt và độ phát xạ (ε)
- Trong môi trường phần mềm ArcGIS, tiến hành chồng xếp và tính toán biến động cho nhiệt độ giai đoạn 2013-2016
* Kết quả: Nhiệt độ bề mặt của cảnh ảnh năm 2013 và năm 2016 Bản đồ biến động nhiệt giai đoạn 2013-2016 và các phân tích về biến đông nhiệt
2.2.1 Chuyển đổi giá trị số (DN) sang giá trị bức xạ phổ (Lλ)
Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 được thu nhận dưới dạng ảnh số Do đó cần phải chuyển đổi giá trị của dữ liệu ảnh số này sang giá trị bức xạ phổ là giá trị phản ánh năng lượng phát ra từ mỗi vật thể được thu nhận trên kênh nhiệt Việc chuyển đổi này được thực hiện theo biểu thức sau:
Lλ = ML*Qcal + AL (1) Trong đó:
Lλ: giá trị bức xạ phổ;
ML: hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (giá trị RADIANCE_MULT_BAND_10 trong dữ liệu ảnh LANDSAT 8);
AL: hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (giá trị RADIANCE_ADD_BAND_10 trong dữ liệu ảnh LANDSAT 8);
Qcal: giá trị số của kênh ảnh
2.2.2 Hiệu chỉnh phản xạ khí quyển
Tương tự như chuyển đổi sang bức xạ phổ, các giá trị số nguyên 16-bit trong kênh ảnh cũng có thể được chuyển đổi thành phản xạ khí quyển (TOA) Phương trình sau đây được sử dụng để chuyển đổi các giá trị cấp độ sáng (DN) sang phản xạ TOA:
ρλ' = Mρ* Qcal + Aρ (2) Trong đó:
ρλ': Phản xạ quang phổ của TOA, mà không hiệu chỉnh góc mặt trời (đơn lẻ);
Mρ: Hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (REFLECTANCE_MULT_BAND_4 và REFLECTANCE_MULT_BAND_5 trong dữ liệu ảnh LANDSAT 8);
Aρ: hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (REFLECTANCE_ADD_BAND_4 và REFLECTANCE_ADD_BAND_5 trong dữ liệu ảnh LANDSAT 8);
Qcal: Giá trị số của kênh ảnh
Giá trị ρλ' không đúng phản xạ khí quyển TOA, bởi vì nó không có sự điều chỉnh cho góc độ mặt trời cho từng pixel Hệ số điều chỉnh này được bỏ ra khỏi thang
đo của ảnh theo yêu cầu của người sử dụng; một số người dùng có thể hài lòng với góc
độ độ cao mặt trời trung tâm trong metadata, còn trong nghiên cứu của chúng tôi muốn
Trang 6tính toán góc độ mặt trời trên mỗi pixel trên toàn bộ cảnh Một khi sử dụng góc chiếu mặt trời để hiệu chỉnh, sự chuyển đổi thành phản xạ TOA chính xác như sau:
ρλ = (3) Trong đó:
ρλ : Giá trị phản xạ ở tầng khí quyển (TOA) được hiệu chỉnh góc chiếu mặt trời;
ρλ': Giá trị phản xạ ở tầng khí quyển (TOA) chưa chỉnh sửa góc;
θs E: Góc chiếu mặt trời (SUN_ELEVATION)
2.2.3 Tính giá trị nhiệt độ độ sáng (brightness temperature)
Ảnh kênh 10 của Landsat 8 có thể được chuyển đổi từ giá trị bức xạ phổ sang biến vật lý hữu ích hơn Đây là nhiệt độ hiệu quả trên vệ tinh (nhiệt độ vật thể đen) của
hệ thống được nhìn từ trái đất - khí quyển dưới giả thiết sự phát xạ bằng 1 Công thức chuyển đổi tính theo công thức Planck:
= (4) Trong đó:
TB: Nhiệt độ độ sáng (đơn vị Kelvin);
K1: 774.89 W/m2.sr.µm (hằng số đối với ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 8);
K2: 1321.08 K (hằng số đối với ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 8);
Lλ: Giá trị bức xạ phổ
2.2.4 Tính nhiệt độ bề mặt đất LST (Land Suface Temperature)
Nhiệt độ có liên quan mật thiết đến độ phát xạ của bề mặt (ε) Độ phát xạ được hiểu là tỉ số năng lượng phát xạ từ bề mặt tự nhiên và năng lượng phát xạ từ vật đen ở cùng bước sóng và nhiệt độ Phương pháp hiệu chỉnh nhiệt độ dựa vào độ phát xạ bề mặt được thực hiện như sau [8]:
Ts = (5) Trong đó:
TB: Nhiệt độ độ sáng (brightness temperature);
λ: Giá trị bước sóng trung tâm;
=
⍴ (với: σ (hằng số Stefan – Boltzmann) = 1.38*10-23 J/K; h (hằng số Plank)
= 6.626*10-34 Js; c (vận tốc ánh sáng) = 2.998*108 m/s);
ɛ: Độ phản xạ bề mặt (surface emissivity)
Để tính độ phát xạ của bề mặt (ɛ) trong bài báo sử dụng chỉ số thực vật chuẩn hóa NDVI (Normalized difference vegetation index) Chỉ số thực vật NDVI là tỉ số giữa hiệu số giá trị phản xạ phổ ở kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ trên tổng của chúng
NDVI = (6) Trong đó:
NDVI: Chỉ số thực vật hiệu chỉnh giá trị phản xạ quang phổ TOA;
ρλNIR: Giá trị kênh cận hồng ngoại hiệu chỉnh phản xạ quang phổ TOA;
Trang 7ρλRED: Giá trị kênh đỏ hiệu chỉnh phản xạ quang phổ TOA.
Trong trường hợp ảnh LANDSAT 8, kênh cận hồng ngoại tương ứng là kênh 5
và kênh đỏ tương ứng là kênh 4 Chỉ số NDVI nhận giá trị trong khoảng -1 đến 1, trong đó thực vật có giá trị nằm trong khoảng 0,2 đến 1,0 Trong trường hợp NDVI > 0.5, khu vực được xem là phủ kín bởi thực vật (sóng điện từ không tới được lớp đất) Đối với đất trống không có thực vật bao phủ, NDVI < 0.2 Đối với nước và đất ẩm, NDVI nhận giá trị âm
Dựa trên chỉ số thực vật NDVI, độ phát xạ bề mặt có thể được tính bằng phương pháp do Valor E., Caselles V (1996) Phương pháp này dựa trên chỉ số NDVI
áp dụng trên các khu vực không đồng nhất với nhiều kiểu bề mặt thay đổi tại khu vực Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng Trong phương pháp này, độ phát xạ của một pixel được tính bằng tổng độ phát xạ của các thành phần chứa trong đó:
ɛ = ɛv*Pv + ɛs (1- Pv) (7) Trong đó:
ɛ: Độ phát xạ bề mặt
ɛv: Tán xạ bề mặt thực vật
ɛs: Tán xạ bề mặt đất trống
Pv: Hợp phần thực vật (tỉ lệ thực vật trong một pixel Pv có giá trị bằng 0 đối với đất trống và bằng 1 đối với khu vực được phủ kín bởi thực vật Khu vực Vườn quốc gia Phong Nha – Kẻ Bàng không đồng nhất với nhiều kiểu bề mặt thay đổi, Pv được tính theo công thức (Trịnh Lê Hùng, 2014):
Pv = [ ]2 (8)
2.2.5 Chuyển nhiệt độ Kelvin về đơn vị Celcius ( o C)
Giá trị nhiệt độ tính theo oC: T (oC) = TS (K) - 273.16 (9)
Chuyển giá trị nhiệt về dạng số nguyên: Fix(T) = T (oC) (10)
3.2.6 Phân tích biến động nhiệt
Sau khi sử dụng ENVI 5.0 phân tích các thang nhiệt và phạm vi nhiệt chuyển
dữ liệu sang Arcgis 10x gắn mã cho các thang nhiệt và sử dụng phương pháp chồng xếp để phát hiện và tính toán biến động Chức năng cơ bản nhất trong việc phân tích biến động chính là chức năng Intersection Bản chất của công cụ Intersection này là lấy phần giao nhau của các đối tượng trên hai lớp khác nhau tạo thành nhiều đối tượng mới Về thuộc tính, lớp đối tượng mới tạo ra này có tất cả thuộc tính của hai lớp dữ liệu đầu vào Sau khi tạo được lớp vector mới, việc phân tích biến động được thực hiện bằng cách tạo ma trận biến động
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1 Kết quả
Kết quả tính toán nhiệt độ cảnh ảnh năm 2013 và năm 2016 được thể hiện ở hình 3
Trang 8(a) (b)
Hình 3 Mô hình phạm vi các mức nhiệt độ (a) năm 2013, (b) năm 2016
Bảng 2 Nhiệt độ giai đoạn 2013 và 2016
Diện tích (ha) Phần trăm Diện tích (ha) Phần trăm
23 -25oC 93795,20 77,14 77213,10 63,50
26 -28oC 4161,38 3,42 44354,60 36,47
Năm 2013, phạm vi nhiệt độ từ 23 – 25oC chiếm hầu hết diện tích của khu vực khoảng 77,13%, chiếm 93795,20 ha; khoảng nhiệt 20 - 22oC chiếm 19,44% Phạm vi nhiệt 26 - 28oC chiếm một diện tích khá nhỏ, 3,42% Chênh lệch nhiệt độ bề mặt trong khu vực 8oC Theo phân tích trên bản đồ, cho thấy phạm vi có mức nhiệt độ cao hơn chủ yếu tập trung ở gần với các khu vực dân cư nơi có độ che phủ của thực vật ở mức thấp
Trong năm 2016, phạm vi nhiệt nằm trong ngưỡng 23 - 25oC cũng chiếm một diện tích lớn 63,50%; diện tích bề mặt nhiệt 26 - 28 oC là 36,47% và diện tích nền nhiệt 20 - 22oC và 29 -31oC chiếm tỉ lệ không đáng kể
Kết quả nhiệt độ năm 2013 và 2016, cho thấy khu vực có nền nhiệt cao tập trung
ở những nơi có độ che phủ thực vật thấp, đất trống tương ứng với các loại lớp phủ như đất giao thông, đất trống, cây bụi, rừng nghèo, gần khu vực dân cư (khu vực phía Đông Vườn Quốc gia) Khu vực có nền nhiệt trung bình tập trung ở những khu vực có
độ che phủ cao, tương ứng với các loại lớp phủ như: rừng thường xanh giàu, rừng trung bình thường xanh Nền nhiệt thấp phân bố dọc theo phần trung tâm của Vườn, và vùng U Bò (phía Đông Nam) của Vườn có độ cao gần 100m, đối chiếu sự phân bố của nền nhiệt này và sự phân bố độ cao khu vực Vườn quốc gia cho thấy, nền nhiệt độ thấp
20 – 25oC tương ứng với khu vực có độ cao trên 700m
Trên cơ sở phân tích diện tích nền nhiệt cho thấy nhiệt độ năm 2016 có sự gia tăng đáng kể mức nhiệt thấp so với năm 2013; có xuất hiện mức nhiệt 29 -31oC
Trang 9Hình 4 Thay đổi phạm vi và thang nhiệt giai đoạn 2013-2016
Bảng 3 và hình 4 chỉ ra sự biến động nhiệt độ của giai đoạn 2013 và 2016 Phân tích sự biến động của nhiệt độ với các ngưỡng khác nhau theo bảng 3 cho thấy sự chu chuyển trong giai đoạn trên
Bảng 3 Ma trận khác nhau về phạm vi nhiệt và diện tích (ha)
giai đoạn 2013-2016
20 - 22oC 23 - 25oC 26 - 28oC 29 - 31oC
20 - 22oC 20,52 23519,50 101,53
Ta thấy, giai đoạn 2013-2016 không có sự chu chuyển các mức nhiệt từ 20 -22oC tới 29 - 31 oC; mức nhiệt 23 - 25oC tới 20 - 22oC; mức nhiệt 26 - 28 oC tới 20
-22oC hay là ngược lại của các mức thang nhiệt độ này
Trong khi đó phạm vi có nhiệt độ 20 - 22oC năm 2013 chuyển sang mức nhiệt
23 - 25oC chiếm 23519,50ha và chuyển sang mức nhiệt 26 - 28oC 101,53ha Mức nhiệt
23 - 25oC năm 2013 chuyển sang mức nhiệt 26 - 28oC với diện tích 40232,40ha; chuyển sang mức nhiệt 29 - 31oC chiếm diện tích 1,66 Mức nhiệt 26 - 28oC năm 2013 chuyển sang mức nhiệt 23 - 25oC năm 2016 chiếm diện tích 132,45ha; chuyển sang mức nhiệt 29 - 31oC chiếm diện tích 8,27ha
Trang 10Phạm vi diện tích không biến động của mức nhiệt 20 -22oC là 20,52ha; mức nhiệt 23 - 25oC là 53561,10ha; mức nhiệt 26 - 28oC là 4020,65ha
3.2 Thảo luận
Nhiệt độ Trái đất tuỳ thuộc sự cân bằng năng lượng đi vào và thoát ra Khi Trái Đất nóng lên do hấp thụ năng lượng của Mặt Trời Năng lượng của Mặt Trời phản xạ vào trong không gian làm giảm nhiệt trên Trái đất Có nhiều nguyên nhân gây nên sự thay đổi về cân bằng nhiệt trên Trái đất, trong đó sự thay đổi hiệu ứng khí nhà kính,
CO2 (9 - 26%), CH4 (4 - 9%), Hơi nước (36 - 72%), O3(3 -7%) và khí CFCs đóng vai trò đáng kể; Sự thay đổi của năng lượng Mặt Trời đến Trái Đất và phản xạ của khí quyển và bề mặt Trái Đất (EPA, 2014) Ngoài ảnh hưởng ấm lên toàn cầu ảnh hưởng đến khu vực Phong Nha - Kẻ Bàng, các yếu tố mang tính địa phương như thay đổi sử dụng đất, gia tăng dân số dẫn đến tăng nhiệt cục bộ ở một số khu vực Một trong chức năng của rừng là hấp thu khí nhà kính và điều hoà nhiệt độ bề mặt Việc mở đường Hồ Chí Minh nhánh Tây vào năm 2000 đi qua Phong Nha - Kẻ Bàng đã lấy đi một lượng lớn rừng tự nhiên dẫn đến tăng hấp lượng năng lượng từ Mặt Trời Bên cạnh đó, sự bùng nổ về du lịch, từ 1995, chỉ vài ngàn khách du lịch hàng năm đến năm 2014 trên
600 ngàn/năm; kéo theo là các dịch vụ nhà nghỉ, phương tiện, các công trình bổ trợ khác Sự gia tăng này đã làm tăng đáng kể sự phát thải rác, CO2 vào môi trường tự nhiên, là những nguyên nhân làm tăng nhiệt độ bề mặt Theo nghiên cứu kết quả trong nghiên cứu này, nhiệt độ ở các khu vực cạnh dân cư, điểm du lịch, có sự thay đổi đáng
kể, 26 - 28oC chuyển đến mức 29 - 31oC
Chức năng của hệ sinh thái rừng có vai trò đặc biệt đối với điều tiết nước, chất lượng không khí, giảm thiểu xói mòn, xử lý phát thải, hạn chế lây lan bệnh, điều tiết côn trùng gây hại, thụ phấn và các thảm hoạ thiên nhiên Do vậy, rừng có ý nghĩa quan trong đối với điều tiết các nhân tố khí hậu Ước tính khoảng 1/3 đến 1/4 tổng lượng
CO2 phát thải từ nguyên liệu hoá thạch được rừng hấp thụ thông qua chu trình CO2 Rừng và đặc biệt là rừng nhiệt đới có vai trò nhất định trong việc làm chậm sự gia tăng
CO2 trong khí quyển trong nhiều thập kỷ qua Một nghiên cứu 40 năm ở các khu vực Châu Phi, Châu Á và Nam Mỹ của Trường Đại Học Leeds, đã công bố rừng nhiệt đới hấp thụ khoảng 18% lượng CO2 được phát thải vào trong khí quyển do sử dụng dầu hoá thạch (University of Leeds, 2009) Theo nghiên cứu của Hà Chu Chữ, 2006, rừng mưa nhiệt đới hấp thụ một lượng CO2 khoảng 150 tấn/ha/năm Kết quả của nghiên cứu được phát triển theo mô hình phân bố không gian sinh khí hậu ở rừng mưa nhiệt đới Australia đã chỉ ra, nhiệt độ tăng 2oC gây ra tỷ lệ tuyện chủng gia tăng nhanh do mất phần lớn môi trường tự nhiên của loài (Stephen E Williams, Elizabeth E Bolitho,
Samantha Fox, 2003) Nhiệt độ tăng, được xem là ô nhiễm nhiệt, sinh ra mối nguy hại
đến sự ổn định của hệ sinh thái do phơi nhiễm trực tiếp bởi các tia Mặt Trời; hậu quả
là động thực vật bị ảnh hưởng ở mức cao của các bức xạ làm tổn hạn đến các mô tế bào (A Terry Rambo, 1985)
Theo quan trắc của các trạm khí tượng thuỷ văn Quảng Bình, nhiệt độ trung bình toàn tỉnh chủ yếu phụ thuộc theo mùa, nhiệt độ cao nhất tập trung vào tháng 6, tháng 7, giao động từ 39 đến 40 oC Giao động nhiệt độ có xu hướng tăng 0,42 năm
2013 so năm 1994 (Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn, 2014) Tăng nhiệt và nắng nóng kéo dài là nguyên dân gây ra tình trạng khô hạn Khô hạn khu vực này chủ yếu xảy ra vào tháng 4 đến tháng 8, đặc biệt cao điểm vào tháng 6, tháng 7 khi gió Tây-Nam hoạt