Sử dụng ảnh viễn thám sentinel 2 xác định biến động sinh khối và trữ lượng cacbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại huyện thái thụy tỉnh thái bình giai đoạn 2015 2019

LỜI CẢM ƠN Báo cáo này là kết quả nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám trong đánh giá biến động sinh khối trên mặt đất và trữ lượng các bon rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình.

LỜI CẢM ƠN

Báo cáo này là kết quả nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám trong đánh giá biến động sinh khối trên mặt đất và trữ lượng các bon rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình Nhân dịp hoàn thành đề tài, tôi xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, các thầy cô giáo trong Khoa Quản lý tài nguyên rừng và Môi trường đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi thực hiện đề tài và đặc biệt là thầy PGS.TS Nguyễn Hải Hòa đã trực tiếp tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức

và kinh nghiệm quý báu giúp tôi hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn Cán bộ Sở NN&PTNT, Chi cục Kiểm lâm tỉnh Thái Bình, chính quyền và nhân dân địa phương đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp

đỡ tôi rất nhiều trong thời gian thực địa tại địa phương

Mặc dù đã có cố gắng nhưng do thời gian và kinh nghiệm của bản thân còn nhiều hạn chế nên khóa luận không tránh khỏi những thiếu sót Vì vậy, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của quý thầy, cô giáo để khóa luận của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2019

Tác giả

Đỗ Thu Thủy

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM KHOA QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ MÔI TRƯỜNG

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

1 Tên khóa luận: “Sử dụng ảnh viễn thám Sentinel 2 xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015- 2019”

2 Sinh viên thực hiện: Đỗ Thu Thủy

3 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Hải Hòa

4 Mục tiêu nghiên cứu:

a Mục tiêu chung

Nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc nâng cao hiệu quả quản lý của rừng ngập mặn đồng thời củng cố vững chắc tính hiệu quả của việc sử dụng công cụ GIS và ảnh viễn thám Sentinel 2A trong đánh giá biến động sinh khối

5 Ph m vi nghiên cứu

Về nội dung: Đề tài tiến hành tập chung nghiên cứu đánh giá biến động sinh khối và trữ lượng cácbon trên mặt đất giai đoạn đoạn 2015-2019

Về địa điểm: Đề tài được tiến hành trên qui mô toàn địa phận huyện Thái Thụy thuộc tỉnh Thái Bình, nơi có phân bố rừng ngập mặn

6 Nội dung cơ bản của đề tài

Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và hoạt động quản lý rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình

Nghiên cứu xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn năm 2015, 2017 và 2019

Xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn giai đoạn 2015- 2017 và 2017- 2019

Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu

7 Những kết quả đ t được

Qua nghiên cứu đề tài đã đạt được những kết quả sau:

Đề tài đã chỉ ra được: diện tích rừng ngập mặn huyện Thái Thụy là 1623,97 ha Rừng ngập mặn chịu trách nhiệm quản lý trực tiếp của UBND xã và các tổ quản lý, không tiến hành giao rừng ngập mặn cho người dân

Xây dựng được bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn với độ chính xác 85% và đánh giá độ chính xác của mô hình ước tính trữ lượng các bon từ ảnh vệ tinh của Myeong et al (2006) bằng kết quả điều tra trên 20 OTC của dự án Nafosted 2017- 2020 do nhóm nghiên cứu PGS.TS Nguyễn Hải Hòa tiến hành ở những vị trí và trạng thái rừng khác nhau cho thấy độ chính xác cao với sai số < 20% Từ

đó xây dựng bản đồ sinh khối trên mặt đất và trữ lượng các bon các năm 2015,

2017 và 2019

Xây dựng bản đồ và xác định biến động sinh khối và trữ lượng các bon trên mặt đất giai đoạn 2015 – 2017 và 2017 – 31/01/2019 cho thấy sự tăng lên của sinh khối là không nhiều Từ đó đề xuất các giải pháp hợp lý để nâng cao hiệu quả công tác quản lý rừng ngập mặn nhằm tăng trữ lượng rừng ngập mặn tại khu vực

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ

Do Thu Thuy, Hai-Hoa Nguyen, Tran Thi Ngoc Lan, Nguyen Huu Nghia

(2019) Using Sentinel 2 to estimate changes in mangrove biomass and carbon stocks in Thai Thuy district, Thai Binh province during 2015- 2019 Journal of

Forestry Science and Technology (Đã gửi)

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ii

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC BẢNG viii

DANH MỤC HÌNH ix

DANH MỤC SƠ ĐỒ x

ĐẶT VẤN ĐỀ 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về GIS và viễn thám 3

1.1.1 Tổng quan về GIS 3

1.1.2 Tổng quan về viễn thám 4

1.1.3 Tích hợp GIS và viễn thám 5

1.2 Tổng quan về vệ tinh Sentinel 6

1.2.1 Giới thiệu về Sentinel 6

1.2.2 Vệ tinh Sentinel 2A sử dụng trong đề tài 7

1.3 Tổng quan về sinh khối và trữ lượng cácbon 9

1.3.1 Sinh khối 9

1.3.2 Trữ lượng cacbon 10

1.4 Ứng dụng GIS và viễn thám trong ước tính cácbon và sinh khối rừng 10

1.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới 10

1.4.2 Các nghiên cứu trong nước 12

1.5 Tính cấp thiết của đề tài 14

CHƯƠNG II MỤC TI U, N I DUNG, PHƯƠNG PH P NGHI N CỨU 16

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 16

2.1.1 Mục tiêu chung 16

2.1.2 Mục tiêu cụ thể 16

2.2 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 16

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 16

2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 16

2.3 Dụng cụ, thiết bị, vật liệu nghiên cứu 16

2.4 Nội dung nghiên cứu 17

2.4.1 Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và hoạt động quản lý rừng ngập mặn tại

huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình 17

2.4.2 Nghiên cứu xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn năm 2015, 2017 và 2019 17

2.4.3 Xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn giai đoạn 2015- 2017 và 2017- 2019 17

2.4.4 Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu 18

2.5 Phương pháp nghiên cứu 18

2.5.1 Phương pháp kế thừa 18

2.5.2 Phương pháp xử lý số liệu 19

CHƯƠNG III ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ H I KHU VỰC NGHIÊN CỨU 23

3.1 Đặc điểm về điều kiện tự nhiên 23

3.1.1 Vị trí địa lý 23

3.1.2 Khí hậu 24

3.1.3 Thủy văn 26

3.2 Đặc điểm về kinh tế xã hội 26

3.2.1 Đặc điểm về dân cư và đơn vị hành chính 26

3.2.2 Văn hóa - Du lịch 27

3.2.3 Kinh tế 28

3.2.4 Giáo dục 28

CHƯƠNG IV KẾT QUẢ NGHI N CỨU VÀ THẢO LUẬN 29

4.1 Hiện trạng và tình hình quản lý rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình 29

4.1.1 Hiện trạng rừng ngập mặn 29

4.1.2 Hiện trạng quản lý rừng ngập mặn huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình 30

4.1.3 Bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu 33

4.2 Xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng các bon rừng ngập mặn 34

4.2.1 Đánh giá độ tin cậy bản đồ trữ lượng các bon với kết quả thực địa 34

4.2.2 Bản đồ sinh khối rừng ngập mặn 37

4.2.3 Bản đồ trữ lượng các bon rừng ngập mặn 40

4.3.1 Biến động sinh khối trên mặt đất giai đoạn 2015 – 2017 và 2017 – 1/2019

44

4.3.2 Biến động trữ lượng các bon giai đoạn 2015- 2017 và 2017- 1/2019 47

4.4 Đề xuất giải pháp quản lý rừng ngập mặn hướng tới chi trả DVMTR tại huyện Thái Thụy, Thái Bình 50

4.4.1 Phương pháp ước tính giá trị hấp thụ các bon rừng ngập mặn 50

4.4.2 Đề xuất giải pháp quản lý rừng ngập mặn hướng tới chi trả dịch vụ môi trường rừng 51

CHƯƠNG V KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ 55

5.1 Kết luận 55

5.2 Tồn tại 56

5.3 Kiến nghị 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng băng tần của Sentinel 2A 8

Bảng 2.2 Dữ liệu viễn thám sử dụng trong đề tài 19

Bảng 2.3 Các điểm kiểm chứng 22

Bảng 4.1: Diện tích rừng ngập mặn tại tỉnh Thái Bình (ha) 29

Bảng 4.2: Phân bố diện tích rừng ngập mặn các xã thuộc huyện Thái Thụy 29

Bảng 4.3 Các loài cây ngập mặn phân bố tại huyện Thái Thụy, Thái Bình 30

Bảng 4.4 Mô hình SWOT về quản lý rừng ngập mặn Thái Thụy 32

Bảng 4.5 Kiểm tra độ chính xác của bản đồ 34

Bảng 4.6 Kết quả đánh giá độ chính xác của công thức 36

Bảng 4.7 Chỉ tiêu sinh khối các năm nghiên cứu 40

Bảng 4.8 Trữ lƣợng các bon trong sinh khối trên mặt đất các năm nghiên cứu 40

Bảng 4.9 Biến động sinh khối trên mặt đất các giai đoạn 44

Bảng 4.10 Ƣớc tính tổng sinh khối và trữ lƣợng các bon rừng 51

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1: Ảnh Sentinel khu vực nghiên cứu 20

Hình 3.2 Bản đồ hành chính huyện Thái Thụy 23

Hình 4.3 Hiện trạng rừng ngập mặn huyện Thái Thụy (Sentinel 2A 31/01/2019) 33

Hình 4.4 Bản đồ sinh khối trên mặt đất năm 2018 và vị trí các ô tiêu chuẩn 35

Hình 4.5 Sinh khối trên mặt đất năm 2015 37

Hình 4.6 Sinh khối trên mặt đất năm 2017 38

Hình 4.7 Sinh khối trên mặt đất 31/01/2019 39

Hình 4.8 Trữ lƣợng các bon năm 2015 41

Hình 4.9 Trữ lƣợng các bon năm 2017 42

Hình 4.10 Trữ lƣợng các bon năm 31/1/2019 43

Hình 4.11 Biến động sinh khối trên mặt đất giai đoạn 2015 – 2017 45

Hình 4.12 Biến động sinh khối trên mặt đất giai đoạn 2017 – 1/2019 46

Hình 4.13 Biến động trữ lƣợng các bon giai đoạn 2015 – 2017 48

Hình 4.14 Biến động trữ lƣợng các bon giai đoạn 2017 – 1/2019 49

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1 Tổng quan phương pháp nghiên cứu 18

Sơ đồ 4.1 Mô hình quản lý rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy 31

ĐẶT VẤN ĐỀ

Rừng ngập mặn là loại rừng phân bố ở vùng cửa sông, ven biển nhiệt đới

và cận nhiệt đới, nơi có thủy triều ra vào hàng ngày Với các hệ thống sống lớn

và điều kiện thuận lợi, cùng đường bờ biển dài hơn 3260 km, Việt Nam là một trong những nước có diện tích rừng ngập mặn lớn ở Châu cũng như trên thế giới Rừng ngập mặn nước ta có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển, ngăn chặn gió bão, hạn chế xói lở, mở rộng diện tích đất liền và điều hòa khí hậu Bên cạnh đó rừng ngập mặn còn có giá trị lớn về kinh tế - xã hội như cung cấp thực phẩm (hải sản…), cung cấp dược phẩm, lâm sản ngoài gỗ, nhiên liệu (than các loại cây rừng ngập mặn), … Đặc biệt, rừng ngập mặn là hệ sinh thái có vai trò to lớn trong việc bảo vệ môi trường và chống lại các tác động rủi ro của biến đổi khí hậu Song sự nhìn nhận đánh giá chưa đầy đủ về giá trị cả rừng ngập mặn, hoạt động quản lý, bảo vệ còn hạn chế dẫn đến nhiều năm qua diện tích rừng ngập mặn bị suy giảm nghiêm trọng

Hiện nay, vấn đề biến đổi khí hậu đã và đang ảnh hưởng đến môi trường sống của con người trên toàn thế giới mà Việt Nam là một trong các nước bị ảnh hưởng nghiêm trọng nhất Chặt phá rừng và suy thoái rừng dẫn đến các bon tự nhiên không còn chứa trong cây nữa mà sẽ phát thải vào không khí hoặc sự phân hủy dần dần của thực vật chết qua nhiều thập kỷ cũng làm tăng lượng khí các bon dioxit trong không khí

Vì thế, để kiểm soát lượng khí thải vào khí quyển ngoài việc kiểm soát lượng khí thải từ các khu công nghiệp trên thế giới, việc giám sát chặt chẽ nguồn phát thải từ rừng là hết sức cần thiết vì rừng là nguồn lưu trữ lượng các bon trong tự nhiên Để thực hiện việc này, ngoài việc lập bản đồ hiện trạng phân bố rừng thì việc tính toán sinh khối rừng là hết sức quan trọng, đặc biệt là biến động sinh khối Kết quả tính sinh khối rừng chính xác sẽ là một tham số quan trọng trong việc đưa ra các phương án nhằm đối phó với vấn đề biến đổi khí hậu

Trong nước cũng như trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến xác định biến động sinh khối, tính toán xây dựng bản đồ biến động trữ lượng các

bon rừng ngập mặn nhưng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào nghiên cứu ở nước ta thì chưa nhiều Thay vì phải trực tiếp đi vào rừng để điều tra chi tiết như trước, công nghệ viễn thám kết với kỹ thuật lấy mẫu điều tra thực địa sẽ làm tăng tính khách quan và giảm đáng kể chi phí cũng như sức lao động cho các nhà nghiên cứu hay làm công tác điều tra Ngày nay, kỹ thuật viễn thám trên thế giới ngày càng hoàn thiện tiến bộ hơn, hàng loạt các chương trình giám sát Trái Đất bằng vệ tinh được thực hiện qua các năm Với chi phí thấp, tiếp cận dễ dàng hơn vì vậy việc ứng dụng kỹ thuật vào quản lý, giám sát diện tích rừng ở Việt Nam cũng ngày càng phổ biến hơn

Từ ý nghĩa thực tiễn và khoa học, đề tài nghiên cứu “Sử dụng ảnh viễn

thám Sentinel 2 xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015- 2019”

nhằm góp phần bổ sung cơ sở khoa học tin cậy đánh giá biến động tài nguyên rừng ngập mặn, đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả nhằm quản lý, bảo vệ, tăng trữ lượng các bon rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về GIS và viễn thám

1.1.1 Tổng quan về GIS

Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một

nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trước

và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây

GIS được sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ

Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai v.v GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân v.v đánh giá được hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin được gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào

Có nhiều định nghĩa về GIS, nhưng nói chung đã thống nhất quan niệm

chung: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng

các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định

Xét dưới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lưu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể

Xét dưới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tượng Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS

Xét dưới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nước, GIS có thể được hiểu như là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý

Xét dưới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia

Chức năng GIS

Một hệ GIS phải đảm bảo được 6 chức năng cơ bản sau:

- Capture: thu thập dữ liệu Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số…

- Store: lưu trữ Dữ liệu có thể được lưu dưới dạng vector hay raster

- Query: truy vấn (tìm kiếm) Người dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển thị trên bản đồ

- Analyze: phân tích Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của người dùng Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi

- Display: hiển thị Hiển thị bản đồ

- Output: xuất dữ liệu Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dưới nhiều định

dạng: giấy in, Web, ảnh, file…

1.1.2 Tổng quan về viễn thám

Viễn thám (Remote sensing) được định nghĩa bằng nhiều từ ngữ khác nhau, nhưng nói chung đều thống nhất theo quan điểm chung là khoa học và công nghệ thu thập thông tin của vật thể mà không tiếp xúc trực tiếp với vật thể

đó Định nghĩa sau đây có thể coi là tiêu biểu: “Viễn thám là khoa học và công nghệ mà theo đó các đặc tính đối tượng quan tâm được nhận diện, đo đạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng” Đối tượng trong định nghĩa này có thể hiểu là một đối tượng cụ thể, một vùng hay một hiện tượng

Viễn thám điện từ là khoa học và công nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật cần nghiên cứu tới thiết bị thu nhận thông tin cũng như công nghệ xử lý để các thông tin thu nhận có ý nghĩa Viễn thám điện từ bao gồm viễn thám quang học và viễn thám Radar

Viễn thám cung cấp nhanh các tư liệu ảnh số có độ phân giải cao, làm dữ liệu cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ và cơ sở dữ liệu địa

Tách thông tin trong viễn thám có thể phân thành 5 loại:

Phân loại: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tượng cần nghiên cứu

Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi) dựa trên dữ liệu ảnh đa thời gian

Tách các đại lượng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên như đo nhiệt

độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trưng phổ hoặc thị sai của ảnh lập thể

Tách các chỉ số: tính toán xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật NDVI )

Xác định các đặc điểm: xác định thiên tai, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo cổ

Đặc trưng của ảnh viễn thám:

Năng lượng điện tử có thể được nhận biết bằng phim ảnh hay điện tử Có thể ghi biến thiên năng lượng trên phim nháy ánh sáng Cần phân biệt hai khái niệm ảnh (Image) và ảnh chụp (Photograph) trong viễn thám Ảnh được hiểu là hình thức biểu diễn “cảnh” bất kỳ, không quan tâm đến bước sóng hay thiết bị viễn thám nào được sử dụng Ảnh chụp đề cập đến ảnh được chụp trên phim ảnh Thông thường, ảnh được chụp tại bước sóng từ 0.3µm đến 0.9µm (vùng nhìn thấy và vùng hồng ngoại phản xạ) Vậy, mọi ảnh chụp là ảnh, nhưng không phải mọi ảnh là ảnh chụp Ảnh chụp có thể được biểu diễn và hiển thị dưới dạng ảnh số bằng cách chia ảnh thành các ô vuông nhỏ bằng nhau (theo cột và hàng), gọi là pixel Biểu diễn độ sang của mỗi vùng bằng một giá trị số (DN- Digital Number)

1.1.3 Tích hợp GIS và viễn thám

Những kết quả ứng dụng viễn thám gần đây chỉ ra rằng giải quyết một vấn đề thực tiễn chỉ dựa đơn thuần trên tư liệu viễn thám là một việc hết sức khó khăn và trong nhiều trường hợp không thể thực hiện nổi Vì vậy, cần phải có một sự tiếp cận tổng hợp trong đó tư liệu viễn thám giữ một vai trò quan trọng

và kèm theo các thông tin truyền thông khác như số liệu thống kê, quan trắc, số

liệu thực địa Cách tiếp cận đánh giá, quản lý tài nguyên như vậy được các nhà chuyên môn đặt tên là hệ thống thông tin địa lý GIS là công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tượng tồn tại và các sự kiện bao gồm đất đai, sông ngòi, khoáng sản, con người, khí tượng thuỷ văn, môi trường nông nghiệp v.v xảy ra trên trái đất Công nghệ GIS dựa trên các cơ

sở dữ liệu quan trắc, viễn thám đưa ra các câu hỏi truy vấn, phân tích thống kê được thể hiện qua phép phân tích địa lý Những sản phẩm của GIS được tạo ra một cách nhanh chóng, nhiều tình huống có thể được đánh giá một cách đồng thời và chi tiết Hiện nay nhu cầu ứng dụng công nghệ GIS trong lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng, quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường ngày càng gia tăng không những trong phạm vi quốc gia, mà cả phạm vi quốc tế Tiềm năng kỹ thuật GIS trong lĩnh vực ứng dụng có thể chỉ ra cho các nhà khoa học và các nhà hoạch định chính sách, các phương án lựa chọn có tính chiến lược về sử dụng và quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường

1.2 Tổng quan về vệ tinh Sentinel

1.2.1 Giới thiệu về Sentinel

Sentinel là tên của một loạt các vệ tinh quan sát Trái Đất thuộc chương trình Copernicus - Chương trình quan sát trái đất của Cơ quan Không gian châu

Âu (ESA) trước đây gọi là GMES (Giám sát toàn cầu về môi trường và an ninh) Chương trình sử dụng dữ liệu được cung cấp bởi các vệ tinh môi trường và trạm không khí & mặt đất để cung cấp một tập hợp toàn diện các thông số về đất đai, khí quyển và đại dương để hỗ trợ các nhu cầu chính sách về môi trường và an ninh Copernicus sẽ hỗ trợ sáu nhánh giám sát chính - trên bộ, trên biển, ứng phó khẩn cấp, bầu khí quyển, an ninh và biến đổi khí hậu Do đó, chương trình dựa vào phân đoạn không gian của các vệ tinh quan sát và các phép đo tại chỗ bằng cách sử dụng các cảm biến trên mặt đất và trên không Dữ liệu do Copernicus sản xuất sẽ được các nhà hoạch định chính sách sử dụng

Chương trình GMES được khởi xướng vào năm 1998 bởi Ủy ban châu Âu

và sự hợp tác GMES giữa các quốc gia thành viên, các cơ quan không gian và

EU, Brussels, năm 2006 và Dịch vụ theo dõi nhanh GMES và Các dự án thí điểm đã được khánh thành vào năm 2008 bao gồm giám sát hàng hải, giám sát đất đai, giám sát khí quyển, ứng phó khẩn cấp và an ninh Chính sách vũ trụ châu Âu công nhận GMES là sứ mệnh hàng đầu châu Âu bên cạnh Hệ thống định vị Galileo - cho phép nghiên cứu chuyên sâu cho phân khúc không gian bắt đầu

Copernicus là một dự án khá tham vọng của ESA, nhằm quan sát Trái Đất một cách đầy đủ nhất Nó bao gồm 6 hệ thống vệ tinh, từ Sentinel-1 đến Sentinel-6 Trong đó:

- Sentinel-1 là vệ tinh Radar quan sát Trái Đất trong mọi thời tiết, ngày lẫn đêm

- Sentinel-2 là vệ tinh camera màu dành riêng để nghiên cứu biến động đất liền và các lục địa

- Sentinel-3 là vệ tinh quan sát mọi chuyện động của đại dương

- Sentinel-4 là vệ tinh bay ở quỹ đạo cao quan sát khí quyển

- Sentinel-5 là vệ tinh bay ở quỹ đạo thấp giúp giám sát chất lượng không khí

- Sentinel-6 là vệ tinh giúp theo dõi tình trạng nước biển dâng

1.2.2 Vệ tinh Sentinel 2A sử dụng trong đề tài

- Lặp lại chu kỳ: 10 ngày với một vệ tinh và 5 ngày với 2 vệ tinh

- Độ phân giải và chiều rộng đường kẻ: 290km

- Độ phân giải không gian 10m, 20m và 60m

Sentinel-2A là một vệ tinh hình ảnh quang học châu Âu được phóng vào năm 2015 Đây là vệ tinh Sentinel-2 đầu tiên được phóng lên như một phần của Chương trình Copernicus của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Các vệ tinh mang một hình ảnh đa bán cầu độ phân giải cao rộng với 13 dải quang phổ Với 13 kênh phổ, từ dải ánh sáng nhìn thấy và cận hồng ngoại đến dải hồng ngoại sóng

ngắn với các độ phân giải không gian khác nhau, đầu thu đa phổ của 2A mang lại khả năng giám sát mặt đất ở cấp độ chưa từng có Nó sẽ thực hiện các quan sát trên mặt đất để hỗ trợ các dịch vụ như giám sát rừng, phát hiện thay đổi độ che phủ đất và quản lý thảm họa thiên nhiên

Sentinel-Bảng 1.1 Sentinel-Bảng băng tần của Sentinel 2A

B8a 20m 865nm Visible and Near Infrared (VNIR)

Sentinel-2A là vệ tinh thứ hai trong chương trình Copernicus của Châu

Âu sau vệ tinh radar Sentinel-1A được phóng năm trước Sentinel-2 được thiết

kế là một cặp vệ tinh sẽ cung cấp ảnh quang học với vòng lặp lại 5 ngày khi vệ tinh Sentinel-2B tiếp theo vào ngày 7 tháng 3 năm 2017 Khi vệ tinh thứ 2 (Sentinel-2B) đưa vào sử dụng thì cả hai sẽ có chu kỳ lập lại là 5 ngày và nếu kết hợp với Landsat 8 thì chu kỳ quan sát Trái Đất sẽ là 3 ngày Với dữ liệu này thì độ phân giải không gian cao hơn ảnh vệ tinh Landsat 8

1.3 Tổng quan về sinh khối và trữ lượng cácbon

bộ các đá trầm tích là 3,8 1015 tấn

* Sinh khối rừng

Sinh khối rừng được định nghĩa là tổng lượng vật chất hữu cơ sống trên mặt đất trong rừng, được tính bằng tấn khô trên một đơn vị diện tích (rừng, ha, vùng, hoặc quốc gia) Sinh khối rừng được phân loại thành sinh khối trên mặt đất và sinh khối dưới mặt đất

Sinh khối trên mặt đất là sinh khối sống trên mặt đất bao gồm: thân cây, gốc cây, cành nhánh, vỏ, hạt và lá

Sinh khối dưới mặt đất là tất cả sinh khối sống của rễ Những rễ có đường kính nhỏ hơn 2 mm (được khuyến nghị) bỏ qua bởi vì chúng thường rất khó để phân biệt với vật chất hữu cơ trong đất hoặc vật rơi rụng khác

Sinh khối của rừng chính là kết quả của quá trình sinh trưởng và phát triển của các cá thể cây riêng lẻ trong quần thể cây rừng, cây rừng sinh trưởng nhanh thì sinh khối tạo ra càng lớn, hàm lượng CO2 hấp thụ, tích lũy được càng nhiều theo thời gian Dựa vào sinh khối của rừng và quá trình sinh trưởng mà các nhà nghiên cứu đã phân loại, quản lý, quy hoach rừng

1.3.2 Trữ lượng cacbon

* Bể chứa cácbon

Bể chứa cacbon là bể chứa lưu giữ cacbon Đối với rừng, có 5 loại bể chứa cacbon được xem xét để ước tính, đó là: Cacbon trong cây gỗ sống (sinh khối trên và dưới mặt đất); cacbon trong gỗ cây chết (cây đứng và cây đổ); trữ lượng cacbon trong tầng thảm tươi, cây bụi (cây tái sinh, cây bụi, cỏ); trữ lượng cacbon trong thảm mục (mảnh gỗ mục, vật rơi rụng, mùn) và cacbon hữu cơ trong đất

* Trữ lượng cacbon

Theo UN-REDD (2012): Hàm lượng Các bon (trữ lượng Các bon) là tỷ lệ Các bon (tính theo %) theo sinh khối khô của một phần nào đó xác định của cây

rừng (thân, cành, lá, rễ …)

1.4 Ứng dụng GIS và viễn thám trong ước tính cácbon và sinh khối rừng

1.4.1 Các nghiên cứu trên thế giới

Việc sử dụng ảnh viễn thám hiện nay bên cạnh việc lập các bản đồ phân loại rừng còn ứng dụng viễn thám để giám sát các nhân tố điều tra rừng như mật

độ, trữ lượng, sinh khối, cacbon rừng Theo IPCC (2003) [17], phương pháp viễn thám đặc biệt thích hợp cho việc phân tích thay đổi sử dụng đất, lập bản đồ

sử dụng đất, ước lượng cácbon rừng và đặc biệt là giám sát sinh khối trên mặt đất Phương pháp này sẽ cung cấp dữ liệu tham chiếu đầy đủ và có sẵn trong đó bao gồm các ước lượng nhân tố tài nguyên rừng Các nghiên cứu có thể dựa theo phương pháp điều tra rừng truyền thống để tính sinh khối rừng và trữ lượng cacbon rừng, thường được thực hiện ở các nước đang phát triển như Tanzania,

Ấn Độ, Nepan… hoặc kết hợp với các phương pháp điều tra hiện đại như sử dụng ảnh vệ tinh Landsat, SPOT 3, SPOT 5… để điều tra

Đối với rừng ngập mặn tự nhiên, công trình nghiên cứu đầu tiên đánh giá sinh khối và tăng trưởng của rừng có tính chất hệ thống và tương đối hoàn chỉnh

là Golley F.B, Odum và Iilson trên đối tượng rừng đước đỏ (Rhizophora

mangle) ở Puerto Rico (Hoàng Trí, 1986)[6], ông cùng cộng sự tiếp tục nghiên

cứu sinh khối rừng đước ở Panama sau đó và cho thấy sinh khối tổng số là 62,7 tấn/ha của rừng đước đỏ và 278,9 tấn/ha của rừng Đước

Về ứng dụng ảnh viễn thám và công nghệ GIS trong giám sát hấp thụ cacbon rừng cũng được coi như là một công cụ hữu hiệu Roger M Gifford (2000)[19] sử dụng kết hợp GPS để định vị ô mẫu nhằm theo dõi lượng cacbon trên mặt đất, đồng thời sử dụng phương pháp mô hình hóa mối quan hệ cacbon tích lũy với các nhân tố điều tra rừng được định vị theo thời gian và không gian ICRAFF (2007) [16] giám sát thay đổi sử dụng đất rừng và lượng cacbon tích lũy thông qua kết hợp điều tra mặt đất và ảnh viễn thám

Brown và cộng sự (2002)[12], dữ liệu viễn thám có thể cung cấp một phương tiện hữu ích để lo lượng cacbon trong rừng và một loạt các công nghệ thu thập dữ liệu từ xa bây giờ đã có sẵn bao gồm hình ảnh vệ tinh, ảnh trên không từ các máy bay bay thấp Brown cho rằng trong tương lai việc đo đếm trữ lượng cacbon rừng có thể chỉ dựa vào dữ liệu viễn thám với các kỹ thuật mới trong thu nhận ảnh vệ tinh đang ngày càng phát triển Mặc dù sinh khối không thể đo đếm trực tiếp trong không gian nhưng dữ liệu viễn thám có quan hệ với sinh khối được đo trực tiếp trên mặt đất (Dong và cộng sự, 2003), do vậy sinh khối, cacbon rừng có thể được ước lượng từ mối quan hệ này bằng mô hình toán học [15]

Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ GIS và viễn thám đã được nhiều nước ứng dụng trong điều tra quản lý tài nguyên rừng Dữ liệu vệ tinh có thể được sử dụng để ước tính sinh khối và cacbon lưu giữ trên mặt đất Công nghệ viễn thám

có thể thực hiện quy mô toàn cầu để giám sát thảm thực vật và chu trình cacbon [13][14]

Thách thức trong phát triển các mô hình ước lượng sinh khối, cacbon từ ảnh vệ tinh chính là làm sao để thiết lập một hệ thống phân loại thích hợp để có thể phân biệt các lớp đặc điểm cacbon khác nhau; có nghĩa là phương pháp phân loại ảnh, xử lý mỗi quan hệ giữa các thông tin trên ảnh với các giá trị thực của sinh khối, cacbon trên hiện trường vẫn là một chủ đề nghiên cứu của thế giới Ngoài ra đối với các quốc gia đang phát triển, tiếp cận với ảnh có chất lượng tốt

theo chu kỳ giám sát rừng liên tục đòi hỏi một đầu tư chi phí lớn cũng là một thử thách, song hành với nó là yêu cầu về năng lực và nhân lực [7]

Rabiatul Khairunnisa và cs (2011), ứng dụng viễn thám chụp đặc tính quang phổ và không gian của khu vực rừng ngập mặn là một phương pháp hiệu quả để ước tính thảm thực vật, cũng như mật độ và cấu trúc thực vật rừng ngập mặn Chúng có thể thu thập thông tin tại khu vực khó tiếp cận và có thể cho phép phủ sóng lặp đi lặp lại trong năm giúp ích cho việc điều tra biến động rừng cũng như điều tra thảm phủ, điều tra sinh khối và trữ lượng cacbon trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết [18]

Với nhu cầu giám sát nhanh lượng cácbon trong rừng để tham gia chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng, Trung tâm Nông lâm kết hợp thế giới (ICRAF, 2007) [16], đã phát triển các phương pháp dự báo nhanh lượng cacbon lưu giữ thông qua việc giám sát thay đổi sử dụng đất bằng phân tích ảnh viễn thám, lập ô mẫu nghiên cứu sinh khối và ước tính cacbon tích lũy Các phương pháp này cần được kế thừa và xem xét áp dụng một cách phù hợp hơn đối với hệ sinh thái rừng của Việt Nam, trong đó hướng nghiên cứu lập ô mẫu thu thập số liệu sinh khối, lượng cácbon tích lũy với các nhân tố điều tra rừng, sinh thái là

có cơ sở khoa học và dễ ứng dụng

1.4.2 Các nghiên cứu trong nước

Việt Nam là quốc gia đã phê chuẩn Công ước khung vủa Liên Hợp Quốc

về biến đổi khí hậu ngày 16/11/1994 và Nghị định thư Kyoto vào ngày 25/9/2002, được đánh giá là một trong những nước tích cực tham gia vào Nghị định Kyoto sớm nhất Tuy nhiên, việc nghiên cứu khả năng hấp thụ cácbon rừng tại Việt Nam là một lĩnh vực mới nhưng đã thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước Ứng dụng ảnh viễn thám lâm nghiệp đã được

áp dụng khá lâu, thực hiện bởi Viện Điều tra quy hoạch rừng để lập bản đồ hiện trạng và lưu giữ cơ sở dữ liệu bản đồ trong phần mềm GIS Trước đây chủ yếu

là sử dụng ảnh Landsat, gần đây đã sử dụng ảnh có độ phân giải cao như SPOT

4 và 5 hay mới đây nhất là ảnh vệ tinh Sentinel tuy nhiên chưa có nghiên cứu

nào đánh giá, sử dụng ảnh Sentinel trong phân loại rừng, ước tính biến động trữ lượng, sinh khối cacbon

Bảo Huy (2009) [1][2] đã chỉ ra các khả năng ứng dụng các phần mềm GIS để quản lý các bon rừng trên cơ sở các mô hình quan hệ giữa sinh khối với trữ lượng rừng, quan hệ sinh khối trên và dưới mặt đất Từ các mô hình quan hệ

có thể cập nhật khả năng hấp thụ cũng như phát thải CO2 rừng một cách thường xuyên và trên diện rộng

Theo số liệu năm 2008 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn thì diện tích rừng ngập mặn trên cả nước chỉ còn khoảng trên 209 741 ha tập trung chủ yếu ở vùng ven biển Nam Bộ (128 537 ha), trong đó rừng đặc dụng còn 28

311 ha và rừng phòng hộ 118 715 ha cần được bảo vệ nghiêm ngặt, không được khai thác gỗ, than củi, tanin (Phạm Văn Ngọt và cộng sự, 2012) [10] Diện tích nhiều nhất tập trung ở khu vực Nam Bộ, trong đó chủ yếu là diện tích rừng Đước trồng

Sinh khối trung bình trên mặt đất của các loại rừng khác nhau có sự khác biệt đáng kể (Vũ Tấn Phương và cộng sự, 2013) [11] Ở Cà Mau và Kiên Giang, rừng trồng Đước 16 tuổi là 80,1 tấn/ha, rừng trồng Mắm đen là 109,81 tấn/ha và rừng Mắm trắng tự nhiên là 232,6 tấn/ha Khả năng hấp thụ các bon trung bình của rừng trồng Đước, Mắm đen và Mắm trắng tự nhiên lần lượt là 136,6 tấn

CO2/ha, 511,6 tấn CO2/ha và 198,7 tấn CO2/ha Giá trị hấp thụ CO2 của rừng phụ thuộc vào sinh trưởng của rừng Giá trị hấp thụ CO2 bình quân của rừng trồng Đước là 3,3 triệu đồng/ha/năm ; cả rừng trồng Mắm đen là 10 triệu đồng/ha/năm và rừng Mắm trắng tự nhiên là 32,7 triệu đồng/ha/năm Với diện tích gần 27 500 ha, mỗi năm rừng ngập mặn ở Cần Giờ hấp thụ được hơn 9,5 triệu tấn CO2 (Viên Ngọc Nam và cộng sự, 2011) [9]

Huỳnh Thị Kiều Trinh (2015) [3]: để ước tính, giám sát lượng CO2 hấp thụ cho một khu vực có diện tích rộng, cần phải có dữ liệu sinh khối rừng, các bon lưu giữ trên bản đồ theo không gian và thời gian Do đó, ứng dụng GIS để xây dựng mối quan hệ giữa nhân tố sinh khối, trữ lượng các bon với giá trị ảnh cho rừng khộp để giám sát lượng CO2 hấp thụ rất cần thiết và ý nghĩa là một

hướng đi cần được tiếp thu và phát triển để hỗ trợ việc cung cấp liệu phát thải

CO2 khi Việt Nam tham gia chương trình REDD

Nghiên cứu của K.T.T.Ngọc và T.T.Kiên (2013) [4], xây dựng bản đồ không gian các dịch vụ hệ sinh thái rừng ngập mặn tại Cà Mau, tập trung vào đánh giá sự thay đổi của dịch vụ hệ sinh thái tại Cà Mau dựa trên công cụ phân tích không gian, sử dụng mô hình lượng giá tổng hợp các dịch vụ hệ sinh thái và

sự đánh đổi, để lập bản đồ sự thay đổi các dịch vụ hệ sinh thái của rừng ngập mặn tại Cà Mau theo thời gian và theo các kịch bản khác nhau Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổng lượng cácbon lưu giữ năm 2005 cao hơn so với năm 2010 tương quan với mức độ suy giảm của rừng ngập mặn năm 2010 so với năm 2005

do chuyển dổi đất lâm nghiệp sang nuôi trồng thủy sản

Lê Tấn Lợi và cộng sự (2014) [8] đã nghiên cứu tích lũy các bon của rừng ngập mặn tại cồn Ôn Trang huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau trên ba loại trạng thái Kết quả nghiên cứu cho thấy, tổng lượng các bon tích lũy trong 1 ha tại cồn Ông Trang cao nhất tại trạng thái rừng Đước đôi chiếm ưu thế là 448,7 tấn/ha,

kế tiếp là tại trạng thái rừng Vẹt tách chiếm ưu thế là 423,74 tấn/ha và tích lũy các bon tại trạng thái Mắm trắng chiếm ưu thế là thấp nhất 387,65 tấn/ha

Nghiên cứu của Nguyễn Hải Hòa và Nguyễn Hữu An (2016) đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 kết hợp với số liệu điều tra 78 ô mẫu điển hình, trải đều trên khắp huyện Yên Lập, tỉnh Phú Thọ với mục đích lập bản đồ tài nguyên rừng, tính sinh khối và hấp thụ cácbon rừng trồng Keo lai Kết quả cho thấy công suất hấp thụ các bon của khu vực nghiên cứu là 296.64 tấn C/ha [5]

1.5 Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu xây dụng bản đồ đánh giá biến động sinh khối và trữ lượng cacbon rừng hiện nay là vô cùng cần thiết trong bối cảnh môi trường rừng trong đó rừng ngập mặn đang được sự quan tâm của quốc gia và các tổ chức quốc tế

Hiện nay, ở Việt Nam việc ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS rộng rãi trong lĩnh vực lâm nghiệp chủ yếu là xây dụng bản đồ, giám sát biến động

nghiên cứu đề cập đến việc xây dựng bản đồ trữ lượng cacbon Việc tính toán về hấp thụ cacbon thường theo phương pháp truyền thống do vậy mất rất nhiều công sức và thời gian Viễn thám và công nghệ GIS sẽ giúp việc ước tính sinh khối, theo dõi biến động CO2 theo thời gian sẽ mang lại hiệu quả

Với khu vực huyện Thái Thụy, rừng ngập mặn có vai trò quan trọng nhưng chưa được quản lý hiệu quả Bên cạnh đó, đối với khu vực nghiên cứu đề tài còn khá mới lạ, chưa có nghiên cứu biến động về sinh khối và trữ lượng rừng ngập mặn qua các năm sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel cho thấy sự cần thiết và tầm quan trọng trong việc điều tra xác định dữ liệu đầu vào Đặc biệt với dữ liệu ảnh

có độ phân giải cao sentinel và dễ dàng tiếp cận, vì vậy, là cần thiết có nghiên cứu sử dụng ảnh sentinel vào ước tính biến động trữ lượng và sinh khối và xây dựng bản đồ sinh khối biến động để kết quả có độ chính xác ngày càng cao phục

vụ công tác theo dõi diễn biến trữ lượng cacbon rừng

CHƯƠNG II MỤC TIÊU N I DUNG PHƯƠNG PH P NGHIÊN CỨU

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

2.1.1 Mục tiêu chung

Nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc nâng cao hiệu quả quản lý của rừng ngập mặn đồng thời củng cố vững chắc tính hiệu quả của việc sử dụng công cụ GIS và ảnh viễn thám Sentinel 2 trong đánh giá biến động sinh khối và trữ lượng các bon rừng ngập mặn

2.2 Đối tượng ph m vi nghiên cứu

2.2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Rừng ngập mặn ven biển tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình

2.3 Dụng cụ thiết bị vật liệu nghiên cứu

- Bản đồ hành chính cấp xã, huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình

- Thiết bị và phần mềm sử dụng:

+ Máy GPS Gamin 76CSX: dùng xác định tọa độ tâm OTC

Máy tính cài đặt phần mềm ArcMap 10.4, Google Earth, Excel,

- Đề tài sử dụng ảnh viễn thám Sentinel-2A năm 2015, 2017, 2019 với độ phân giải 10mx10m để thành lập bản đồ hiện trạng, xác định phân bố sinh khối

và trữ lƣợng cácbon rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu

2.4 Nội dung nghiên cứu

2.4.1 Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và hoạt động quản lý rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình

- Đánh giá hiện trạng và tình hình quản lý rừng ngập mặn huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình

- Xác định phân bố không gian rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu

- Thành lập bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu

2.4.2 Nghiên cứu xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn năm 2015, 2017 và 2019

- Đánh giá độ tin cậy bản đồ trữ lƣợng các bon với kết quả thực địa

- Bản đồ sinh khối rừng ngập mặn ven biển tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình năm 2015, 2017, 2019

- Bản đồ trữ lƣợng cácbon rừng ngập mặn ven biển tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình năm 2015, 2017, 2019

2.4.3 Xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn giai đoạn 2015- 2017 và 2017- 2019

- Bản đồ biến động sinh khối rừng ngập mặn ven biển tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình năm 2015, 2017 và năm 2019

- Bản đồ biến động trữ lƣợng cácbon rừng ngập mặn ven biển tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình năm 2015, 2017 và 2019

Đề xuất giải pháp

Xây dựng bản đồ sinh khối, trữ

lượng các bon

Phân tích, tính trữ lượng các bon trên mặt đất RNM

Lựa chọn đối tượng, vị trí và phương pháp nghiên cứu

Kế thừa dữ liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu

2.4.4 Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu

- Cơ chế, thể chế pháp lý;

- Khoa học kỹ thuật

2.5 Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được những mục tiêu đề ra đề tài tiến hành sử dụng các phương pháp và tài liệu được mô phỏng trong Sơ đồ 2.1

Sơ đồ 2.1 Tổng quan phương pháp nghiên cứu

- Số liệu điều tra trên 25 ô tiêu chuẩn tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình năm 2019 của khóa luận “Ứng dụng công nghệ viễn thám và điều tra thực địa ước tính trữ lượng cácbon rừng ngập mặn làm cơ sở đề xuất chi trả cácbon tại huyện Thái Thụy tỉnh Thái Bình” – Phạm Minh Tuấn

- Tư liện Sentinel 2A năm 2015, 2017 và 2019 tại khu vực nghiên cứu

2.5.2 hư ng pháp xử lý số liệu

a Xây dựng bản đồ hiện trạng

- Phương pháp điều tra ngoại nghiệp:

Nghiên cứu đã tiến hành điều tra sơ bộ, lựa chọn các điểm kiểm tra ngoài thực địa để đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại ảnh Phương pháp chọn ngẫu nhiên được lựa chọn để xác định điểm cho các đối tượng trong toàn

bộ khu vực nghiên cứu Vị trí các điểm khảo sát được xác định tọa độ bằng thiết

bị hệ thống định vị toàn cầu (GPS Map 78s) Kết quả điều tra ngoài thực địa

70% số điểm nghiên cứu ngoài thực địa cho mục đích phân loại và 30% số điểm

sử dụng cho việc đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại Tiến hành

xác định 60 điểm trên địa bàn huyện

Các bước tiến hành xây dựng bản đồ hiện tr ng sử dụng đất:

Để thành lập bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy, Thái Bình đề tài sử dụng ảnh Sentinel-2A (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Dữ liệu viễn thám sử dụng trong đề tài

giải (m)

Cloud (%)

Hình 2.1: Ảnh Sentinel khu vực nghiên cứu

Các bước xử lý ảnh Sentinel của đề tài:

- Bước 1: Xử lý ảnh Sentinel-2A

+ Gộp các Band ảnh (Kênh ảnh): Khi thu thập ảnh viễn thám từ vệ tinh

các ảnh nằm ở các kênh phổ khác nhau và có màu đen trắng Vì vậy, để phục vụ cho công tác phân loại và giải đoán ảnh chúng ta phải tiến hành tổ hợp các band

ảnh để góp phần giải đoán ảnh được dễ ràng hơn

Cách tiến hành: ArcToolBox => Data Management tools => Raster =>

Raster Processing => Composite Bands

+ Tăng cường chất lượng ảnh: Ảnh viễn thám sau khi tổ hợp sẽ được

tăng cường cho việc giải đoán ảnh được tốt hơn

+ Hiệu chỉnh hình học: Trước khi phân tích, giải đoán cần kiểm tra về

thông tin hệ quy chiếu cùng các tham số địa lý của ảnh Ảnh vệ tinh được nắm

chỉnh sẽ giảm thiểu sai số hình học và qua đó sẽ cho độ chính xác cao hơn

+ Cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu (Clip): Thông thường một

ảnh Landsat có thể bao trùm một phần diện tích rộng trên thực địa, do đó khối lượng dữ liệu cả nó rất lớn, tiến hành cắt theo khu vực nghiên cứu vừa giúp

giảm thiểu thời gian làm việc vừa giải đoán ảnh một cách nhanh chóng

Cách làm: ArcToolBox => Data Management tools => Raster => Raster

processing => Clip

- Bước 2: Phân tích và xử lý ảnh

Sử dụng phương pháp phân loại không kiểm định Kết quả của bước phân tích này là ảnh vệ tinh được phân ra nhiều nhóm đối tượng khác nhau, mỗi nhóm bao gồm một tập hợp các điểm có thuộc tính quang phổ tương đồng mà qua đó

có thể phân loại bằng mắt trước khi kiểm tra độ chính xác Thuật toán thường dùng là Isodata được dùng để tạo ra số lượng lớn các nhóm đối tượng có phổ giống nhau Sử dụng Isodata để lọc ra các lớp thông tin cho mức độ chi tiết bản

đồ Để phân loại các lớp đối tượng ta đối chiếu lớp/phổ ứng với đối tượng được lấy mẫu Trên cơ sở phân loại không kiểm định những lớp/phổ trùng với đối tượng lấy mẫu nào thì quy về cùng đối tượng sau đó cho đến khi phân loại rõ

ràng thì thôi

Thực hiện: Customise => Toolbars => Image Classification =>

Classification => Iso Cluster Unsupervised Clasification

- Bước 3: Tạo bản đồ hiện trạng

Trên ArcGIS sử dụng công cụ phân cấp

Arctoolbox => Spatial Analyst tools => Reclass => Reclassify

Gộp các lớp đối tượng giống nhau và chia trọng số Đề tài tiến hành phân

chia thành 3 đối tượng bao gồm: Nước, rừng ngập mặn và đối tượng khác

- Bước 4: Đánh giá độ chính xác và xử lý ảnh sau phân loại

Tiến hành điều tra, lực chọn các điểm kiểm tra ngoài thực địa để đánh giá

độ chính xác của phương pháp phân loại ảnh

Chọn ngẫu nhiên 60 điểm để điều tra đánh giá độ chính xác của phương pháp phân loại Điểm điều tra được xác định bằng máy GPS

Cách ước tính sinh khối trữ lượng RNM

Sử dụng mô hình ước tính sinh khối cây đứng theo phương trình tính sinh khối trên mặt đất đối với cây rừng ngập mặn của nhóm tác giả Komiyama et.al (2008):

Các bước xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng các bon

Sử dụng phương trình hồi quy được phát triển từ biến độc lập NDVI – Chỉ

số thực vật (Normalized Difference Vegetation Index) của nhóm tác giả Myeong

et al (2006) để tính sinh khối trên mặt đất kết hợp với điều tra thực địa trong ước tính giá trị sinh khối và trữ lượng các bon có độ tin cậy hơn

AGB = 0.507*e (NDVI*9.933) Lập bản đồ sinh khối và trữ lượng các bon

Arctoolbox => Spatial Analyst tools => Raster Calculator

Hàm lượng carbon có thể thu được bằng cách nhân tổng sinh khối với hệ

số chuyển đổi 0,475 (47,5% sinh khối, IPCC)

CHƯƠNG III ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KINH TẾ XÃ H I

KHU VỰC NGHIÊN CỨU 3.1 Đặc điểm về điều kiện tự nhiên

3.1.1 Vị trí địa lý

Huyện Thái Thụy là một huyện ở phía Đông Bắc tỉnh Thái Bình, phía Đông giáp biển Đông, phía Nam và Đông Nam giáp huyện Tiền Hải, phía Tây Nam giáp huyện Kiến Xương, phía Tây giáp huyện Đông Hưng, phía Tây Bắc giáp huyện Quỳnh Phụ (Thái Bình) Phía Bắc giáp với các huyện Vĩnh Bảo, huyện Tiêng Lãng tỉnh Hải Phòng Xung quanh huyện được bao bọc bởi 2 dòng sông, phía Bắc có sông Hóa là ranh giới giữa Thái Thụy và Vĩnh Bảo, cửa Thái Bình của sông Thái Bình là ranh giới giữa Thái Thụy và Tiên Lãng Chỉnh giữa huyện có con sông Diêm hộ chay qua theo hướng Tây-Đông, đổ ra cửa Diêm

Hộ, chia huyện thành hai nửa gần tương đương về diện tích

Hình 3.1 Bản đồ hành chính huyện Thái Thụy

Vị trí địa lý của huyện được thiên nhiên phú cho nguồn tài nguyên trên mặt và trong lòng đất, tài nguyên đất liền và ngoài biển khơi vô tận là một tiềm năng to lớn để phát triển một nền kinh tế đa dạng kể cả nông - lâm, ngư

nghiệp,thương mại, dịch vụ du lịch, công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp

Ranh giới dải ven biển tỉnh Thái Bình được chia thành:

Vùng ngoài đê đất bãi bồi, mặt nước ven biển cửa sông với diện tích 15.561ha (từ cửa Thái Bình đến cửa Ba Lạt) Vùng này thường được bồi tụ phù

sa hàng năm, có độ dốc từ 0÷0.9m, trải dần ra biển Vùng này rất thích hợp cho khả năng kết hợp phát triển NTTS và trồng RNM vừa đảm bảo phát triển bền

vững và cho khả năng giữ đất chống xói mòn của biển

Vùng trong đê (đất nội đồng) với tổng diện tích 13.231ha,hàng năm

không được bồi tụ thêm phù sa

+ Với vị trí địa lý như trên đã tạo cho hai huyện có nhiều tiềm năng phát triển nông nghiệp, ngư nghiệp Đây là khu vực cũng có điều kiện thuận lợi nhất

ở khía cạnh giao lưu kinh tế, đặc biệt là kinh té biển; là địa bàn gắn kết kinh tế

với các huyện trong tỉnh và các vùng phụ cần của tỉnh Thái Bình

3.1.2 Khí hậu

Lượng mưa: Tổng lượng mưa năm ở Thái Bình dao động không nhiều thường à từ 1.627,5mm/năm ở nơi mưa ít như Trà Lĩnh đến 1.735,9mm/năm ở nơi mưa nhiều như Thụy Anh Nhìn chung, so với nhiều nơi ở đồng bằng Bắc

Bộ lượng mưa như vậy thuộc loại mưa vừa Riêng hai huyệnThái Thụy và Tiền Hải là hai huyện có lượng mưa tương đối nhiều so với toàn vùng đồng bằng Bắc

Bộ, dao động trong khoảng 1.650÷1.700mm/năm

Mùa mưa (thời kỳ có tổng lượng mưa tháng ≥100mm) kéo dài 6 tháng bắt đầu từ tháng V và kết thuc vào cuối tháng X Cũng như nhiều nơi khác ở vùng đồng bằng Bắc Bộ, ở Thái Bình mùa khô (thời kỳ có tổng lượng mưa tháng dưới 50mm) chỉ có 4 tháng, từ tháng XII của năm trước đến hết tháng III của năm sau Mặc dù trong 2 tháng, tháng II và III tuy có lượng mưa dưới 50mm nhưng đây là thời kỳ mưa phùn ẩm ướt đồng bằng Bắc Bộ do tính chất khô hạn mùa

Thái Bình có số ngày mưa không nhiều, khoảng từ 90 đến 140 ngày mưa/năm tùy theo từng nơi Bất cứ tháng nào vào mùa mưa, trung bình cũng có khoảng từ 7 đến 15 ngày mưa/tháng Tuy nhiên, trong mùa ít mưa, đặc biệt là trong mùa mưa phùn có nơi như ở thành phố Thái Bình cũng có thể có tới 13÷16

ngày mưa/tháng

Các số liệu thống kê nhiều năm về lượng mưa ngày lớn nhất ở Thái Bình

cho thấy trong mùa mưa, có ngày lượng mưa cao nhất lên tới 294,9mm

Nhiệt độ không khí: nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, chế độ nhiệt của khu vực Thái Bình đạt tiêu chuẩn nhiệt đới với nhiệt độ trung bình năm 23,3°C, tương đương với tổng độ tích ôn là 8.500°C Tuy nhiên, khi xem xét biến trình năm của nhiệt độ có thể thấy sự phân hóa của chế độnhiệt thành hai mùa nóng lạnh rõ rệt Mùa nóng khi nhiệt độ trung bình tháng lớn hơn 25°C

ở Thái Bình kéo dài 5 tháng từ tháng V đến tháng IX Tháng VII là tháng nóng nhất có nhiệt độ trung bình tháng là 29,2°C Thời kỳ mùa đồn có nhiệt độ trung bình tháng thấp dưới 20°C kéo dài 4 tháng (XII-III), trong đố có tới 3 tháng lạnh với nhiệt độ trung bình tháng dưới 18°C và tháng lạnh nhất là tháng I với nhiệt

độ trung bình chỉ đạt 16,3°C Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình trong các tháng hè (VI- IX) thường cao hơn 30°C, nhiệt độ trung bình tối cao vào tháng

VI – 32,5°C Nhiệt độ tối thấp trung bình trong các tháng mùa Đông (XII –II)

thường thấp từ 15,3°C trở xuống, riêng lúc thấp nhất tháng I là 14,1°C

Do chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của gió mùa Đông Bắc nên nền nhiệt của Thái Bình có sự giảm sút rõ rệt trong mùa Đông, kết quả ở Thái Bình biên độ nhiệt năm khá lớn, đạt tới 12,9°C Là vùng ven biển, biên độ nhiệt độ ngày nhỏ nhất, khoảng 4,0°C là lúc có thời tiết mưa phùn, ẩm thấp, độ ẩm gần như bão hòa Thời kỳ có bên độ nhiệt độ ngày lớn nhất trong năm là các tháng mùa

lạnh,hanh khô, (X-XII) đạt 6,3÷6,6°C

Độ ẩm không khí: Độ ẩm tương đối trung bình năm ở đây thuộc loại khá cao, đạt 86% Hai hoặc ba tháng liên tục có độ ẩm tương đối cao nhất năm không phải là các tháng mưa nhiều mùa hè mà là các tháng có mưa phùn:tháng II- IV, đạt 89÷91% Thời kỳ có độ ẩm tương đối trung bình tháng thấp nhất