Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám GIS đánh giá tác động nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua 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 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 kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu Thu thập, hệ thống hoá, tổng hợp đánh giá nguồn tài liệu, số liệu từ dự án, đề tài, báo cáo trước đánh giá mối tương quan nhiệt độ, độ ẩm lớp phủ thông quan số thực vật (NDVI) để tìm phương pháp tối ưu cho việc xử lý số liệu xây dựng tổ hợp nhiệt độ mặt đất, độ ẩm khơng khí NDVI trung bình theo mùa, theo năm 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 số thực vật NDVI, phục vụ trình phân tích dựa chuỗi liệu đa thời gian nhằm xác định vùng rừng trồng rừng tự nhiên Từ xây dựng đồ vùng rừng trồng rừng tự nhiên khu vực nghiên cứu Xây dựng phương trình hồi quy thể mối tương quan số thực vật (NDVI) với nhiệt độ bề mặt số thực vật (NDVI) với độ ẩm khơng khí Phân tích đánh giá mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí 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 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Rừng tài nguyên quan trọng Tây Nguyên, trình phát triển, rừng tài nguyên bị đe dọa tàn phá nhiều Trong năm gần đây, nỗ lực bảo vệ rừng Tây Nguyên có nhiều kết đáng ghi nhận, từ chủ trương tới hành động cụ thể Cùng với áp lực phá rừng lấy đất trồng công nghiệp, nỗ lực phát triển rừng đem lại thay đổi đáng kể diện tích chất lượng rừng Tây Nguyên Tuy vậy, đơn vị quản lý rừng chưa có cơng cụ hữu hiệu hỗ trợ cho công tác quản lý, giám sát chất lượng rừng, phản ánh xác biến động rừng khu vực quản lý, đặc biệt khu vực trọng điểm rừng đầu nguồn Với đặc thù địa hình, khí hậu sử dụng đất, rừng Tây Ngun có vai trò quan trọng môi trường phát triển kinh tế xã hội Với mơi trường rừng góp phần quan trọng việc điều hòa khí hậu, đảm bảo cân sinh thái, làm giảm nhẹ sức tàn phá khốc liệt thiên tai; Ngăn chặn xói mòn đất, bảo vệ mực nước ngầm; Là nơi lưu giữ nguồn gien động thực vật quý hiến Với phát triển kinh tế xã hội rừng nguồn cung cấp gỗ phục vụ cho nhu cầu đời sống sản xuất; Cung cấp mặt hàng lâm sản có giá trị xuất góp phần thu ngoại tệ phục vụ qua trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước; Cung cấp dược liệu quý có tác dụng chữa bệnh, cao sức khỏe cho người Ngoài rừng Tây Nguyên đứng trước thách thức lớn đòi hỏi phải có nỗ lực giám sát, quản lý thường xuyên Trong điều kiện Tây Nguyên, sử dụng lực lượng có chưa thể đáp ứng yêu cầu nên hệ thống có khả cung cấp kịp thời, liên tục thông tin giám sát quản lý rừng cần thiết Cùng với phát triển công nghệ vệ tinh quan sát Trái đất, khả ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý công tác giám sát rừng cho thấy có nhiều ưu với điều kiện đặc thù Tây Nguyên Vệ tinh TERRA AQUA có trang bị phổ kế tạo ảnh độ phân giải trung bình - MODIS, mở triển vọng cho nghiên cứu mang tính tồn cầu khu vực Việc xác định nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí số thực vật (NDVI) nhờ thực với độ xác cao nhiều lần so với hệ thống trước 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 thơng tin nhanh chóng, đồng bộ, khách quan phù hợp cho công tác giám sát số yếu tố ảnh hưởng lớn đến rừng Tây Nguyên nhiệt độ độ ẩm Ảnh MODIS với 36 kênh phổ thiết kế đặc biệt, việc khai thác thông tin từ ảnh MODIS đòi hỏi cách thức tiếp cận mang tính đa thời gian Với cách tiếp cận phương pháp đánh giá độ ẩm nhiệt độ bề mặt từ liệu MODIS thường dựa vào mơ hình lý thuyết thực nghiệm khác Đây kỹ thuật xa lạ người sử dụng Việt Nam Xuất phát từ thực tế nêu trên, học viên lựa chọn tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám GIS đánh giá tác động nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên” Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu: - Xây dựng phương pháp phát vùng rừng trồng rừng tự nhiên với ngưỡng NDVI tư liệu viễn thám - Xây dựng mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí lớp phủ thực vật (rừng) Nhiệm vụ nghiên cứu: Để đạt mục tiêu trên, trình thực đề tài cần giải nhiệm vụ sau đây: - Nghiên cứu tổng quan điều kiện tự nhiên kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu - Thu thập, hệ thống hoá, tổng hợp đánh giá nguồn tài liệu, số liệu từ dự án, đề tài, báo cáo trước đánh giá mối tương quan nhiệt độ, độ ẩm lớp phủ thông quan số thực vật (NDVI) để tìm phương pháp tối ưu cho việc xử lý số liệu xây dựng tổ hợp nhiệt độ mặt đất, độ ẩm không khí NDVI trung bình theo mùa, theo năm khu vực nghiên cứu - Sử dụng tư liệu viễn thám quang học đa thời gian (MODIS tổ hợp 8-ngày, 16ngày), xây dựng tổ hợp nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí số thực vật NDVI, phục vụ q trình phân tích dựa chuỗi liệu đa thời gian nhằm xác định vùng rừng trồng rừng tự nhiên Từ xây dựng đồ vùng rừng trồng rừng tự nhiên khu vực nghiên cứu - Xây dựng phương trình hồi quy thể mối tương quan số thực vật (NDVI) với nhiệt độ bề mặt số thực vật (NDVI) với độ ẩm khơng khí - Phân tích đánh giá mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí lớp phủ thực vật (rừng) 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 nhiệt độ, độ ẩm lớp phủ thực vật (rừng) khu vực năm 2012 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Góp phần khẳng định mở rộng khả ứng dụng phương pháp viễn thám vào việc phân tích mối tương quan nhiệt độ, độ ẩm lớp phủ thực vật (rừng) Ý nghĩa thực tiễn: Góp phần xây dựng phương pháp vào quy trình truyền thống cơng tác phân tích đánh giá mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí lớp phủ thực vật (rừng) Tiếp cận phương pháp nghiên cứu Tiếp cận: - Tiếp cận hệ thống: Đối tượng nghiên cứu lớp phủ thực vật (rừng) coi chỉnh thể tự nhiên, tượng chịu ảnh hưởng tập hợp yếu tố tự nhiên - Tiếp cận không gian: cho phép tích hợp liệu viễn thám GIS phân tích mơ hình hố thay đổi lớp phủ thực vật (rừng) với độ ẩm không khí nhiệt độ bề mặt Phương pháp nghiên cứu: - Phương pháp viễn thám - Phương pháp đồ - Phương pháp thống kê - Phương pháp mơ hình hoá - Phương pháp kiểm chứng điều tra khảo sát thực địa - Phương pháp phân tích khơng gian sử dụng GIS - Phương pháp chuyên gia Bố cục đề tài Mở đầu Chương Tổng quan phương pháp sử dụng liệu MODIS đánh giá mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí lớp phủ thực vật Chương Sử dụng liệu ảnh MODIS đánh giá nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí số NDVI lớp phủ thực vật Chương Tích hợp Viễn thám GIS phân tích mối tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí lớp phủ thực vật năm 2012 Kết luận Tài liệu tham khảo Phụ lục TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Hùng (2007), “Sử dụng tư liệu MODIS theo dõi độ ẩm đất / thực vật bề mặt: Thử nghiệm với số mức độ khô hạn nhiệt độ - Thực vật (TVDI)”, Tạp chí Viễn thám Địa tin học, Số – 4/2007, tr 38-45 Huỳnh Thị Thu Hương, Trương Chí Quang, Trần Thanh Dân, (2012), “Ứng dụng ảnh MODIS theo dõi thay đổi nhiệt độ bề mặt đất tình hình khơ hạn vùng Đồng Bằng Sơng Cửu Long”, Tạp chí Khoa học-Trường Đại học Cần Thơ, 24a, 49-59 Dương Văn Khảm, Chu Minh Thu, “Ứng dụng ảnh vệ tinh Terra-Aqua (MODIS) việc tính tốn độ ẩm khơng khí độ phân giải cao”,Viện Khí tượng Thủy văn Nguyễn Xuân Lâm (2013), “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát cảnh báo tác động biến đổi khí hậu nhằm chủ động phòng tránh giảm thiểu thiệt hại tai biến thiên nhiên”, Chương trình Khoa học Cơng nghệ cấp nhà nước biến đổi khí hậu, KHCN-BĐKH/11-15, Cục Viễn thám quốc gia Trần Công Minh (2007), “Khí hậu khí tượng đại cương”, Nhà xuất Đại học quốc gia Hà Nội Nguyễn Ngọc Thạch (2005), “Cơ sở viễn thám”, Trường Đại học khoa học Tự nhiênĐại học Quốc gia Hà Nội, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội Trần Thị Vân (2006), “Ứng dụng viễn thám nhiệt khảo sát đặc trưng nhiệt độ bề mặt đô thị với phân bố kiểu thảm phủ TP.Hồ Chí Minh”, Viện Mơi trường Tài nguyên, ĐHQG Hồ Chí Minh Trần Thị Vân, Nguyễn Hằng Hải (2011), “Quan hệ nhiệt số thực vật phân loại lớp phủ phục vụ đánh giá biến động đất đô thị”, Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Công nghệ lần thứ 12, Hồ Chí Minh 72 Tiếng Anh 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 73 ... thạc sĩ: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám GIS đánh giá tác động nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua số thực vật (NDVI) khu vực Tây Nguyên Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu Mục tiêu:... tương quan nhiệt độ bề mặt, độ ẩm khơng khí lớp phủ thực vật Chương Sử dụng liệu ảnh MODIS đánh giá nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí số NDVI lớp phủ thực vật Chương Tích hợp Viễn thám GIS phân... khu vực nghiên cứu - Xây dựng phương trình hồi quy thể mối tương quan số thực vật (NDVI) với nhiệt độ bề mặt số thực vật (NDVI) với độ ẩm khơng khí - Phân tích đánh giá mối tương quan nhiệt độ