Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu này thực hiện tại thành phố Đà Nẵng với mục tiêu chính là nghiên cứu tác động của biến động sử dụng đất (BĐSDĐ) đến biến đổi nhiệt độ bằng viễn thám. Kết quả nghiên cứu cho thấy, giá trị phát xạ của thời điểm không có sự chênh lệch nhiều nhưng giữa các LUT có sự khác biệt rất lớn.
UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION VOL.4, NO.3 (2014) NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA BIẾN ĐỘNG SỬ DỤNG ĐẤT ĐẾN BIẾN ĐỔI NHIỆT ĐỘ TẠI THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG THE RESEARCH ON THE IMPACT OF LAND USE CHANGE ON TEMPERATURE CHANGE IN DANANG CITY Lê Ngọc Hành, Trần Thanh Đức Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng Email: hanhlespdn@gmail.com TÓM TẮT Nghiên cứu thực thành phố Đà Nẵng với mục tiêu nghiên cứu tác động biến động sử dụng đất (BĐSDĐ) đến biến đổi nhiệt độ viễn thám Kết nghiên cứu cho thấy, giá trị phát xạ thời điểm khơng có chênh lệch nhiều LUT có khác biệt lớn Các bề mặt đệm đất thị có giá trị thấp nhiều so với loại đất có thảm thực vật chiếm diện tích lớn đất rừng sản xuất, rừng tự nhiên, Từ đồ biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn cho thấy, BĐSDĐ biến đổi nhiệt độ có liên quan chặt chẽ với LUT đất nông nghiệp chuyển sang đất phi nơng nghiệp nhiệt độ tăng mạnh, cao mức bình quân Ngược lại LUT chưa sử dụng chuyển sang đất nông nghiệp nhiệt độ lại tăng Kết nghiên cứu đề tài giúp ích cho cơng tác quy hoạch thị thích ứng với nhiệt độ tăng thời gian đến Từ khóa: biến đối nhiệt độ; viễn thám nhiệt; thị hóa; bề mặt đệm, tác động; sử dụng đất ABSTRACT This research was carried out in Danang for the main purpose of studying the impact of land use change on temperature change by remote sensing The research result showed that emission values of the time were not much different but the emission values among the land use types were significantly different The buffering surface of resident urban land had lower emission values than land types of vegetation cover with a large area including production forest land, natural forest land, The close relation was founded between land use change and temperature change from the map of temperature variations over Da Nang city.The temperature of agricultural land transferred to non-agricultural land increased considerably and was higher than the temperature of non-used land transferred to agricultural land The research result is helpful for urban planning adapting to rising temperature in the future Key words: Temperature change; thermal remote sensing; urbanization; buffering surface; impact; land use Đặt vấn đề Khi nói đến nhiệt độ khu vực định tức nhiệt độ lớp khơng khí gần sát mặt đất Ngồi xạ mặt trời bề mặt đệm đóng vai trị quan trọng nhiệt độ bề mặt Bề mặt đệm đất hay nước, có lớp phủ thực vật hay băng tuyết bao phủ Bề mặt đệm thường xuyên bị thay đổi không đồng khu vực, vùng miền Nguyên nhân chủ yếu tốc độ phát triển kinh tế – xã hội khác nhau, cụ thể trình thị hóa Đơ thị hóa hình thành nhiều bề mặt không thấm đất giao thông, đất thị, đất để xây dựng xí nghiệp, khu cơng nghiệp… Diện tích mặt khơng thấm tăng lên ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ đô thị, gây nên tượng “Đảo nhiệt đô thị” (Urban Heat Island) Đây tượng thời điểm nhiệt độ khu vực đô thị cao nhiều so với khu vực nơng thơn, khu vực có lớp phủ thực vật dày Đà Nẵng trung tâm kinh tế xã hội miền Trung Quá trình thị hóa thành phố diễn mạnh mẽ Bên cạnh mặt tích cực, thị hóa ảnh hưởng khơng nhỏ đến nhiệt độ khu vực Theo đó, nhiệt độ thành phố Đà Nẵng ngày tăng cao Chính thế, việc nghiên cứu tác động biến động sử dụng đất (BĐSDĐ) đến biến đổi nhiệt độ có ý nghĩa quan trọng Viễn thám nhiệt công cụ hiệu để nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt cách TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC chi tiết khơng phụ thuộc vào trạm khí tượng Trong đề tài sử dụng ảnh Landsat để nghiên cứu tác động biến động sử dụng đất đến biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khái quát khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu toàn diện tích đất liền thành phố Đà Nẵng Khu vực nằm vùng khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, nhiệt độ cao biến động Nhiệt độ trung bình hàng năm khoảng 25,90C, năm có mùa rõ rệt: mùa mưa kéo dài từ tháng đến tháng 12 mùa khô từ tháng đến tháng 2.2 Dữ liệu nghiên cứu TẬP 4, SỐ (2014) Đề tài sử dụng ảnh Landsat sau để tính tốn tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ: Thời điểm năm 1990: Ảnh Thematic Mapper (TM) chụp vào ngày 17/5/1990 Thời điểm năm 2000: Ảnh Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) chụp vào ngày 7/5/2000 Thời điểm năm 2013: Ảnh Landsat Operational Land Imager (OLI) and Thermal Infrared Sensor (TIRS) chụp vào ngày 19/5/2013 2.3 Quy trình nghiên cứu Việc nghiên cứu tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ thể qua sơ đồ sau: Hình Quy trình nghiên cứu tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013 thành phố Đà Nẵng Ngoài ra, đề tài sử dụng ảnh Landsat ETM+ chụp ngày 7/5/2000 để tính tốn nhiệt độ trạng sử dụng đất năm 2000 Từ đó, đề tài tiến hành tính tốn biến động sử dụng đất biến động nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 1990 – 2000 2000 – 2013 Cuối cùng, đề tài thành lập đồ tác động biến động sử dụng đất đến biến động nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 1993 – 2013 Trong trình thực đề tài, tác giả kết hợp phần mềm GIS viễn thám để phân tích tác động - Phần mềm viễn thám: Dùng để hiệu chỉnh ảnh, tính giá trị NDVI, tính chuyển giá trị xạ từ dạng DN sang dạng xạ, tính nhiệt độ bề mặt UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION - Phần mềm GIS: Dùng để sửa lỗi ảnh, tính giá trị phát xạ bề mặt, phân tích không gian, xác định tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ Nội dung nghiên cứu 3.1 Tính độ phát xạ Giữa loại hình sử dụng đất (LUT) khác nhau, độ phát xạ khác xa Nếu lấy giá trị phát xạ chung cho tồn lãnh thổ sai số nhiệt độ lớn lãnh thổ có nhiều LUT Vì thế, để tăng độ xác việc xác định nhiệt độ bề mặt, điều cần thiết phải tính độ phát xạ LUT Van de Griend Owe (1993) thực thí nghiệm đo đạc trực tiếp độ phát xạ phản xạ phổ dải khả kiến cận hồng ngoại để tính NDVI tìm mối quan hệ thực nghiệm độ phát xạ NDVI sau: ε = a + b.ln(NDVI) với a = 1.0094 b = 0.047 Công thức áp dụng khu vực có tính đồng giá trị NDVI > Vì thế, nghiên cứu này, tác giả tách tất LUT khác loại bỏ khu vực có NDVI < Sau tiến hành tính giá trị phát xạ LUT để đảm bảo độ xác 3.2 Tính giá trị xạ Việc tính toán nhiệt độ ảnh Landsat TM dựa vào kênh 6, kênh chứa thông tin nhiệt độ bề mặt khu vực nghiên cứu Kênh nhiệt ảnh Landsat ETM+ hai trạng thái Low gain (kênh 6_1) High gain (kênh 6_2), đề tài chúng tơi sử dụng kênh 6_2 để tính tốn nhiệt độ bề mặt Đối với ảnh Landsat Operational Land Imager (OLI), giá trị nhiệt độ tính dựa vào kênh 11 Bảng Thông tin kênh nhiệt ảnh Landsat Lmax Lmin Qcalmax Qcalmin Landsat TM 15.303 1.238 255 Landsat 12.650 3.200 255 VOL.4, NO.3 (2014) ETM+ Landsat OLI 22.0018 0.1003 65535 Do kênh nhiệt thu nhận giá trị pixel dạng DN nên đề tài chuyển giá trị pixel từ dạng DN sang dạng xạ theo công thức: Lλ = ((Lmax – Lmin)/(Qcalmax – Qcalmin)) * (Qcal – Qcalmin) + Lmin Áp dụng giá trị từ Bảng 1, ta có cơng thức tính giá trị phát xạ loại ảnh Landsat sau: - Ảnh TM: Lλ = 0.055374016* (B1-1) + 1.238 - Ảnh ETM+: Lλ = 0.037204724* (B1-1) +3.2 - Ảnh OLI: Lλ = 0.0003342*(B1-1) + 0.10033 Sau đó, tiếp tục điều chỉnh thơng số Wavelenghts, pixel Sizes sensor type loại ảnh 3.3 Tính nhiệt độ bề mặt Sau tính tốn giá trị phát xạ bề mặt LUT thời điểm 1990, 2000 2013 Đề tài tiến hành tính tốn nhiệt độ bề mặt theo thuật tốn chuẩn hóa giá trị phát xạ NOR (Emissivity Normalization Method) Do nhiệt độ tính tốn theo đơn vị Kelvin, nên chuyển giá trị 0C theo công thức: T0C = T (Kelvin) – 273.16 Nhiệt độ bề mặt phụ thuộc vào yếu tố: xạ mặt trời, hồn lưu khí bề mặt đệm (HTSDĐ) Trong đề tài này, dựa vào đất không biến động để loại bỏ ảnh hưởng xạ mặt trời hồn lưu khí thời điểm khác đến nhiệt độ Nếu giá trị xạ hồn lưu khí giống loại đất khơng biến động (có mặt đệm thời điểm trước sau) có nhiệt độ Tuy nhiên, ảnh hưởng xạ hồn lưu khí nên loại đất khơng biến động TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC có nhiệt độ khác Vì vậy, đề tài dựa vào chênh lệch nhiệt độ đất không biến động để điều chỉnh bề mặt đệm không biến động giá trị Qua đó, loại bỏ ảnh hưởng xạ mặt trời hồn lưu khí đến nhiệt độ bề mặt 3.4 Phân tích tác động biến động sử dụng đất đến biến động nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013 Sau tính tốn phân bố nhiệt độ không gian thời điểm 1990, 2000 2013 Đề tài sử dụng phần mềm GIS để xác định biến đổi nhiệt độ thời kỳ 1990 – 2000, 2000 – 2013 1990 – 2013 thành phố Đà Nẵng Trên sở liệu trạng sử dụng đất giải đoán từ ảnh viễn thám, xây dựng đồ BĐSDĐ thời kỳ Từ đó, đề tài TẬP 4, SỐ (2014) tiến hành tính tốn, phân tích tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013, 2000 – 2013 1990 – 2013 Kết nghiên cứu 4.1 Xác định giá trị phát xạ Đề tài tiến hành tính NDVI cho LUT sau tính giá trị phát xạ ε theo cơng thức Van de Griend Owe (1993) ε = a + b.ln(NDVI) với a = 1.0094 b = 0.047 Đề tài loại bỏ khu vực có giá trị NDVI < 0, phần lớn khu vực thuộc đất sơng suối, mặt nước Kết tính toán giá trị phát xạ sau: Bảng Giá trị phát xạ loại hình sử dụng thời điểm Giá trị phát xạ LUT 1990 2000 2013 Đất chưa sử dụng (BCS) 0.906273 0.905508 0.888133 Đất trồng lâu năm (CLN) 0.934775 0.936285 0.934854 Đất đồi chưa sử dụng (DCS) 0.908643 0.907121 0.901747 Đất trồng hàng năm (HNK) 0.910354 0.910958 0.922007 Đất trồng lúa (LUA) 0.936443 0.927391 0.934381 Đất đô thị (ODT) 0.889143 0.881655 0.873874 Đất nông thôn (ONT) 0.903784 0.900156 0.905208 Đất rừng sản xuất (RSX) 0.941664 0.941635 0.942729 Đất rừng tự nhiên (RTN) 0.965543 0.962179 0.956759 Qua Bảng cho thấy nhìn chung giá trị phát xạ thời điểm khơng có chênh lệch nhiều Tuy nhiên, giá trị phát xạ LUT có khác biệt lớn Các bề mặt đệm đất đô thị, đất chưa sử dụng có giá trị thấp nhiều so với loại đất có thảm thực vật chiếm diện tích lớn đất rừng sản xuất, rừng tự nhiên, đất trồng lâu năm, đất trồng lúa Những loại đất cịn lại có giá trị phát xạ trung bình 4.2 Biến đổi nhiệt độ TP Đà Nẵng giai đoạn 1990 – 2000, 2000 – 2013 1990 – 2013 Giá trị nhiệt độ từ đồ phân bố nhiệt độ tính tốn phần mềm viễn thám Sau tính tốn nhiệt độ thời điểm, đề tài loại bỏ ảnh hưởng xạ mặt trời hồn lưu khí thời kỳ khác đến nhiệt độ việc tính tốn chênh lệch nhiệt độ đất khơng biến động Qua tính tốn, chênh lệch nhiệt độ đất không biến động năm 2013 cao năm 2000 0.5430C năm 1990 1.4330C Sở dĩ có giá trị chênh lệch ảnh Landsat chụp vào thời điểm khác nhau, xạ mặt trời hồn lưu khí khác Hơn nữa, nhiệt độ mặt đất chịu ảnh UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION hưởng tượng biến đổi theo chu kỳ tự nhiên En Nino hay La Nina,… Dựa vào kết trên, đề tài điều chỉnh nhiệt độ năm 1990 2000 cách cộng thêm vào nhiệt độ VOL.4, NO.3 (2014) thời điểm giá trị 1.4330C 0.5430C Sau đó, thành lập đồ biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn: Hình Bản đồ biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 4.3 Tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013 Kết hợp đồ BĐSDĐ đồ biến động nhiệt độ, đề tài thành lập đồ tương quan BĐSDĐ biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2000, 2000 – 2013 1990 – 2013 Trong báo này, thể đồ giai đoạn 1990 – 2013 Kết thể hình sau: Hình Bản đồ tác động biến động sử dụng đất đến biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 1990 – 2013 Bảng Thống kê tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2000 thành phố Đà Nẵng Năm 1990 BCS CLN DCS HNK LUA BCS CLN DCS HNK -0.82 Năm 2000 LUA ODT -1.22 2.35 2.26 1.93 -1.19 -0.56 -0.15 -1.10 -0.27 -0.92 3.16 3.24 ONT 0.90 2.17 -0.25 1.35 1.54 RSX -2.32 -0.89 -1.35 -1.16 -0.30 RTN -2.79 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC ODT ONT RSX RTN 3.69 0.32 1.96 TẬP 4, SỐ (2014) 2.22 3.58 2.17 3.25 2.13 2.46 2.84 -1.19 1.53 Bảng Thống kê tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 2000 – 2013 thành phố Đà Nẵng Năm 2000 BCS CLN DCS HNK LUA ODT ONT RSX RTN BCS CLN DCS HNK 0.86 -1.08 2.04 2.73 -0.15 0.36 1.65 2.27 3.25 -0.71 1.23 Năm 2013 LUA ODT 2.20 -0.52 3.35 -1.17 2.00 -0.25 3.18 3.28 0.64 2.01 2.19 3.57 4.30 ONT RSX 2.15 -0.27 1.34 1.43 -0.62 -1.64 -0.97 -0.27 2.39 2.93 1.43 RTN -2.91 -1.17 -2.50 -1.27 Bảng Thống kê tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013 thành phố Đà Nẵng Năm 1990 BCS CLN DCS HNK LUA ODT ONT RSX RTN BCS 1.82 2.22 CLN -1.42 DCS HNK -0.94 0.90 -1.01 1.53 -0.82 3.37 1.35 2.25 -1.23 -0.43 -0.12 0.41 2.04 Năm 2013 LUA ODT -1.13 2.28 -0.63 -1.11 2.18 -0.33 3.02 3.27 ONT 0.87 2.04 -0.30 1.42 1.66 2.16 3.61 4.11 2.31 3.16 0.82 2.12 RSX -2.12 -0.74 -1.20 -1.02 -0.24 RTN -3.29 -1.44 -2.56 -1.82 -1.23 -1.08 1.66 Bảng Thống kê tác động BĐSDĐ nhóm đất đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013 TP Đà Nẵng Năm 1990 CSD CSD SXN LNP OTC Qua Bảng 3, 4, 5, Hình 2, cho ta thấy giá trị tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ thời kỳ khơng có khác biệt nhiều Tuy nhiên, BĐSDĐ biến đổi nhiệt độ có liên quan chặt chẽ với Đối với loại hình Năm 2013 SXN LNP - 1.12 -2.34 -1.13 1.69 OTC 1.52 3.38 sử dụng đất nông nghiệp chuyển sang đất phi nơng nghiệp nhiệt độ tăng mạnh, cao mức bình qn với loại đất khơng biến động Chẳng hạn, từ LNP sang DGT tăng 3.220C, LNP sang CDG tăng 2.910C, SXN sang DGT tăng UED JOURNAL OF SOCIAL SCIENCES, HUMANITIES AND EDUCATION 2.850C Ngược lại LUT CSD chuyển sang đất nơng nghiệp nhiệt độ lại tăng mức bình qn Ví dụ, từ CSD sang SMN tăng 1.910C hay sang SXN tăng 2.170C Sở dĩ có khác biệt bề mặt đệm LUT khác Đất phi nơng nghiệp có mặt khơng thấm nhiều Bên cạnh đó, hoạt động sản xuất kinh doanh khu vực thải lượng nhiệt dư thừa lớn Hơn nữa, ảnh Landsat chụp vào khoảng 10h30’, lúc hoạt động phương tiện giao thông, sở sản xuất diễn mạnh Tất làm cho nhiệt độ tăng cao so với nơi cịn có thảm thực vật bao phủ Kết luận Từ kết nghiên cứu tác động BDSDĐ đến biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 1990 – 2013, đề tài rút số kết luận sau: VOL.4, NO.3 (2014) việc tính giá trị phát xạ dựa vào NDVI hạn chế sai số việc tính toán nhiệt độ bề mặt Kết nghiên cứu tính tốn biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 1990 – 2013 Những khu vực có q trình thị hóa mạnh nhiệt độ tăng cao mức bình quân Dựa vào việc phân tích này, nhận biết tác động việc biến đổi sử dụng đất đến biến đổi nhiệt độ khu vực định Việc chuyển đổi từ đất nông nghiệp chưa sử dụng sang đất phi nông nghiệp làm nhiệt độ tăng cao hơn, từ chưa sử dụng sang đất nơng nghiệp có nhiệt độ thấp mức trung bình Cùng với tình hình biến đổi khí hậu theo hướng nhiệt độ ngày tăng q trình thị hóa góp phần đáng kể vào tăng nhiệt độ thành phố Kết nghiên cứu đề tài giúp ích cho cơng tác quy hoạch thị thích ứng với nhiệt độ tăng thời gian đến Giữa LUT có độ phát xạ khác xa nhau, TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Thị Ân (2011), “Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt đất TP Đà Nẵng từ liệu ảnh vệ tinh LANSAT ETM +”, Hội thảo GIS toàn quốc 2011 [2] Hoàng Thị Diệu Huyền, Lê Ngọc Hành (2013), “Phân tích mối tương quan bề mặt đệm nhiệt độ thành phố Đà Nẵng”, Tạp chí Khoa học, công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 7(68)/2013 [3] Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan, Lê Văn Trung, (2009), “Phương pháp viễn thám nhiệt nghiên cứu phân bố NĐBM thị”, Tạp chí Các khoa học Trái Đất, NXB Viện KH&CN Việt Nam, tập 31, số 2, tr 168-177 [4] Sabins, Jr (1987), Remote Sensing: Principles and Interpretation, 2nd Ed [5] Van De Griend, A A and Owe (1993), “M., On the relationship between thermal emissivity and the normalized difference vegetation index for natural surfaces”, International Journal of Remote Sensing, Vol.14(6), pp 1119 – 1131 ... Bản đồ tác động biến động sử dụng đất đến biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng giai đoạn 1990 – 2013 Bảng Thống kê tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2000 thành phố Đà Nẵng Năm... chúng tơi sử dụng ảnh Landsat để nghiên cứu tác động biến động sử dụng đất đến biến đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng Phương pháp nghiên cứu 2.1 Khái quát khu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu tồn... trình nghiên cứu Việc nghiên cứu tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ thể qua sơ đồ sau: Hình Quy trình nghiên cứu tác động BĐSDĐ đến biến đổi nhiệt độ giai đoạn 1990 – 2013 thành phố Đà Nẵng