Đánh giá hạn hán trên địa bàn huyện di linh từ dữ liệu viễn thám

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000160 378 ĐÁNH GIÁ HẠN HÁN TRÊN ĐỊA BÀN HUYỆN DI LINH TỪ DỮ LIỆU VIỄN THÁM Nguyễn Ngân Hà, Hà Dương Xuân Bảo, *Trần Thị Vân Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM Email: 1552108@hcmut.edu.vn, hdxbao@hcmut.edu.vn, *tranthivankt@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Bài báo trình bày nghiên cứu đánh giá tình trạng hạn hán cho vùng miền núi thuộc huyện Di Linh tỉnh Lâm Đồng từ kỹ thuật viễn thám. Ảnh vệ tinh Landsat được sử dụng với thời gian nghiên cứu là mùa khô năm 2018. Kết quả cho thấy những vùng đất trống và vùng đất với cây trồng thưa thớt thể hiện mức độ khô hạn cao hơn những vùng phủ đầy thực vật. Kết quả nghiên cứu hỗ trợ tốt cho việc giám sát hạn hán trên một không gian cho một vùng lãnh thổ, nhằm giúp cho con người có những quyết định quản lý đúng đắn trong quy hoạch lãnh thổ. Từ khóa: hạn hán, lớp phủ bề mặt đất, thực vật, TVDI, viễn thám 1. GIỚI THIỆU Hạn hán được nhìn nhận là một trong những hiện tượng môi trường có tính phá hoại nghiêm trọng, gây ra sự sụt giảm sản lượng nông nghiệp và tăng đáng kể khả năng cháy rừng. Thông thường, hạn hán thường xảy ra trên diện rộng, nên việc quan trắc bằng các phương pháp truyền thống rất khó khăn, đặc biệt ở những nước đang phát triển, với nhiều hạn chế trong việc đầu tư cho hệ thống quan trắc các tham số khí tượng. Trong các phương pháp hiện nay, việc sử dụng viễn thám để nghiên cứu vấn đề này có rất nhiều tiềm năng. Viễn thám còn là một kỹ thuật nổi bật hơn các phương pháp thông thường trong quá trình đánh giá nhờ khả năng cung cấp thông tin nhanh chóng trên một vùng không gian. Công nghệ này hỗ trợ tốt cho việc cảnh báo, xây dựng các chính sách quản lý môi trường bền vững ở hiện tại và tương lai. Khu vực nghiên cứu là huyện Di Linh thuộc tỉnh Lâm Đồng, có nền khí hậu nhiệt đới gió mùa ở vùng địa hình cao. Đặc điểm của khí hậu nói chung là thuận lợi cho sự phát triển và bố trí đất của các loại cây nhiệt đới, đặc biệt là cà phê [1]. 2. PHƢƠNG PHÁP VÀ DỮ LIỆU 2.1. Dữ liệu Dữ liệu dùng trong nghiên cứu gồm hai loại như sau: (1) Dữ liệu viễn thám là ảnh vệ tinh Landsat 8 OLI/TIRS. Ảnh được chọn lựa thu chụp ngày 25/01/2018, mùa khô, quang mây nhằm để giảm thiểu các ảnh hưởng của khí quyển và điều kiện thời tiết trên khu vực nghiên cứu. (2) Dữ liệu khí tượng gồm nhiệt độ không khí, lượng mưa và độ ẩm trung bình tháng của năm 2018, được thu thập từ trạm Khí tượng Thủy văn tỉnh Lâm Đồng với các điểm quan sát ở Bảo Lộc và Liên Khương. 2.2. Phƣơng pháp Nhiệt độ bề mặt có thể tăng lên rất nhanh trong trường hợp thực vật thiếu nước. Lớp phủ thực vật có mối quan hệ mật thiết với nhiệt độ bề mặt và ảnh hưởng lớn đến kết quả xác định nhiệt độ. Với cùng một điều kiện khí hậu, nhiệt độ bề mặt sẽ đạt giá trị nhỏ nhất tại các vị trí có độ bốc hơi (của bề mặt) và sự thoát hơi nước (của lá cây) cực đại. Ở những vị trí không có lớp phủ thực vật hoặc thực vật khô, độ bay hơi là cực tiểu dẫn đến nhiệt độ bề mặt đạt cực đại. Để lượng hóa mối quan hệ giữa chỉ số thực vật chuẩn hóa NDVI và nhiệt độ bề mặt, chỉ số khô hạn theo trạng thái nhiệt độ-thực vật TVDI (Temperature-Vegetation Dryness Index) được xác định theo công thức sau [2]: Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 379 (1) Trong đó, TS: nhiệt độ bề mặt, 0 C; TSmax, TSmin: tương ứng là nhiệt độ bề mặt cực đại và cực tiểu trong tam giác không gian Ts-NDVI. Nhiệt độ bề mặt được xác định theo quan hệ nhiệt độ chói và độ phát xạ bề mặt như sau: BS T 1 T 4 1 (2) Với TB - nhiệt độ chói trên vệ tinh, 0 C; ε - độ phát xạ bề mặt. iá trị Tsmin là giá trị nhiệt độ nhỏ nhất ở khu vực nghiên cứu. Tsmax được xác định bằng phương pháp hồi quy tuyến tính các giá trị nhiệt độ cực đại tương ứng tại các khoảng giá trị NDVIrange (4) Chỉ số thực vật NDVI được xác định từ kênh cận hồng ngoại NIR (vùng bước sóng cho thực vật phản xạ mạnh) và kênh vùng ánh sáng đỏ RED (vùng bước sóng cho thực vật hấp thụ): NDVI = (NIR-RED) / (NIR+RED) (3) Giá trị TVDI dao động trong khoảng từ 0 đến 1. Theo đó, giá trị TVDI được phân chia thành 5 nhóm phân cấp mức độ khô hạn từ thấp đến cao, bao gồm: (0,0 - 0,2) ẩm ướt, (0,2-0,4) bình thường, (0,4 - 0,6) hạn nhẹ, (0,6 -0,8) hạn trung bình và (0,8 - 1,0) hạn nặng [3]. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Phân bố lớp phủ bề mặt đất Trên toàn huyện Di Linh (Hình 1), kiểu lớp phủ thực vật chiếm ưu thế với hơn 70% diện tích phân bố toàn huyện, trong đó kiểu thực vật mật độ trung bình và cao chiếm tỷ lệ khoảng 53%, tập trung phân bố phần lớn ở phía Nam của huyện, và một phần ở phía bắc. Đất xây dựng chiếm khoảng 15% diện tích, đất trống chiếm khoảng 11% diện tích, phân bố tập trung ở phía bắc huyện. Trong khi đó, diện tích nước mặt không đáng kể, chỉ chiếm khoảng 1,6%. Hình 1. Phân bố lớp phủ bề mặt huyện Di Linh vào thời điểm thu ảnh năm 2018 Hình 2. Bản đồ các mức khô hạn theo chỉ số TVDI 3.2. Phân bố hạn theo chỉ số TVDI Kết quả trên hình 2 cho thấy, gần 3% diện tích vùng Di Linh thuộc vùng không bị hạn, tập trung khu giữa và đỉnh phía băc huyện. Mức độ hạn hán nhẹ chiếm tỷ lệ cao nhất (49,4%) phân bố trên toàn huyện. Vùng hạn trung bình chiếm 47,4% phân bố thành dải kéo dài theo hướng đông bắc Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 380 và tây nam huyện. Vùng hạn nặng phát hiện rất ít (0,21%), tập trung ở phía đông bắc và tây nam huyện. 3.3. Quan hệ giữa hạn hán và lớp phủ bề mặt đất Mặt nước có giá trị TVDI là 0,36 cho thấy mức độ không bị hạn hán (TVDI <0,4). Các lớp thực vật có mật độ trung bình và cao biểu hiện mức độ khô hạn nhẹ (0,4 <TVDI <0,6). Ba lớp bao gồm đất trống, đất xây dựng và thảm thực vật mật độ thấp được phát hiện có hạn hán trung bình (0,6 <TVDI <0,8). Mặt khác, nếu xét giá trị cực đại của TVDI thì trên địa bàn huyện Di Linh cũng đã xảy ra hạn nặng (TVDI có giá trị 0,8-1) và mức hạn hán này xuất hiện trên tất cả các kiểu lớp phủ trừ nước. Lưu ý rằng mặc dù mức độ hạn hán nặng chiếm một tỷ lệ nhỏ (<1%), nhưng không thể bỏ qua vì hạn hán có thể lan sang các khu vực xung quanh trừ khi được kiểm soát kịp thời. Hơn nữa, do sự xuất hiện của TVDI> 0,6 trên lớp nước và TVDI> 0,8 trên các lớp thực vật, mang lại cảnh báo về tình trạng thiếu nước và nguy cơ cháy rừng cao. Nhìn chung, chỉ số hạn hán TVDI và độ che phủ đất có mối quan hệ với nhau (Hình 3) 3.4. So sánh kết quả đánh giá hạn từ kỹ thuật viễn thám và quan trắc mặt đất Theo số đo quan trắc mặt đất, huyện Di Linh thường phải đối mặt với hạn hán nhẹ và trung bình. Ở phía đông của Di Linh (trạm Liên Khương), hạn hán đã xảy ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Trong khi đó, các xã còn lại của huyện này (trạm Bảo Lộc) dường như ít bị ảnh hưởng bởi hạn hán khi hạn hán xuất hiện từ tháng 1 đến tháng 3. So sánh với kết quả tính toán theo chỉ số TVDI, có một sự tương đồng giữa tình hình hạn hán được xác định bởi cả hai phương pháp. Tóm lại, các kết quả trên cho thấy rằng việc sử dụng dữ liệu viễn thám để đánh giá mức độ hạn hán là đáng tin cậy và có thể được áp dụng để theo dõi hạn hán. 4. KẾT LUẬN Kết quả nghiên cứu cho thấy trên toàn huyện Di Linh vào năm 2018 đang ở mức hạn nhẹ và trung bình với vùng không gian của mỗi mức chiếm gần 50%. Với sự hỗ trợ của dữ liệu vệ tinh, các vùng hạn được xác định cụ thể, đây là giải pháp quản lý tốt giúp cho con người hiểu biết thấu đáo khu vực mặc dù không thể đến tận nơi để quan trắc. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung phương pháp tích hợp đánh giá nguy cơ hạn hán để có thể đưa ra những cảnh báo cũng như các biện pháp phòng chống và ngăn ngừa hạn hán, giúp chính quyền địa phương có cái nhìn tổng quan về hiện trạng để có thể đưa ra những chính sách và quy hoạch tài nguyên hợp lý, góp phần giảm nhẹ thiên tai, thích ứng với tình trạng biến đổi khí hậu hiện nay. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Cổng thông tin Lâm Đồng, 2019. Huyện Di Linh (online), accessed May 19, 2019. Available at: [2]. Sandholt, I., Rasmussen, K. and Andersen, J., 2002. A simple interpretation of the surface temperature/vegetation index space for assessment of surface moisture status. Remote Sensing of Environment, 79(2-3): 213-224 [3]. Wang.C., Qi.S., Niu.Z., Wang.J., 2004. Evaluating soil moisture status in China using the temperature– vegetation dryness index (TVDI). Can. J. Remote Sensing, 30(5): pp. 671–679 Hình 3. Bản đồ tương quan TVDI và lớp phủ bề mặt Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 381 ASSESSING DROUGHT IN DI LINH DISTRICT FROM REMOTE SENSING DATA Nguyen Ngan Ha, Ha Duong Xuan Bao, *Tran Thi Van Ho Chi Minh City University of Technology, VNU-HCM Email: 1552108@hcmut.edu.vn, hdxbao@hcmut.edu.vn, *tranthivankt@hcmut.edu.vn ABSTRACT The paper presents research to assess drought situation for mountainous areas of Di Linh district, Lam Dong province from remote sensing techniques. The Landsat satellite image was used for the study period during the dry season in 2018. The results showed that the bare lands and sparsely populated areas show a higher level of drought than those covered with vegetation. The results of the study are good support for monitoring drought on a space for a territory, to help people make the right management decisions in territorial planning. Keywords: Drought, remote sensing, land cover, TVDI, vegetation