Tổng quan nghiên cứu

Hạn hán là một trong những thiên tai gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến phát triển kinh tế - xã hội và đời sống người dân, đặc biệt tại các vùng nông nghiệp, nơi thu nhập chủ yếu dựa vào sản xuất nông nghiệp. Tại khu vực phía Nam tỉnh Bình Phước, mùa khô năm 2015 chứng kiến nhiệt độ bề mặt trung bình lên đến 34,9°C, với điểm cực đại có thể đạt tới 49°C, gây ra tình trạng khô hạn nghiêm trọng. Theo kết quả nghiên cứu, diện tích vùng bị khô hạn chiếm khoảng 54,9% tổng diện tích khu vực, trong đó mức độ khô hạn nhẹ chiếm 38,3%, còn khô hạn nặng và nghiêm trọng chiếm 16,7%. Đặc biệt, trên đất trồng cây lâu năm, diện tích bị ảnh hưởng bởi hạn hán chiếm khoảng 33,76%, với thị xã Đồng Xoài là nơi có tỷ lệ khô hạn cao nhất (28,6% diện tích cây lâu năm bị ảnh hưởng).

Mục tiêu nghiên cứu nhằm ứng dụng công nghệ viễn thám để xây dựng bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt và phân vùng mức độ khô hạn, từ đó đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nhiệt đến đất trồng cây lâu năm tại khu vực phía Nam tỉnh Bình Phước trong mùa khô năm 2015. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào ba địa phương gồm thị xã Đồng Xoài, huyện Đồng Phú và huyện Chơn Thành. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ quản lý tài nguyên đất, bảo vệ cây trồng lâu năm, đồng thời đề xuất các giải pháp giảm nhẹ tác động của hạn hán trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu ngày càng nghiêm trọng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về hạn hán và ứng dụng viễn thám trong giám sát môi trường, cụ thể:

  • Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index): Là chỉ số phản ánh mức độ phát triển và sức khỏe của thực vật dựa trên sự khác biệt phản xạ phổ giữa vùng cận hồng ngoại và vùng đỏ. NDVI có giá trị từ -1 đến +1, giá trị càng gần +1 biểu thị thực vật phát triển tốt.

  • Nhiệt độ bề mặt đất (Land Surface Temperature - LST): Là nhiệt độ trung bình bức xạ của bề mặt đất, phản ánh trạng thái nhiệt của đất và thực vật. LST được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 sau khi hiệu chỉnh bức xạ và độ phát xạ bề mặt.

  • Chỉ số khô hạn TVDI (Temperature Vegetation Dryness Index): Được xây dựng dựa trên mối quan hệ giữa LST và NDVI trong không gian tam giác [Ts - NDVI]. TVDI đo lường mức độ khô hạn của đất và thực vật, với giá trị từ 0 (đất ẩm, thực vật khỏe) đến 1 (đất khô, thực vật chịu hạn). Mức độ khô hạn được phân cấp theo TVDI: không khô hạn (<0,2), khô hạn nhẹ (0,2-0,4), trung bình (0,4-0,6), nặng (0,6-0,8), rất nặng (>0,8).

  • Mô hình hồi quy tuyến tính: Được sử dụng để xác định các đường biên "cạnh khô" (Tsmax) và "cạnh ướt" (Tsmin) trong không gian Ts/NDVI, từ đó tính toán chỉ số TVDI chính xác.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 (OLI & TIRS) thu nhận ngày 08/01/2015 và 14/04/2015, với độ phân giải không gian 30m cho các kênh phổ và 100m cho kênh nhiệt. Dữ liệu bản đồ lớp đất trồng cây lâu năm năm 2014 do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Phước cung cấp.

  • Phương pháp phân tích:

    • Xử lý ảnh viễn thám bao gồm hiệu chỉnh bức xạ, ghép kênh, cắt ảnh theo khu vực nghiên cứu.
    • Tính toán chỉ số NDVI từ kênh cận hồng ngoại và đỏ.
    • Tính nhiệt độ sáng (brightness temperature) từ kênh nhiệt, hiệu chỉnh độ phát xạ bề mặt dựa trên NDVI để xác định LST.
    • Xác định Tsmax và Tsmin bằng hồi quy tuyến tính trên không gian Ts/NDVI.
    • Tính toán chỉ số TVDI và phân vùng mức độ khô hạn.
    • Chồng lớp bản đồ khô hạn lên bản đồ đất trồng cây lâu năm để đánh giá ảnh hưởng.

  • Cỡ mẫu và chọn mẫu: Toàn bộ diện tích phía Nam tỉnh Bình Phước gồm thị xã Đồng Xoài, huyện Đồng Phú và huyện Chơn Thành được nghiên cứu, đảm bảo tính đại diện cho vùng có diện tích đất trồng cây lâu năm lớn.

  • Timeline nghiên cứu: Tập trung phân tích dữ liệu ảnh viễn thám mùa khô năm 2015, kết hợp với dữ liệu thống kê và bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2014.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Phân bố nhiệt độ bề mặt: Nhiệt độ bề mặt trung bình toàn khu vực Nam Bình Phước trong mùa khô 2015 là 34,9°C, với điểm cực đại lên đến 49°C. Thị xã Đồng Xoài có nhiệt độ trung bình cao nhất 37°C, trong đó khoảng 25% diện tích có nhiệt độ bề mặt trên 40°C. Diện tích đất trồng cây lâu năm chịu nhiệt độ bề mặt cao chiếm khoảng 13% tổng diện tích cây lâu năm tại thị xã.

  2. Phân vùng mức độ khô hạn: Tổng diện tích vùng bị khô hạn chiếm 54,9% diện tích toàn khu vực, trong đó khô hạn nhẹ chiếm 38,3%, khô hạn nặng và nghiêm trọng chiếm 16,7%. Trên đất trồng cây lâu năm, diện tích bị khô hạn chiếm 33,76%, với thị xã Đồng Xoài có tỷ lệ khô hạn cao nhất (28,6%).

  3. Ảnh hưởng đến cây lâu năm: Khu vực có nhiệt độ bề mặt cao và chỉ số TVDI lớn tương ứng với vùng đất trồng cây lâu năm bị ảnh hưởng nghiêm trọng, làm giảm khả năng sinh trưởng và năng suất cây trồng.

  4. Độ tin cậy phương pháp: Kết quả tính toán nhiệt độ bề mặt và chỉ số TVDI từ ảnh Landsat 8 có độ chính xác cao, phù hợp với các số liệu thực địa và các nghiên cứu tương tự trong nước và quốc tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng khô hạn nghiêm trọng là do tác động của biến đổi khí hậu toàn cầu, đặc biệt là hiện tượng El Niño làm tăng nhiệt độ và giảm lượng mưa trong mùa khô. Nhiệt độ bề mặt cao làm tăng tốc độ bốc hơi nước, giảm độ ẩm đất, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và năng suất cây lâu năm. So với các nghiên cứu trước đây tại Tây Nguyên và Đồng bằng sông Cửu Long, kết quả nghiên cứu tại Bình Phước tương đồng về mức độ và phân bố khô hạn.

Việc sử dụng chỉ số TVDI dựa trên ảnh viễn thám Landsat 8 cho phép đánh giá khô hạn với độ phân giải không gian cao, giúp nhận diện chính xác các vùng bị ảnh hưởng. Dữ liệu có thể được trình bày qua bản đồ phân vùng khô hạn và biểu đồ phân bố nhiệt độ bề mặt, hỗ trợ công tác quản lý và ra quyết định. Phương pháp này khắc phục hạn chế của các trạm quan trắc khí tượng truyền thống về độ phủ và tính liên tục.

Kết quả nghiên cứu góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát hạn hán, đồng thời cung cấp thông tin quan trọng cho các nhà quản lý, nông dân trong việc phòng chống và giảm nhẹ tác động của hạn hán đối với cây lâu năm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm hạn hán: Ứng dụng công nghệ viễn thám để theo dõi liên tục nhiệt độ bề mặt và chỉ số TVDI, cung cấp cảnh báo kịp thời cho các địa phương nhằm chủ động ứng phó. Thời gian thực hiện: trong vòng 1 năm; Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Phước phối hợp với các viện nghiên cứu.

  2. Phát triển các biện pháp tưới tiêu tiết kiệm: Áp dụng công nghệ tưới nhỏ giọt, tưới phun sương nhằm giảm thiểu tác động của nhiệt độ cao và khô hạn lên cây lâu năm, nâng cao hiệu quả sử dụng nước. Thời gian: 2-3 năm; Chủ thể: Nông dân, hợp tác xã nông nghiệp, các doanh nghiệp công nghệ nông nghiệp.

  3. Tăng cường trồng các giống cây chịu hạn: Khuyến khích nghiên cứu và sử dụng các giống cây lâu năm có khả năng chịu nhiệt và hạn tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu biến đổi. Thời gian: 3-5 năm; Chủ thể: Viện nghiên cứu nông nghiệp, các trung tâm giống cây trồng.

  4. Quản lý và bảo vệ đất trồng: Thực hiện các biện pháp cải tạo đất, giữ ẩm như phủ đất, bón phân hữu cơ, trồng cây che phủ nhằm giảm thiểu sự thoát hơi nước và duy trì độ ẩm đất. Thời gian: liên tục; Chủ thể: Nông dân, chính quyền địa phương.

  5. Tuyên truyền nâng cao nhận thức: Tổ chức các chương trình đào tạo, tập huấn về tác động của hạn hán và cách ứng phó cho người dân và cán bộ quản lý. Thời gian: hàng năm; Chủ thể: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý tài nguyên và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý đất đai, nước và phát triển nông nghiệp bền vững, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

  2. Nông dân và hợp tác xã nông nghiệp: Áp dụng các giải pháp tưới tiêu, chọn giống cây trồng phù hợp dựa trên đánh giá mức độ khô hạn để nâng cao năng suất và giảm thiểu thiệt hại.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên: Tham khảo phương pháp ứng dụng viễn thám trong giám sát hạn hán, phát triển các nghiên cứu tiếp theo về quản lý tài nguyên đất và nước.

  4. Cơ quan quản lý thiên tai và phòng chống biến đổi khí hậu: Sử dụng bản đồ phân vùng khô hạn và chỉ số TVDI để lập kế hoạch phòng chống thiên tai, giảm nhẹ rủi ro do hạn hán gây ra.

Câu hỏi thường gặp

  1. Chỉ số TVDI là gì và tại sao được sử dụng trong nghiên cứu hạn hán?
    TVDI là chỉ số khô hạn dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và chỉ số thực vật NDVI, phản ánh mức độ khô hạn của đất và thực vật. Nó được sử dụng vì có khả năng đánh giá chính xác và kịp thời tình trạng hạn hán trên diện rộng với độ phân giải không gian cao từ ảnh viễn thám.

  2. Ảnh vệ tinh Landsat 8 có ưu điểm gì trong nghiên cứu này?
    Landsat 8 cung cấp ảnh với độ phân giải không gian 30m (kênh phổ) và 100m (kênh nhiệt), có khả năng thu nhận dữ liệu đa phổ và nhiệt độ bề mặt chính xác, phù hợp để phân tích chi tiết các vùng đất trồng cây lâu năm và đánh giá khô hạn.

  3. Phương pháp tính nhiệt độ bề mặt (LST) được thực hiện như thế nào?
    LST được tính từ giá trị số nguyên của ảnh vệ tinh sau khi hiệu chỉnh bức xạ, chuyển đổi sang nhiệt độ sáng, sau đó hiệu chỉnh độ phát xạ bề mặt dựa trên NDVI để xác định nhiệt độ thực tế của bề mặt đất và thực vật.

  4. Tại sao cần phân vùng mức độ khô hạn?
    Phân vùng mức độ khô hạn giúp xác định chính xác các khu vực bị ảnh hưởng với các mức độ khác nhau, từ đó hỗ trợ việc lập kế hoạch quản lý, tưới tiêu và phòng chống hạn hán hiệu quả, giảm thiểu thiệt hại cho cây trồng.

  5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các vùng khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng cho các vùng có điều kiện khí hậu và địa hình tương tự, giúp các nhà quản lý và nông dân ở nhiều địa phương khác xây dựng các giải pháp thích ứng và giảm nhẹ tác động của hạn hán.

Kết luận

  • Ứng dụng viễn thám Landsat 8 cho phép xác định chính xác nhiệt độ bề mặt và chỉ số khô hạn TVDI tại khu vực phía Nam tỉnh Bình Phước trong mùa khô 2015.
  • Khu vực nghiên cứu có nhiệt độ bề mặt trung bình 34,9°C, với hơn một nửa diện tích bị ảnh hưởng bởi hạn hán, trong đó đất trồng cây lâu năm chịu tác động rõ rệt.
  • Phương pháp tính toán và phân vùng khô hạn dựa trên TVDI là công cụ hiệu quả hỗ trợ quản lý tài nguyên đất và bảo vệ cây trồng lâu năm.
  • Đề xuất các giải pháp cảnh báo sớm, tưới tiêu tiết kiệm, chọn giống cây chịu hạn và quản lý đất nhằm giảm thiểu tác động của hạn hán.
  • Nghiên cứu mở hướng cho các nghiên cứu tiếp theo và ứng dụng rộng rãi trong quản lý tài nguyên và môi trường tại các vùng chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các cơ quan chức năng triển khai hệ thống giám sát hạn hán dựa trên viễn thám và áp dụng các giải pháp quản lý phù hợp nhằm bảo vệ sản xuất nông nghiệp và sinh kế người dân.