CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG. Một số khái niệm 1. Khái niệm về lớp phủ rừng - Lớp phủ rừng là một phần của lớp phủ bề mặt nói chung, là quần xã thực vật rừng, chủ yếu là cây rừng sinh trưởng trên một khoảnh đất đai nhất định bao gồm các đặc trưng sau: Nguồn gốc, tổ thành, tuổi, mật độ, tầng thứ, độ tàn che, độ che phủ, chiều cao bình quân, đường kính bình quân, tổng tiết diện ngang, độ dày của rừng, tăng trưởng, trữ lượng, cấp đất, diện tích, biến động… - Trong đó: Nguồn gốc của rừng là nguồn gốc phát sinh ra rừng.
Có hai nguồn gốc phát sinh ra rừng là rừng tự nhiên và rừng nhân tạo. Xuất xứ của rừng tự nhiên là từ chồi hoặc hạt, còn xuất xứ của rừng nhân tạo (rừng trong) chủ yếu là từ hạt. Tổ thành rừng là tỉ trọng của một loài cây hay nhóm loài chiếm trong lâm phần đó và được tính theo phần trăm (%). Tuổi rừng là tuổi của lâm phần, đó là tuổi bình quân của nhóm loài cây chiếm ưu thế trong lâm phần đó.
Mật độ của rừng là tổng số cây trên một đơn vị diện tích. Tầng thứ của rừng chỉ mức độ cao thấp của các tập hợp cây tạo nên lâm phần Độ tán che là tỉ số diện tích tán rừng chiếu xuống đất rừng và được tính theo %. Độ che phủ là tỉ số giữa diện tích đất có rừng trên diện tích đất tự nhiên và được tính theo %. 10 Chiều cao bình quân là chỉ tiêu, biểu thị kích thước chiều cao cây tạo nên lâm phần.
Đường kính bình quân là chỉ tiêu, biểu thị mức độ to nhỏ kích thước cây tạo nên lâm phần. Tổng tiết diện ngang là tổng diện tích các tiết diện ngang ở vị trí độ cao l,3m của tất cả các cây rừng có đường kính 6cm trở lên trên một đơn vị diện tích (thường là 1 ha). Đơn vị tính là m2/ha. Độ dầy cùa rừng là tỉ số giữa tổng tiết diện ngang của một ha trên tổng tiết diện ngang của một ha lâm phần chuẩn.
Tăng trưởng là số lượng mà nhân tố điều tra biến đổi được trong một đơn vị thời gian như: Chiều cao cây, đường kính, trữ lượng. Cấp đất là chỉ tiêu đánh giá điều kiện lập địa và sức sản xuất của lâm phần thuộc một loài cây nào đó. Diện tích: các đặc trưng trên đều phải được xác định trên một đơn vị diện tích nhất định để làm cơ sở xác định trữ lượng của rừng [1]. Biến động là mức độ biến động tài nguyên rừng trong đó có biến động về số lượng và chất lượng.
Sự biến động của rừng luôn diễn ra dưới tác động của tự nhiên và con người theo thời gian. Phân loại rừng - Trong ngành lâm nghiệp, có rất nhiều cách phân loại rừng như: Phân loại trên quan điểm sinh thái học. Phân loại theo chức năng sử dụng: rừng đặc dụng, rừng phòng hộ và rừng sản xuất. Phân loại theo trữ lượng: rừng giàu, rừng trung bình, rừng nghèo, rừng kiệt.
Phân loại theo mức độ tác động của con người: rừng tự nhiên, rừng nhân tạo. 11 Phân loại theo cấu trúc hình thái: rừng gỗ lá rộng thường xanh, rừng gỗ lá rộng rụng lá, rừng gỗ lá rộng nửa rụng lá, rừng gỗ lá kim, rừng tre nứa, rừng ngập mặn. Phân loại theo độ che phủ tán: rừng rậm (có độ che phủ tán >70%), rừng rậm trung bình (có dộ che phủ tán từ 50 -70%), rừng thưa (có độ che phủ tán từ 20 - 50%). Trong kỹ thuật viễn thám việc phân loại các đối tượng rừng theo trữ lượng gỗ là một việc làm rất khó, mặc dù có tài liệu điều tra bổ sung mặt đất đầy đủ và chi tiết thì kết quả đạt được cũng chưa cao.
Việc phân loại theo mục đích sử dụng bằng phương pháp viễn thám càng khó khăn hơn. Đối với tư liệu viễn thám, kết quả thu nhận các đối tượng là năng lượng phản xạ phổ khác nhau của các đối tượng hay còn gọi là giá trị cấp độ xám. Mặt khác các cấp độ xám khác nhau trên ảnh chủ yếu phụ thuộc vào độ dầy tán rừng. Do đó với kỹ thuật viễn thám, phương pháp phân loại hiệu quả nhất mà có thể sử dụng được là phân loại theo mức độ tác động, phân loại theo cấu trúc hình thái và phân loại theo độ che phủ tán [2].
Khái niệm về biến động lớp phủ rừng 1. Khái niệm chung về biến động - Cụm từ biến động được hiểu là biến đổi, thay đổi, thay thế trạng thái này bằng một trạng thái khác liên tục của sự vật, hiện tượng tồn tại trong môi trường tự nhiên cũng như môi trường xã hội. Biến động về diện tích đối tượng - biến động về số lượng - Giả sử cùng đối tượng A ở thời điểm T1 có diện tích S1, ở thời điểm T2 có diện tích S2 (đối tượng A thu nhận được từ hai ảnh vệ tinh có thời điểm chụp khác nhau). Như vậy ta nói rằng A bị biến đổi diện tích ở thời điểm T1 so với T2 (sự biến đổi này có thể bằng nhau, lớn hơn hay nhỏ hơn) nếu ta dùng kỹ thuật để chồng xếp hai lớp thông tin này thi phần diện tích của phần trùng nhau sỗ được gán giá trị cũ của đối tượng A, còn các giá trị khác sẽ là giá trị của phần biến động.
Giá trị biến động này là bao nhiêu tăng hay giảm phụ thuộc vào thuật toán được sử dụng[3]. Biến động về bản chất đối tượng - Trên hai ảnh viễn thám chụp cùng một khu vực ở hai thời điểm khác nhau, diện tích A ở thời diêm T1 có giá trị M1, ở thời diêm T2 có giá trị M2 (M1, M2 là giá trị phổ), ta sử dụng thuật toán chồng ghép hai lớp thông tin tại hai thời điểm T1,T2 sẽ xuất hiện giá trị M khác M1, M2. Giả sử diện tích A không đổi ta nói rằng có sự thay đổi về chất của A, trên thực tế đây là sự thay đổi loại hình sử dụng đất. Viễn thám và GIS trong đánh giá biến động lớp phủ rừng 1.
Viễn thám trong nghiên cứu lớp phủ rừng 1. Khái quát về Viễn Thám - "Viễn thám được xác định là một phương pháp nghiên cứu các đối tượng, hiện tượng bằng các thiết bị, đặt cách đối tượng một khoảng cách nào đó, không đòi hỏi tiếp xúc trực tiếp với đối tượng". - Viễn thám được định nghĩa là sự thu thập và phân tích thông tin về đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp đến vật thể. Công nghệ viễn thám phát triển dựa trên những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật cũng như công nghệ vũ trụ, công nghệ tin học.
Với mục tiêu cung cấp thông tin nhanh nhất và khách quan nhất [4]. Minh họa lấy ảnh dữ liệu từ vệ tinh 13 - Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ khoa học kỹ thuật, công nghệ viễn thám phát triển mạnh bỡi những cải tiến về vệ tinh chụp ảnh, thiết bị chụp ảnh và các phương pháp chụp.2 Đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất - Tất cả các vật thể đều phản xạ, hấp thụ, phân tách và bức xạ sóng điện từ bằng các cách thức khác nhau và các đặc trưng này thường dược gọi là đặc trưng phổ. Đặc trưng phổ sẽ được phân tích theo nhiều cách khác nhau để nhận dạng ra đối tượng trên bề mặt đất, nó sẽ cho phép giải thích được mối quan hệ giữa đặc trưng phổ và sắc, tông màu trên ảnh tổ hợp màu để giải đoán đối tượng. Nguyên tắc cơ bản để phân biệt các đối tượng trên mặt đất trong ảnh vệ tinh là dựa vào sự khác biệt về đặc tính phản xạ của chúng trên các kênh phổ.2 dưới đây thể hiện đặc tính phản xạ của các thành phần đất, nước và thực vật trên ảnh vệ tinh.
Phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên mặt đất Thông qua đặc điểm về đường cong phản xạ phổ của các đối tượng người ta thiết kế các thiết bị thu nhận sao cho tại khoảng bước sóng đó các đối tượng có độ phản xạ phổ là để phân biệt nhất và ở những khoảng nằm trong bước sóng này sự hấp thụ của khí quyển là nhỏ nhất. Dải phổ sử dụng trong viễn thám bắt đầu từ vùng cực tím (0,3µm - 0,4µm), vùng ánh sáng nhìn thấy (0,4µm - 0,7µm), đến vùng gần sóng ngắn và hồng ngoại 14 nhiệt. Trong tất cả tài liệu cơ sở về viễn thám, theo bước sóng sử dụng, công nghệ viễn thám có thể chia làm ba nhóm chính: + Viễn thám trong dải sóng nhìn thấy và hồng ngoại + Viễn thám hồng ngoại nhiệt + Viễn thám siêu cao tần Các loại sóng điện từ được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Ví dụ như: Tia Gamma & X: Y tế và hạt nhân Tia tím: Thiên văn, nghiên cứu Ozone Vùng nhìn thấy: Cho các phân tích bằng mắt Hồng ngoại: Phân biệt thảm thực vật Nhiệt: Lửa cháy, nhiệt độ mặt nước Sóng ngắn: Mặt đất, mặt nước Radio: Radio, truyền thanh - Do các thông tin viễn thám có liên quan trực tiếp đến năng lượng phản xạ từ các đối tượng, nên việc nghiên cứu các tính chất quang học (chủ yếu là đặc trưng phản xạ phổ) của các đối tượng tự nhiên đóng vai trò hết sức quan trọng đối với việc ứng dụng có hiệu qủa phương pháp viễn thám.
Phần lớn các phương pháp ứng dụng viễn thám được sử dụng hiện nay đều có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp với việc nghiên cứu các đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng hay nhóm đối tượng nghiên cứu. Các thiết bị ghi nhận, các loại phim chuyên dụng với độ nhạy cảm phổ phù hợp đã được chế tạo dựa trên kết quả nghiên cứu về quy luật phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên. - Trong lĩnh vực viễn thám, kết qủa của việc giải đoán các thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết mối tương quan giữa đặc trưng phản xạ phổ, bản chất và trạng thái các đối tượng tự nhiên. Những thông tin về đặc trưng phản xạ phổ sẽ cho phép các nhà chuyên môn chọn các kênh ảnh tối ưu chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng được nghiên cứu, đồng thời đó cũng là cơ sở dữ liệu viễn thám để 15 phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng địa lý, tiến tới phân loại các đối tượng đó.
- Đặc tính phản xạ phổ của lớp phủ thực vật + Lớp phủ thực vật là đối tượng được quan tâm nhiều bỡi chiếm đa số diện tích bề mặt tự nhiên. Khả năng phản xạ phổ của thực vật xanh là dấu hiệu đặc trưng thay đổi theo bước sóng.