Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Trên thế giới 1. Nghiên cứu phân loại rừng trên thế giới Trong Lâm nghiệp khoảng 35 năm trở lại đây, ảnh vệ tinh với phương pháp xử lý số đã được sử dụng rộng rãi và dần thay thế ảnh hàng không trong xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng phục vụ công tác điều tra và kiểm kê rừng (Lambin, 2001)[2]. Ảnh vệ tinh có ưu điểm cho phép xây dựng các bản đồ tài nguyên rừng với quy mô và tỷ lệ khác nhau một cách nhanh chóng, hoặc đánh giá được biến động của hiện trạng rừng ở hiện tại so sánh với các thời điếm trong quá khứ.
Vì vậy, các nhà nghiên cứu sử dụng ảnh vệ tinh để khoanh vẽ lớp phủ thực vật trên bề mặt trái đất từ quy mô nhỏ đến toàn cầu (Yichun et al. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều vệ tinh cung cấp ảnh có độ phân giải không gian, bước sóng, số lượng kênh phổ và chu kỳ bay chụp khác nhau, từ các ảnh đa phổ (MS - multispectral sensors) tới ảnh siêu phổ (Hyperspectral), bước sóng biến động từ nhìn thấy tới sóng siêu cao tần, độ phân giải không gian từ <1m tới vài km, chu kỳ bay chụp có thể từ 30 phút tới tuần hoặc tháng, Navulur (2006). Mỗi loại ảnh vệ tinh khác nhau lại có đặc điểm về độ phân giải không gian, bước sóng, chu kỳ bay chụp, giá thành khác nhau. Vì vậy, cần có sự lựa chọn loại ảnh cho phù hợp với yêu cầu và mức độ công việc đặt ra.
Trong nghiên cứu về lớp phủ thực vật và sự biến động của nó bằng ứng dụng ảnh vệ tinh có độ phân giải cao đang được áp dụng rộng rãi và ảnh vệ tinh thường hay sử dụng là SPOT. [2] Năm 2005, Haertel, V và Shimabukuro, Y. E khẳng định cấu trúc ảnh (Texture) là đặc điểm rất quan trọng để phân loại các đối tượng trên ảnh vệ tinh sau khi các tác giả ghiên cứu phân loại lớp phủ thực vật trên ảnh Landsat. [27] LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
(2013) đã phát triển một kỹ thuật phân loại kết hợp giữa hai phương pháp phân loại truyền thống là phân loại cứng (hard classification Method - HCM) với và phân loại mềm (soft classification Model - SCM) gọi là mô hình phân loại “cứng và mềm” (hard and soft classification Model - HSCM) dựa trên sự tính toán các ngưỡng thích hợp. Các tác giả đã thử nghiệm phương pháp mới trong ứng dụng thành lập bản đồ sử dụng đất. Theo kết quả của ma trận nhầm lẫn, độ chính xác tổng thể của HCM, SCM, và HSCM lần lượt là 71,06 % , 67,86 % và 71,10 %. Và hệ số Kappa tương ứng lần lượt là 60,03 %, 56,12 % và 60,07 %.
Do đó, HSCM là tốt hơn so với HCM và SCM. Kết quả thực nghiệm đã chứng minh rằng phương pháp mới rõ ràng là có thể cải thiện độ che phủ đất và độ chính xác phân loại sử dụng đất. Nghiên cứu biến động rừng trên thế giới Nghiên cứu của Bektas (2005) đã kết hợp công nghệ viễn thám (RS – Remote Sensing) với công nghệ thông tin địa lý (GIS – Geographic Information System) để phân tích sự thay đổi của lớp phủ thực vật ở Bozcaada Island, Turkey. Tác giả đã phân loại thảm thực vật dựa vào ảnh vệ tinh Landsat và phân tích biến động bằng các công cụ GIS.
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp tư liệu viễn thám với hệ thống thông tin địa lý mang lại hiệu quả cao và là công cụ mạnh để giám sát thay đổi lớp phủ thực vật và giám sát tác động môi trường của chúng [17]. Bartsch et al. (2009) sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh ENVISAT ASAR để giám sát đất ngập nước toàn cầu trong một nghiên cứu về đất ngập nước. Nghiên cứu này đã chỉ ra ứng dụng của hệ thống ảnh vệ tinh Radar là giám sát tình trạng ngập nước theo thời gian cũng như hàng loạt các phân tích về tính ẩm ướt của bề mặt [16].
Bodart et al. (2013) sử dụng tư liệu ảnh Landsat để theo đánh giá biến LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 động rừng trong giai đoạn từ 1990 đến 2000 ở châu Phi (African). Tác giả đã tiến hành nghiên cứu ở khu rừng khô và vùng đất có cây gỗ rải rác giữa các khu rừng ẩm và rừng bán khô hạn thuộc khu sinh thái ở Sudanian và Zambezian. Các tác giả sử dụng 1600 mẫu ảnh Landsat, mỗi mẫu có kích thước 20 x 20 km, tại hai thời điểm: 1990 và 2000.
Tại các vị trí lấy mẫu, các đối tượng như rừng kín, rừng thưa, vùng đất có cây gỗ rải rác và các dạng thực vật khác được xác định bằng cách phân tích ảnh vệ tinh trong đó bao gồm phân đoạn ảnh (segmentation) và các bước phân loại tự động (automatic classification) mà các tác giả sử dụng theo điều chỉnh của liên hiệp lâm nghiệp quốc gia. Kết quả nghiên cứu cho thấy, từ năm 1990 đến năm 2000 đã có 3,3 triệu hecta rừng kín, 5,8 triệu hecta rừng thưa và 8,9 triệu hecta đất cây gỗ rải rác đã bị mất đi, trong đó có đến 3,3 triệu hecta bị suy thoái từ rừng kín chuyển thành rừng thưa. Kết quả này thấp hơn đáng kể so với 34 triệu hecta rừng bị mất đi theo báo cáo đánh giá tài nguyên rừng toàn cầu năm 2010 của tổ chức nông lương của Liên hợp quốc (FAO - Food and Agriculture Organization) [18]. Năm 2012, Carlson và các đồng nghiệp của ông đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat để đánh giá sự thay đổi lớp phủ thực vật ở West Kalimantan, Indonesian Borneo.
Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ mất rừng trung bình 2,9% mỗi năm từ 1989 đến 2008, đặc biệt có những năm đạt kỷ lục về tỷ lệ mất rừng trung bình 9%/năm trong giai đoạn 1997-1998. Nguyên nhân của sự mất rừng chủ yếu do cháy rừng, nguyên nhân này chiếm 98% [19]. Năm 2013, nghiên cứu về thay đổi sử dụng đất và sạt lở đất nhằm giảm nhẹ thiên tai dựa vào cộng đồng của Chen C. ở trường đại học quốc gia Chiayi, Đài Loan đã sử dụng tư liệu ảnh SPOT-5 độ phân giải 2,5 m để đánh giá thay đổi lớp phủ thực vật ở Typhoon Morakot trong giai đoạn 1999 – 2009.
Kết hợp giữa ảnh viễn thám với công nghệ GIS cùng với số liệu điều tra thực địa để phân tích đặc điểm xạt lở đất với các loại hình sử dụng đất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 khác nhau. Có đến 243 điểm sạt lở đất trong khu vực nghiên cứu với diện tích 2,75km2. Diện tích này nằm trong khu vực có nền địa chất kết cấu yếu đặc trưng của sa thạch và phiến thạch sét. Sạt lở đất chủ yếu xảy ra ở các vị trí có địa hình dốc cao có rừng tự nhiên và các khu vực trồng tre luồng, trà và cau.
Ở khu vực rừng tự nhiên lại có tỷ lệ sạt lở đất cao nhất, tiếp đó là khu vực trồng tre luồng, cau và trà. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, sự thay đổi sử dụng đất có ảnh hưởng đến cường độ và diện tích sạt lở đất và với những vùng bị thay đổi sử dụng đất có tỷ lệ sạt lở cao hơn so với vùng không có sự thay đổi sử dụng đất [20]. (2013) sử dụng ảnh vệ tinh Landsat-5 và Landsat-7 để phân loại và đánh giá thay đổi thảm thực vật ở khu vực Saemangeum, Hàn Quốc. Một phương pháp phát hiện sự thay đổi được sử dụng để xác định tác động của chương trình khai hoang.
Trong khi đất ngập nước, đồng cỏ và khu đô thị tăng lên thì rừng, nước và diện tích đất nông nghiệp giảm đi trong suốt quá trình khai hoang [21]. và cộng sự (2009) thuộc trường đại học quốc gia Đài Loan đã nghiên cứu sự thay đổi lớp phủ thực vật dựa vào ảnh SPOT HRV bằng cách dựa vào chỉ số NDVI. Chỉ số này được tính toán dựa vào kênh cận hồng ngoại (Near InR) của ảnh đa phổ (MS) của ảnh SPOT-5 [22]. (2012) sử dụng ảnh vệ tinh Landsat ETM+ đê phát hiện hiện trạng và sự thay đổi sử dụng đất ở lưu vực sông Karinca, miền tây – bắc Thổ Nhĩ Kỳ.
Sự thay đổi trong sử dụng đất trong lưu vực này là kết quả của sự phát triển các hoạt động du lịch ở Thổ Nhĩ Kỳ trong những năm 1970. Các tác giả đã sử dụng kỹ thuật chồng xếp dữ liệu bản đồ sử dụng đất ở 2 thời điểm để tìm ra sự thay đổi với sự hỗ trợ đắc lực của phần mềm ArcGIS 9. Kết quả nghiên cứu cho thấy, thời điểm năm 1979, ở khu vực nghiên cứu có 43,4% là rừng, 26,5% là đồng cỏ, 18,3% rừng ô-lưu, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 10,6% là đất nông nghiệp và 1,2% là các công trình xây dựng. So sánh kết quả này với dữ liệu năm 2007 cho thấy sự thay đổi rõ ràng giữa các khu dân cư, rừng ô-lưu và rừng.
Có thể thấy rằng đất nông nghiệp, đặc biệt là dọc hai bên bờ sông, đã được chuyển thành các khu nghỉ mát, còn rừng ô-lưu chuyển từ vị trí thấp lên vị trí cao hơn [25]. (2010) đã sử dụng ảnh vệ tinh độ phân giải cao để đánh giá sự phân tán của rừng và cấu trúc các quần xã thực vật ở rừng mưa nhiệt đới thuộc miền tây nam tỉnh Gats, Ấn Độ từ năm 1973 đến 2004. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra sự thay đổi mạnh mẽ độ che phủ rừng ở khu vực này. Cụ thể là trong khu vực nghiên cứu năm 1973 có tỷ lệ che phủ của rừng thường xanh là 90%, nhưng đến năm 2004 con số này đã giảm xuống chỉ còn 67% [26].
(2013) kết công nghệ viễn thám với GIS để phân tích biến động lớp phủ ở tỉnh Duzce, Thổ Nhĩ Kỳ. Các tác giả đã sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM để xác định lớp phủ thực vật ở 2 thời điểm: 1987 và 2010. Công việc xử lý, phân tích ảnh được thực hiện trên phần mềm Erdas Imagine 10.0 và phần mềm ArcGIS 10. Các đối tượng phân loại được bao gồm (1) khu đô thị, (2) khu công nghiệp, thương mại, (3) đất nông nghiệp, (4) rừng và (5) đất ngập nước nội địa.
Kết quả phân tích ảnh được kiêm chứng bằng các cuộc điều tra thực địa. Theo kết quả nghiên cứu cho thấy diện tích rừng tự nhiên bị giảm 33,5% diện tích (năm 1987 có 24.840,7 ha, giảm xuống còn 16,529.0 ha vào năm 2010) và đất nông nghiệp tăng 11,2% (năm 1987 có 47.702,7 ha, tăng lên 53. Như vậy diện tích rừng tự nhiên bị giảm mạnh trong giai đoạn 1987-2010 bởi tốc độ đô thị hóa nhanh và các hoạt động nông nghiệp [29].