I. Tổng Quan Nghiên Cứu Viễn Thám GIS Tây Nguyên
Kỹ thuật viễn thám trong theo dõi lớp phủ đã được nghiên cứu rộng rãi từ những năm 80. Sự phát triển của các hệ thống vệ tinh quan sát Trái đất cho phép kết hợp nhiều loại ảnh vệ tinh để đánh giá tác động của nhiệt độ bề mặt và độ ẩm không khí thông qua chỉ số thực vật. Các tư liệu viễn thám quang học được sử dụng để quan trắc bề mặt và lớp phủ thực vật, nhưng mỗi loại có ưu điểm riêng. Ảnh vệ tinh MODIS, cung cấp thông tin tin cậy về biến động lớp phủ, đặc biệt là trên quy mô lớn, thông qua chỉ số thực vật (NDVI). Với độ phân giải không gian và phổ tốt, MODIS cho phép đánh giá và phân tích chính xác hơn. Nghiên cứu tập trung khai thác các tính năng của MODIS trong đánh giá, phân tích nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng).
1.1. Ứng Dụng Ảnh MODIS trong Giám Sát Lớp Phủ
Cơ sở khoa học và phương pháp luận nghiên cứu sử dụng ảnh MODIS trong theo dõi diễn biến lớp phủ thực vật dựa trên khả năng phổ và phân giải thời gian của ảnh. MODIS có đầy đủ các kênh quan trọng trong quan sát thực vật, độ ẩm không khí và các tham số môi trường. Tần suất quan sát lớn (với hai vệ tinh Terra và Aqua) cung cấp ít nhất 2 ảnh/ngày. Các sản phẩm của MODIS đã được chuẩn hóa bởi NASA, cung cấp cơ sở khoa học và phương pháp luận quan sát lớp phủ thực vật từ ảnh MODIS hàng ngày, hàng tháng. Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc giám sát và quản lý tài nguyên rừng.
1.2. Nghiên Cứu Về Chỉ Số Thực Vật và Nhiệt Độ Bề Mặt
Các nghiên cứu của Sakamoto (2005, 2006) và Kotera (2007) ở Nhật Bản sử dụng chỉ số thực vật tăng cường EVI và chỉ số nước bề mặt LSWI. Sakamoto đã sử dụng phép lọc WFCP để làm trơn xu thế biến thiên theo thời gian của các chỉ số này, giúp phân tích và nhận diện sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Nghiên cứu của Lambin và Ehrlich (1996) giải thích không gian chỉ số thực vật và nhiệt độ bề mặt đất theo khái niệm của sự bay hơi, sự thoát hơi nước và hợp phần lớp phủ thực vật. Các thay đổi trong nhiệt độ bề mặt tương quan cao với các thay đổi hàm lượng nước bề mặt trên đất trống.
II. Thách Thức Tác Động Nhiệt Độ Độ Ẩm Đến Rừng
Rừng Tây Nguyên là tài nguyên quan trọng, nhưng cũng là một trong những tài nguyên bị đe dọa nhiều nhất. Áp lực phá rừng lấy đất trồng cây công nghiệp và các nỗ lực phát triển rừng đã đem lại thay đổi đáng kể về diện tích và chất lượng rừng. Tuy vậy, các đơn vị quản lý rừng chưa có công cụ hữu hiệu hỗ trợ cho công tác quản lý, giám sát chất lượng rừng, đặc biệt là ở các khu vực trọng điểm như rừng đầu nguồn. Với đặc thù về địa hình, khí hậu và sử dụng đất, rừng Tây Nguyên có vai trò cực kỳ quan trọng đối với môi trường và phát triển kinh tế xã hội.
2.1. Vai Trò Quan Trọng Của Rừng Tây Nguyên
Rừng góp phần quan trọng trong việc điều hòa khí hậu, đảm bảo cân bằng sinh thái, làm giảm nhẹ sức tàn phá của thiên tai; ngăn chặn xói mòn đất, bảo vệ mực nước ngầm và là nơi lưu giữ các nguồn gen động thực vật quý hiếm. Bên cạnh đó, rừng là nguồn cung cấp gỗ phục vụ cho nhu cầu đời sống và sản xuất; cung cấp các mặt hàng lâm sản có giá trị xuất khẩu, dược liệu quý có tác dụng chữa bệnh, nâng cao sức khỏe cho con người.
2.2. Yêu Cầu Giám Sát và Quản Lý Rừng Hiệu Quả
Rừng Tây Nguyên đang đối mặt với những thách thức lớn, đòi hỏi phải có nỗ lực giám sát và quản lý thường xuyên. Trong điều kiện hiện nay, sử dụng các lực lượng hiện có chưa thể đáp ứng các yêu cầu này. Do đó, một hệ thống có khả năng cung cấp kịp thời, liên tục các thông tin giám sát và quản lý rừng là hết sức cần thiết.
2.3. Ưu Thế của Viễn Thám và GIS trong Quản Lý Rừng
Sự phát triển của công nghệ vệ tinh quan sát Trái đất cho thấy ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý trong công tác giám sát rừng có nhiều ưu thế với điều kiện đặc thù của Tây Nguyên. Vệ tinh TERRA và AQUA, trang bị các phổ kế tạo ảnh độ phân giải trung bình - MODIS, mở ra triển vọng mới cho các nghiên cứu mang tính toàn cầu và khu vực. Việc xác định nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và chỉ số thực vật (NDVI) có thể được thực hiện với độ chính xác cao hơn nhiều lần so với các hệ thống trước đây.
III. Phương Pháp Ứng Dụng MODIS Đánh Giá Lớp Phủ
Ảnh vệ tinh đa phổ, đa độ phân giải, có độ phủ trùm lớn và chu kỳ lặp lại theo thời gian giúp thu thập thông tin nhanh chóng, đồng bộ, khách quan. Điều này rất phù hợp cho công tác giám sát các yếu tố ảnh hưởng lớn đến rừng ở Tây Nguyên như nhiệt độ và độ ẩm. Ảnh MODIS với 36 kênh phổ được thiết kế đặc biệt, đòi hỏi cách tiếp cận mang tính đa thời gian. Các phương pháp đánh giá độ ẩm và nhiệt độ bề mặt từ dữ liệu MODIS thường dựa vào các mô hình lý thuyết và thực nghiệm khác nhau. Đây là một trong những kỹ thuật còn khá xa lạ đối với người sử dụng ở Việt Nam.
3.1. Khai Thác Thông Tin Từ Ảnh MODIS Đa Thời Gian
Việc khai thác thông tin từ ảnh MODIS đòi hỏi cách tiếp cận mang tính đa thời gian. Với cách tiếp cận này, các phương pháp đánh giá độ ẩm và nhiệt độ bề mặt từ dữ liệu MODIS thường dựa vào các mô hình lý thuyết và thực nghiệm khác nhau. Điều này giúp tăng độ chính xác và tin cậy của kết quả phân tích.
3.2. Mô Hình TVDI Temperature Vegetation Dryness Index
Để lượng hóa quan hệ giữa chỉ số thực vật chuẩn và nhiệt độ bề mặt Ts, nhà nghiên cứu Sandholt (2002) đã đề nghị sử dụng chỉ số khô hạn nhiệt độ - thực vật (TVDI) được xác định theo công thức: TVDI = (Ts - Tsmin) / (a + b * NDVI - Tsmin). Ở đây, Tsmin là nhiệt độ bề mặt cực tiểu trong tam giác xác định rìa ướt, Ts là nhiệt độ quan sát tại pixel ảnh cần tính, NDVI là chỉ số thực vật chuẩn, Tsmax là nhiệt độ bề mặt cực đại quan sát được cho mỗi khoảng giá trị của NDVI. Điểm mấu chốt để tính TVDI là xác định được đường rìa khô đối với ảnh đang nghiên cứu, và đường rìa khô được mô hình hóa như một xấp xỉ tuyến tính (Ts max = a+b*NDVI).
IV. Ứng Dụng Đánh Giá Tác Động Nhiệt Độ Độ Ẩm 2012
Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS để đánh giá tác động của nhiệt độ, độ ẩm đến lớp phủ thực vật thông qua chỉ số thực vật (NDVI) tại khu vực Tây Nguyên. Mục tiêu là xây dựng phương pháp phát hiện vùng rừng trồng và rừng tự nhiên với ngưỡng của NDVI bằng các tư liệu viễn thám, đồng thời xây dựng mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng) trong năm 2012.
4.1. Phạm Vi Nghiên Cứu và Thời Gian Thực Hiện
Phạm vi không gian nghiên cứu là khu vực Tây Nguyên (Gia Lai, Kom Tum, Đắk Lắk, Đắk Nông, Lâm Đồng). Phạm vi thời gian tập trung vào phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thực vật (rừng) của khu vực trong năm 2012.
4.2. Phương Pháp Tiếp Cận và Nghiên Cứu
Phương pháp tiếp cận sử dụng là tiếp cận hệ thống, coi lớp phủ thực vật (rừng) là một chỉnh thể tự nhiên chịu ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên. Tiếp cận không gian cho phép tích hợp các dữ liệu viễn thám và GIS trong phân tích và mô hình hoá sự thay đổi lớp phủ thực vật (rừng) với độ ẩm không khí và nhiệt độ bề mặt. Các phương pháp nghiên cứu bao gồm viễn thám, bản đồ, thống kê, mô hình hoá, kiểm chứng thực địa, phân tích không gian sử dụng GIS và phương pháp chuyên gia.
V. Kết Quả Xây Dựng Tương Quan Nhiệt Ẩm NDVI Tây Nguyên
Nghiên cứu này kỳ vọng góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng dụng phương pháp viễn thám vào việc phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thực vật (rừng). Đồng thời, nó cũng hy vọng đóng góp vào việc xây dựng phương pháp mới vào quy trình truyền thống trong công tác phân tích đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng). Kết quả này hứa hẹn sẽ hữu ích cho việc quản lý và bảo tồn rừng ở khu vực Tây Nguyên.
5.1. Ý Nghĩa Khoa Học và Thực Tiễn
Về mặt khoa học, nghiên cứu này góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng dụng phương pháp viễn thám vào việc phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ, độ ẩm và lớp phủ thực vật (rừng). Về mặt thực tiễn, nó góp phần xây dựng phương pháp mới vào quy trình truyền thống trong công tác phân tích đánh giá mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật (rừng).
5.2. Triển Vọng Ứng Dụng trong Quản Lý Rừng
Kết quả của nghiên cứu này có thể được ứng dụng trong việc giám sát và đánh giá chất lượng rừng, xác định các khu vực rừng bị suy thoái và đề xuất các biện pháp quản lý phù hợp. Ngoài ra, nó cũng có thể được sử dụng để dự báo tác động của biến đổi khí hậu đến lớp phủ thực vật ở Tây Nguyên.
VI. Kết Luận Tối Ưu Quản Lý Rừng Bằng Viễn Thám GIS
Ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS trong nghiên cứu đánh giá tác động của nhiệt độ và độ ẩm đến lớp phủ thực vật tại Tây Nguyên mở ra nhiều tiềm năng. Thông qua việc phân tích dữ liệu MODIS và xây dựng các mô hình tương quan, có thể cung cấp thông tin chính xác và kịp thời cho công tác quản lý và bảo tồn rừng. Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào kiến thức khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong việc ứng phó với biến đổi khí hậu và bảo vệ tài nguyên rừng quý giá của Tây Nguyên.
6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Quan Trọng
Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng phương pháp phát hiện vùng rừng trồng và rừng tự nhiên bằng các tư liệu viễn thám, đồng thời xác định mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt, độ ẩm không khí và lớp phủ thực vật. Các phương trình hồi quy thể hiện mối tương quan giữa chỉ số thực vật (NDVI) với nhiệt độ bề mặt và độ ẩm không khí đã được xây dựng.
6.2. Đề Xuất Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo
Trong tương lai, có thể mở rộng phạm vi nghiên cứu bằng cách sử dụng dữ liệu từ nhiều năm khác nhau để đánh giá sự thay đổi của lớp phủ thực vật theo thời gian. Đồng thời, cần nghiên cứu sâu hơn về tác động của các yếu tố khác như lượng mưa và địa hình đến sự phát triển của rừng.
