PHẦN MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, biến đổi khí hậu đang làm thay đổi mọi nơi trên Trái Đất, đặt biệt là sự nóng lên toàn cầu. Mối quan ngại này đã đƣợc đặt lên bàn nghị sự của mỗi quốc gia, đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm, ra sức nghiên cứu. Trong đó nhiệt độ bề mặt đất là một thông số quan trọng trong việc nghiên cứu hiện trạng môi trƣờng.
Thành phố Tam Kỳ là trung tâm hành chính của tỉnh Quảng Nam. Với nhiều tiềm năng và lợi thế về nguồn lực tài nguyên và con ngƣời để phát triển kinh tế, Với quá trình toàn cầu hóa diễn ra mạnh mẽ thì thành phố Tam Kỳ không là ngoại lệ khi phải đối mặt các tác động về tăng dân số, công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng. Nguyên nhân này đã làm cho nhiệt độ bề mặt của địa bàn thành phố ngày một tăng lên. Cùng với sự phát triển của công nghệ viễn thám, việc sử dụng ảnh vệ tinh ngày càng đa dạng, cũng có nhiều thông tin mà trƣớc kia không thể có và đƣợc xem là công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý tài nguyên thiên nhiên, đánh giá biến động, trính xuất các dữ liệu trên ảnh vệ tinh nhanh chóng và chính xác khiến viễn thám ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Với khả năng cung cấp thông tin đa thời gian, nhanh chóng, chính xác của ảnh vệ tinh cùng với công cụ xử lý năng động nên tôi đã lựa chọn viễn thám để phân tích sự biến đổi bề mặt nhiệt độ thành phố Tam Kỳ. Vì vậy việc nghiên cứu đề tài “Ứng dụng viễn thám và GIS phân tích tương quan giữa nhiệt độ bề mặt đệm với hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ - Tỉnh Quảng Nam” là việc làm thiết thực và cấp bách. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI 2. Mục tiêu của đề tài Nghiên cứu, đánh giá mối tƣơng quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất bằng công nghệ viễn thám và GIS ở thành phố Tam Kỳ, phục vụ quy hoạch đô thị trong thời gian đến.
Nhiệm vụ của đề tài - Khái quát những cơ sở lý luận liên quan đến đề tài. - Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên và kinh tế xã hội của thành phố Tam Kỳ. - Tìm hiểu về công nghệ GIS và viễn thám. - Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt và bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Tam Kỳ.
1 - Đánh giá tƣơng quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ. - Đề xuất các giải pháp hạn chế và thích ứng. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3. Đối tƣợng nghiên cứu Nghiên cứu những vấn đề về lý luận và thực tiễn về mối tƣơng quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ.
Đối tƣợng nghiên cứu cụ thể của đề tài là nhiệt độ không khí và toàn bộ diện tích đất liền (trừ đất sông suối, mặt nƣớc) trên địa bàn thành phố. Phạm vi nghiên cứu - Về không gian: Đề tài nghiên cứu mối tƣơng quan giữa nhiệt độ và lớp phủ bề mặt trên toàn bộ diện tích đất liền thành phố Tam Kỳ. - Về thời gian: Do đặc tính của đề tài và nguồn cơ sở dữ liệu, khóa luận chỉ nghiên cứu mối tƣơng quan giữa nhiệt độ và lớp phủ bề mặt tại một thời điểm trong năm 2015. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Tam Kỳ.
- Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ năm 2015. - Thành lập bản đồ nhiệt độ thành phố Tam Kỳ tại một thời điểm năm 2015. - Đánh giá mối tƣơng quan giữa nhiệt độ và lớp phủ bề mặt của thành phố Tam Kỳ. - Đề xuất một số giải pháp thích ứng.
LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Vấn đề tƣơng quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất đã có nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới, có thể đề cập đến các nghiên cứu sau: Javed Mallick, Yogesh Kant và B.Bharath (2008) đã sử dụng ảnh Landsat ETM+ để ƣớc tính nhiệt độ bề mặt đất của thành phố Delhi. Kết quả cho thấy sự thay đổi nhiệt độ bề mặt (LST) liên quan chặt chẽ đến các loại che phủ đất khác nhau. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt có thể ƣớc tính đƣợc nếu tính đƣợc giá trị NDVI. Tƣơng quan mạnh mẽ giữa nhiệt độ bề mặt với NDVI đƣợc quan sát thấy trên thảm thực vật dày đặc, thảm thực vật thƣa thớt và đất trồng trọt nông nghiệp.
Các tác giả Enric Valor và Vicente Caselles (1996) nghiên cứu phát xạ bề mặt từ chỉ số NDVI: Ứng dụng cho châu Âu, châu Phi và khu vực Nam Mỹ. Kết quả cho thấy giữa giá trị phát xạ và chỉ số NDVI có quan hệ rất mật thiết với nhau và đã đề xuất mô 2 hình lý thuyết để tính giá trị phát xạ. Việc tính toán này dựa trên những bề mặt đệm có tính chất đồng nhất. Vấn đề nghiên cứu tƣơng quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất ở Việt Nam cũng đã có vài nghiên cứu điển hình trong lĩnh vực này ở nƣớc ta, có thể kể đến nhƣ: - Trần Thị Ân, Nguyễn Thị Diệu và Trƣơng Phƣớc Minh (2011) đã sử dụng ảnh Landsat ETM+ để thành lập nhiệt độ bề mặt TP Đà Nẵng.
Giá trị phát xạ đƣợc sử dụng trong đề tài là giá trị chung của toàn bộ mặt đệm [1]. - Lê Văn Trung và Nguyễn Thanh Minh (2004) đã sử dụng hai thuật toán: thuật toán kênh tham chiếu (Reference Channel Method, REF) và thuật toán chuẩn hóa giá trị phát xạ (Emissivity Normalization Method, NOR) để tính toán nhiệt độ bề mặt của khu vực thành phố Hồ Chí Minh. Kết quả đề tài đã thành lập đƣợc bản đồ giá trị nhiệt bề mặt (LST) khu vực nghiên cứu theo phƣơng pháp REF và NOR. Đề tài cũng đã so sánh sự khác nhau giữa hai thuật toán và nhóm tác giả đƣa đến kết luận thuật toán NOR có tính hợp lý hơn so với thuật toán REF nếu giả thiết hằng số trị phát xạ tại vị trí của các pixel [9].
- Nhóm tác giả Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan và Lê Văn Trung (2009) đã trình bày kết quả nghiên cứu xác định nhiệt độ bề mặt cho đô thị thành phố Hồ Chí Minh, có tính đến việc hiệu chỉnh kết quả tính toán thông qua việc xác định ĐPX bề mặt từ phƣơng pháp NDVI. Nghiên cứu đã thử nghiệm thực hiện trên 2 dòng ảnh vệ tinh Landsat và ASTER có các kênh hồng ngoại nhiệt với độ phân giải không gian trung bình, thích hợp cho các nghiên cứu về các quá trình nhiệt ở các khu đô thị. Kết quả tính toán đƣợc đối sánh với số liệu đo thực tế của 10 điểm quan trắc nhiệt độ và phân tích sai số theo nhiều phƣơng pháp khác nhau để chứng minh tính ƣu việt của phƣơng pháp trong điều kiện thực tế của khu vực nghiên cứu nói riêng cũng nhƣ của Việt Nam nói chung. - Theo Trần Thị Vân (2006), phản hồi năng lƣợng nhiệt của các loại mặt đệm có sự khác nhau.
Nhiệt độ bề mặt đất đƣợc chiết tách từ kênh nhiệt 6 của Landsat ETM+. Phân tích từ ảnh cho biết các khu vực công nghiệp, dân cƣ là những nơi có nhiệt độ bề mặt cao nhất so với những nơi có thực vật và mặt nƣớc thể hiện nhiệt độ thấp hơn 6. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6. Phƣơng pháp thu thập số liệu Là phƣơng pháp thu thập tất cả những số liệu, thông tin có liên quan đến đề tài, sau đó sẽ tiến hành tiến hành xử lý, đánh giá các số liệu, thông tin thu thập đƣợc.
Mục đích nhằm làm cơ sở để xây dựng cơ sở dữ liệu một cách khoa học, để đạt đƣợc hiệu quả cao nhất cho đề tài. Mặc khác, giảm bớt thời gian thực hiện và công sức cũng nhƣ làm tăng tính logic của đề tài. Ngoài các số liệu thu thập ở các cơ quan, chúng tôi còn khai 3 khác những thông tin qua các kênh thông tin, đặc biệt là internet, sách báo. Đề tài đã thu thập những số liệu sau: - Số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội của TP Tam Kỳ: Thu thập các số liệu về điều kiện tự nhiên (địa hình, khí hậu, thủy văn, thổ nhƣỡng,…), tình hình sử dụng đất, thu thập tình hình kinh tế - xã hội (dân số, lao động,…).
Các tài liệu này thu thập, thông kê qua các báo cáo của UBND TP Tam Kỳ. - Tƣ liệu ảnh viễn thám: Đề tài đã sử dụng các ảnh Landsat OLI and TIRs để nghiên cứu mối tƣơng quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất ở TP Tam Kỳ. Phƣơng pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu Với các số liệu thu thập đƣợc cần phải tổng hợp, xử lý và phân tích để nghiên cứu đề tài. Xử lý và phân tích số liệu hay dữ liệu là một trong các bƣớc cơ bản của một nghiên cứu.
Bản thân số liệu chỉ là các số liệu thô, qua xử lý, phân tích trở thành thông tin và sau đó trở thành tri thức. Xử lý và phân tích số liệu bao gồm xác định vấn đề nghiên cứu; thu thập số liệu; xử lý số liệu; phân tích số liệu và báo cáo kết quả. Để có cơ sở phân tích số liệu tốt thì trong quá trình thu thập số liệu phải xác định trƣớc các yêu cầu của phân tích để có thể thu thập đủ và đúng số liệu nhƣ mong muốn của đề tài hƣớng đến. Phƣơng pháp bản đồ và GIS và viễn thám Từ các số liệu, ảnh vệ tinh và bản đồ thu thập đƣợc trong quá trình nghiên cứu.
Với sự hỗ trợ của các phần mềm viễn thám (ENVI) và GIS (ArcGIS) để xử lý và thiết lập các bản đồ thành phần. Từ đó thành lập bản đồ tƣơng quan giữa nhiệt độ và bề mặt đệm của thành phố Tam Kỳ. Đây chính là phƣơng pháp chủ đạo của đề tài. Phƣơng pháp thực địa Khảo sát thực địa là phƣơng pháp tốt nhất để kiểm chứng độ chính xác của các tài liệu, số liệu thu thập đƣợc.
Đồng thời phƣơng pháp này giúp thu thập các thông tin bổ sung cần thiết cho đề tài mà phƣơng pháp thu thập chƣa đạt yêu cầu. Trong quá trình thực hiện đề tài chúng tôi đã đi lấy mẫu viễn thám phục vụ cho quá trình giải đoán ảnh ở thành phố Tam Kỳ. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 7.