Luận văn tốt nghiệp 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

Luận văn phân tích mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt đệm và hiện trạng sử dụng đất tại thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam bằng viễn thám và GIS.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Thủy
• Người hướng dẫn: ThS. Lê Ngọc Hành
• Trường học: Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Địa lý tài nguyên môi trường
• Đề tài: Phân Tích Tương Quan Nhiệt Độ Bề Mặt và Sử Dụng Đất Tại Thành Phố Tam Kỳ
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Đà Nẵng

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• PHẦN MỞ ĐẦU
• 0.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 0.2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ CỦA ĐỀ TÀI
• 0.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 0.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 0.5. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU
• 0.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 0.6.1. Phương pháp thu thập số liệu
• 0.6.2. Phương pháp tổng hợp và xử lý, phân tích số liệu
• 0.6.3. Phương pháp bản đồ và GIS và viễn thám
• 0.6.4. Phương pháp thực địa
• 0.7. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
• 0.7.1. Ý nghĩa khoa học
• 0.7.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BẰNG ẢNH VỆ TINH
• 1.1.1. Nghiên cứu độ phát xạ
• 1.1.2. Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt
• 1.2. CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM VÀ GIS TRONG NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT
• 1.2.1. Hệ thống thông tin địa lý – GIS
• 1.2.2. Công nghệ viễn thám
• 1.2.3. Đặc trưng phổ phản xạ của các đối tượng tự nhiên
• 1.2.4. Mối quan hệ giữa việc thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất với phương pháp viễn thám
• 1.3. NGHIÊN CỨU TƯƠNG QUAN GIỮA HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT VÀ NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG GIS VÀ VIỄN THÁM THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 2.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI CỦA THÀNH PHỐ TAM KỲ
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Điều kiện tự nhiên và tài nguyên thiên nhiên thành phố Tam Kỳ
• 2.1.3. Đặc điểm kinh tế - xã hội
• 2.1.4. Đặc trưng của đô thị
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ DỮ LIỆU VÀ QUY TRÌNH THÀNH LẬP BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT
• 2.2.1. Tổng quan về dữ liệu nghiên cứu
• 2.2.2. Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 2.3. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT THÀNH PHỐ TAM KỲ NĂM 2015
• 2.3.1. Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất
• 2.3.2. Thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của thành phố Tam Kỳ
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GIS NGHIÊN CỨU MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA THÀNH PHỐ TAM KỲ. XÂY DỰNG BẢN ĐỒ NHIỆT ĐỘ THÀNH PHỐ TAM KỲ TẠI MỘT THỜI ĐIỂM NĂM 2015
• 3.1. Quy trình thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt
• 3.2. Thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt tại một thời điểm ở thành phố Tam Kỳ
• 3.3. PHÂN TÍCH MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA NHIỆT ĐỘ VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐẤT CỦA THÀNH PHỐ TAM KỲ
• 3.3.1. Thành lập bản đồ tác động của bề mặt đệm đến thay đổi nhiệt độ thành phố Tam Kỳ
• 3.3.2. Phân tích tác động của bề mặt đệm đến thay đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng
• 3.3.3. Đánh giá chung về tác động của biến động sử dụng đất đến thay đổi nhiệt độ thành phố Đà Nẵng
• 3.4. ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP HẠN CHẾ VÀ THÍCH ỨNG
• 3.4.1. Cơ sở của việc đề xuất
• 3.4.2. Những giải pháp thích ứng với nhiệt độ tăng vào công tác quy hoạch đô thị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu nhiệt độ bề mặt

Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt là một lĩnh vực quan trọng trong việc đánh giá các yếu tố môi trường. Nhiệt độ bề mặt đất được duy trì bởi bức xạ Mặt trời và các yếu tố khác như thông lƣợng nhiệt. Việc sử dụng công nghệ viễn thám để thu thập dữ liệu về nhiệt độ bề mặt đã trở thành một phương pháp phổ biến. Đặc biệt, độ phát xạ bề mặt là yếu tố quan trọng trong việc chiết tách thông tin từ ảnh viễn thám. Độ phát xạ bề mặt có thể được xác định thông qua các phương pháp khác nhau, trong đó công nghệ viễn thám cho phép thu thập dữ liệu trên diện rộng và nhanh chóng. Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ bề mặt có mối liên hệ chặt chẽ với các loại che phủ đất khác nhau, từ đó ảnh hưởng đến các hoạt động sống của sinh vật.

1.1. Độ phát xạ bề mặt

Độ phát xạ bề mặt (land surface emissivity) là tỷ số giữa năng lượng phát xạ từ bề mặt tự nhiên và năng lượng phát xạ từ vật đen. Độ phát xạ bề mặt có vai trò quan trọng trong việc chiết tách thông tin về nhiệt độ bề mặt từ ảnh viễn thám. Công nghệ viễn thám cho phép xác định độ phát xạ bề mặt một cách hiệu quả, giúp nghiên cứu các hiện tượng môi trường. Mỗi vật thể có khả năng phát xạ khác nhau, do đó giá trị độ phát xạ cũng khác nhau. Việc nghiên cứu độ phát xạ bề mặt giúp hiểu rõ hơn về sự biến đổi của nhiệt độ bề mặt trong các điều kiện khác nhau.

1.2. Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt

Nhiệt độ bề mặt đất là chỉ số quan trọng trong việc đánh giá cân bằng năng lượng trên bề mặt Trái đất. Nhiệt độ bề mặt có thể thay đổi theo mùa và địa hình, ảnh hưởng đến các quá trình sinh thái và khí hậu. Nghiên cứu cho thấy rằng nhiệt độ bề mặt có mối liên hệ chặt chẽ với độ ẩm đất và lớp phủ thực vật. Việc sử dụng ảnh viễn thám để đo đạc nhiệt độ bề mặt giúp cung cấp thông tin chính xác và kịp thời cho các nghiên cứu về biến đổi khí hậu và quy hoạch đô thị. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng nhiệt độ bề mặt có thể được ước tính thông qua các chỉ số như NDVI, từ đó giúp đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhiệt độ bề mặt.

II. Ứng dụng GIS và viễn thám trong nghiên cứu sử dụng đất

Công nghệ GIS và viễn thám đã trở thành công cụ quan trọng trong việc nghiên cứu sử dụng đất và nhiệt độ bề mặt. Hệ thống thông tin địa lý (GIS) cho phép tích hợp và phân tích dữ liệu không gian, trong khi viễn thám cung cấp thông tin về bề mặt đất từ xa. Việc kết hợp hai công nghệ này giúp xây dựng bản đồ hiện trạng sử dụng đất và nhiệt độ bề mặt một cách hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sử dụng đất có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ bề mặt, đặc biệt là trong các khu vực đô thị hóa. Việc phân tích mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và sử dụng đất giúp đưa ra các giải pháp quy hoạch đô thị bền vững.

2.1. Hệ thống thông tin địa lý GIS

GIS là công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý và phân tích dữ liệu không gian. Hệ thống này cho phép người dùng tạo ra các bản đồ và phân tích mối quan hệ giữa các yếu tố khác nhau. Trong nghiên cứu nhiệt độ bề mặt và sử dụng đất, GIS giúp xác định các khu vực có nhiệt độ bề mặt cao và phân tích nguyên nhân. Việc sử dụng GIS trong nghiên cứu giúp tối ưu hóa quy trình thu thập và phân tích dữ liệu, từ đó đưa ra các quyết định chính xác hơn trong quy hoạch đô thị.

2.2. Công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám cho phép thu thập dữ liệu về nhiệt độ bề mặt từ xa thông qua các cảm biến trên vệ tinh. Các ảnh viễn thám cung cấp thông tin về bề mặt đất, giúp phân tích sự biến đổi của nhiệt độ bề mặt theo thời gian. Việc sử dụng ảnh Landsat và các công nghệ viễn thám khác đã cho phép nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và sử dụng đất một cách hiệu quả. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sử dụng đất có thể làm tăng nhiệt độ bề mặt, đặc biệt trong các khu vực đô thị hóa nhanh chóng.

III. Phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ và sử dụng đất

Phân tích mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt và sử dụng đất là một phần quan trọng trong nghiên cứu này. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sử dụng đất có ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ bề mặt, đặc biệt là trong các khu vực đô thị. Việc xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt và bản đồ hiện trạng sử dụng đất giúp xác định các khu vực có nhiệt độ bề mặt cao và phân tích nguyên nhân. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng các khu vực có nhiều công trình xây dựng và ít cây xanh thường có nhiệt độ bề mặt cao hơn. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các giải pháp quy hoạch đô thị bền vững để giảm thiểu tác động của nhiệt độ bề mặt.

3.1. Mối quan hệ giữa nhiệt độ và sử dụng đất

Mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và sử dụng đất được thể hiện rõ qua các bản đồ phân tích. Các khu vực đô thị hóa thường có nhiệt độ bề mặt cao hơn so với các khu vực nông thôn. Điều này có thể được giải thích bởi sự gia tăng bề mặt bê tông và giảm diện tích cây xanh. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tăng cường cây xanh trong các khu vực đô thị có thể giúp giảm nhiệt độ bề mặt. Các giải pháp quy hoạch đô thị cần được xem xét để cải thiện môi trường sống và giảm thiểu tác động của nhiệt độ bề mặt.

3.2. Tác động của biến động sử dụng đất đến nhiệt độ

Biến động sử dụng đất có tác động lớn đến nhiệt độ bề mặt. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự chuyển đổi từ đất nông nghiệp sang đất đô thị hóa làm tăng nhiệt độ bề mặt. Việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt giúp đưa ra các giải pháp thích ứng với biến đổi khí hậu. Các chính sách quy hoạch cần được xây dựng dựa trên các kết quả nghiên cứu để đảm bảo sự phát triển bền vững cho thành phố Tam Kỳ.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Biến đổi khí hậu và hiện tượng nóng lên toàn cầu đang là vấn đề môi trường cấp bách, tác động trực tiếp đến sự cân bằng sinh thái tại nhiều khu vực. Trong các thông số phản ánh trạng thái môi trường bề mặt, nhiệt độ bề mặt đất (Land Surface Temperature - LST) giữ vai trò then chốt trong việc đánh giá sự cân bằng năng lượng và vi khí hậu. Thành phố Tam Kỳ là trung tâm hành chính, kinh tế và chính trị của tỉnh Quảng Nam. Quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa cùng sự gia tăng dân số nhanh chóng tại địa bàn đã làm biến đổi sâu sắc lớp phủ mặt đất, gia tăng tỷ lệ bề mặt nhân tạo và dẫn đến xu hướng gia tăng nhiệt độ bề mặt đệm. Trước yêu cầu quản lý không gian đô thị và ứng phó biến đổi khí hậu, việc sử dụng công nghệ viễn thám kết hợp Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) mở ra giải pháp hiệu quả nhờ khả năng cung cấp thông tin không gian đa thời gian, phạm vi bao quát rộng và độ chuẩn xác cao.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:

• Nghiên cứu, đánh giá mối tương 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.

Để hiện thực hóa mục tiêu trên, khóa luận xác lập 6 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể:

1. Khái quát những cơ sở lý luận liên quan đến đề tài.
2. Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên và kinh tế - xã hội của thành phố Tam Kỳ.
3. Tìm hiểu về công nghệ GIS và viễn thám.
4. Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt và bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Tam Kỳ.
5. Đánh giá tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ.
6. Đề xuất các giải pháp hạn chế và thích ứng.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu được giới hạn như sau:

• Đối tượng nghiên cứu: Những vấn đề lý luận và thực tiễn về mối tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ; đối tượng cụ thể là nhiệt độ không khí và toàn bộ diện tích đất liền (không bao gồm diện tích đất sông suối, mặt nước) trên địa bàn thành phố.
• Phạm vi không gian: Toàn bộ diện tích đất liền thuộc ranh giới hành chính thành phố Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam.
• Phạm vi thời gian: Khóa luận tập trung nghiên cứu mối tương quan giữa nhiệt độ và lớp phủ bề mặt tại một thời điểm trong năm 2015 (thời điểm chụp ảnh vệ tinh lúc 10 giờ ngày 01/05/2015).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các nguyên lý vật lý bức xạ nhiệt và địa tin học:

• Khái niệm nhiệt độ bề mặt đất và độ phát xạ bề mặt: Độ phát xạ ($\varepsilon$) là tỷ số giữa năng lượng phát xạ từ bề mặt tự nhiên và vật đen tuyệt đối ở cùng bước sóng và nhiệt độ. Bức xạ nhiệt của vật chất tuân theo quy luật vật đen, trong đó các sensor viễn thám hồng ngoại nhiệt hoạt động chủ yếu ở dải sóng 8 - 14 µm (nhiệt độ bề mặt cực đại ở khoảng 9,7 µm đối với vật thể khoảng 300 K).
• Phương trình cân bằng nhiệt mặt đất: Được mô tả qua công thức: $$B' = B - LE + V + P$$ Trong đó: $B$ là bức xạ thuần; $L$ là tiềm nhiệt bốc hơi; $E$ là lượng nước bốc hơi; $V$ là lượng nhiệt trao đổi với khí quyển; $P$ là lượng nhiệt trao đổi với lớp đất sâu. Ban ngày $B' > 0$ khiến mặt đất tích nhiệt và nóng lên; ban đêm $B' < 0$ dẫn đến mặt đất lạnh đi.
• Hiện tượng đảo nhiệt đô thị (Urban Heat Island - UHI): Sự thay thế lớp phủ thực vật tự nhiên bằng các bề mặt nhân tạo không thấm nước (bê tông, nhựa đường) làm giảm lượng nước bốc hơi, kết hợp với nhiệt thải sinh hoạt và công nghiệp khiến nhiệt độ bề mặt khu vực nội thị cao hơn vùng ngoại thành.
• Cấu trúc dữ liệu địa không gian trong GIS: Nghiên cứu phân tích hai mô hình dữ liệu chính là Raster và Vector, ứng dụng các công cụ phân tích không gian như chồng xếp bản đồ (Map Overlaying), phân loại lại (Reclassification), đại số Boole, nội suy không gian và tính toán diện tích.

Đặc tính	Mô hình Raster	Mô hình Vector
Ưu điểm	- Cấu trúc dữ liệu đơn giản. - Dễ dàng chồng ghép với dữ liệu viễn thám. - Thích hợp cho mô hình hóa và phân tích không gian bề mặt liên tục.	- Định vị chính xác đối tượng hình học. - Dung lượng dữ liệu được tối ưu nén. - Thể hiện rõ liên hệ topo và hình học. - Đồ họa biên tập bản đồ sắc nét, chính xác.
Nhược điểm	- Kích thước tập tin lưu trữ lớn. - Giảm độ phân giải làm mất chi tiết thông tin. - Khó thể hiện các mối quan hệ liên kết hình học phức tạp.	- Cấu trúc dữ liệu phức tạp. - Thao tác xử lý chồng ghép nhiều lớp đòi hỏi thuật toán cao. - Kém hiệu quả khi mô phỏng các bề mặt có sự biến thiên liên tục.

Phương pháp nghiên cứu thực tế được triển khai bao gồm:

• Phương pháp thu thập số liệu: Tiếp nhận số liệu điều kiện tự nhiên, tài nguyên, kinh tế - xã hội, quy hoạch sử dụng đất từ UBND thành phố Tam Kỳ và Niên giám thống kê; thu thập tư liệu ảnh viễn thám Landsat 8 (cảm biến OLI và TIRS) thu nhận ngày 01/05/2015.
• Phương pháp tổng hợp, xử lý và phân tích số liệu: Chuyển hóa dữ liệu thống kê thô thành các chỉ số phục vụ đối soát không gian.
• Phương pháp bản đồ, GIS và viễn thám: Sử dụng phần mềm ENVI để tiền xử lý ảnh, hiệu chỉnh bức xạ, tổ hợp màu, phân loại ảnh số và chiết xuất kênh nhiệt; sử dụng ArcGIS để biên tập bản đồ, chuyển đổi định dạng và phân tích tương quan không gian.
• Phương pháp thực địa: Sử dụng thiết bị định vị toàn cầu (GPS) thu thập tọa độ các điểm mẫu đại diện trên thực địa thành phố Tam Kỳ nhằm phục vụ giải đoán ảnh và đánh giá độ chính xác sau phân loại.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương này tập trung hệ thống hóa cơ sở lý luận về nhiệt độ bề mặt đất, nguyên lý bức xạ nhiệt và công nghệ địa tin học. Tác giả phân tích các yếu tố tự nhiên chi phối nhiệt độ bề mặt như độ dẫn nhiệt, nhiệt dung thể tích, hàm lượng mùn, độ ẩm, địa hình hướng dốc và tính chất của lớp phủ bề mặt. Chương 1 làm rõ đặc trưng phổ phản xạ của ba nhóm đối tượng tự nhiên cơ bản (thực vật, đất, nước) trên các kênh ảnh vệ tinh, đồng thời phân tích chức năng của GIS trong quản lý dữ liệu không gian và thuộc tính.

Về lịch sử nghiên cứu, chương tổng thuật các công trình quốc tế và trong nước: Javed Mallick và cộng sự (2008) tại Delhi (Ấn Độ) về mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt (LST) và chỉ số thực vật NDVI; Enric Valor và Vicente Caselles (1996) về mô hình tính độ phát xạ từ NDVI; Trần Thị Ân, Nguyễn Thị Diệu và Trương Phước Minh (2011) ứng dụng ảnh Landsat ETM+ tại Đà Nẵng; Lê Văn Trung và Nguyễn Thanh Minh (2004) so sánh thuật toán REF và NOR tại TP. Hồ Chí Minh; Trần Thị Vân và cộng sự (2006, 2009) về chiết tách nhiệt độ bề mặt đô thị từ kênh nhiệt Landsat và ASTER.

Chương 2: Ứng dụng GIS và viễn thám thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất của khu vực nghiên cứu

Chương 2 trình bày tổng quan điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Tam Kỳ và quy trình kỹ thuật thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015:

• Điều kiện địa bàn: Tam Kỳ có diện tích tự nhiên 100.263,56 ha, gồm 13 đơn vị hành chính (9 phường: An Mỹ, An Sơn, Hòa Hương, Phước Hòa, An Xuân, An Phú, Trường Xuân, Tân Thạnh, Hòa Thuận và 4 xã: Tam Thăng, Tam Thanh, Tam Phú, Tam Ngọc). Dân số năm 2011 đạt 109.322 người; khu vực nội thị tập trung 82,10 nghìn người (chiếm 75,5%). Tỷ lệ tăng dân số tự nhiên là 0,77%. Địa hình dạng đồng bằng duyên hải xen kẽ đồi thấp (núi An Hà, Quảng Phú, Trà Cai), mạng lưới sông ngòi gồm sông Tam Kỳ, Bàn Thạch, Trường Giang và hai hồ nước lớn điều hòa là hồ Phú Ninh và hồ sông Đầm.
• Quy trình thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất: Sử dụng ảnh Landsat 8 OLI ngày 01/05/2015. Thực hiện ghép các kênh phổ 4, 5, 6 tạo ảnh đa phổ; hiệu chỉnh hình học và cắt ảnh theo ranh giới hành chính vector khu vực nghiên cứu (hệ tọa độ WGS 84, Zone 48N). Tiến hành tăng cường chất lượng ảnh và tổ hợp màu hiển thị.
• Phân loại ảnh số: Áp dụng phương pháp phân loại có kiểm định (Supervised Classification) với thuật toán Maximum Likelihood. Khóa giải đoán được xác lập gồm 5 loại hình sử dụng đất chính: Đất sản xuất nông nghiệp, Đất lâm nghiệp, Đất ở, Đất sông suối mặt nước, Đất bằng chưa sử dụng.
• Hậu phân loại: Đánh giá độ chính xác qua ma trận sai số (Confusion Matrix) với các điểm kiểm chứng thực địa định vị bằng GPS; tính toán thống kê diện tích (Class Statistics); sử dụng công cụ Majority/Minority Analysis để lọc và gộp các pixel đơn lẻ; sau đó chuyển dữ liệu sang ArcGIS để biên tập bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015 hoàn chỉnh.

Chương 3: Ứng dụng viễn thám và GIS nghiên cứu mối tương quan giữa nhiệt độ và hiện trạng sử dụng đất của thành phố Tam Kỳ

Chương 3 triển khai tính toán trường nhiệt độ và phân tích mối quan hệ không gian giữa nhiệt độ bề mặt và các loại bề mặt đệm:

• Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt: Từ kênh hồng ngoại nhiệt (TIRS) của ảnh Landsat 8 tại thời điểm 10 giờ ngày 01/05/2015, tác giả tiến hành quy đổi giá trị số (Digital Number - DN) sang giá trị bức xạ phổ (Spectral Radiance), tính toán nhiệt độ bức xạ vệ tinh (Brightness Temperature) và hiệu chỉnh độ phát xạ bề mặt nhằm xuất ra bản đồ phân bố nhiệt độ bề mặt đệm thực tế.
• Phân tích tương quan không gian: Chồng xếp bản đồ nhiệt độ với bản đồ hiện trạng sử dụng đất năm 2015. Kết quả cho thấy sự phân hóa nhiệt độ rõ rệt theo từng nhóm mặt đệm:
  • Khu vực đất ở và đất xây dựng tập trung (nội thị như An Mỹ, An Xuân, Phước Hòa, Trường Xuân) có nhiệt độ bề mặt cao nhất do mật độ xây dựng dày đặc, tập trung nhiều bề mặt bê tông, mái tôn và đường giao thông.
  • Đất bằng chưa sử dụng (đặc biệt là các cồn cát, bãi cát ven biển tại Tam Thanh, Tam Phú) cũng ghi nhận nền nhiệt cao do khả năng giữ ẩm thấp và phản xạ nhiệt mạnh.
  • Đất lâm nghiệp và đất sản xuất nông nghiệp có mức nhiệt trung bình thấp hơn đáng kể nhờ quá trình thoát hơi nước của tầng phủ thực vật.
  • Đất mặt nước và sông suối (sông Tam Kỳ, sông Bàn Thạch, hồ sông Đầm) duy trì mức nhiệt độ thấp nhất trên toàn khu vực.
• Đề xuất giải pháp: Căn cứ vào hiện trạng biến đổi nhiệt độ, tác giả đề xuất định hướng thích ứng trong quy hoạch đô thị Tam Kỳ: bảo vệ hệ thống mặt nước hồ Phú Ninh, sông Đầm; phát triển dải cây xanh cách ly và công viên sinh thái dọc các trục sông; kiểm soát mật độ bê tông hóa tại các phường trung tâm và áp dụng vật liệu xây dựng phản xạ nhiệt cao.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đạt được các kết quả cụ thể thông qua dữ liệu trích xuất từ văn bản:

• Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu số và bản đồ hiện trạng sử dụng đất thành phố Tam Kỳ năm 2015 phân loại thành 5 nhóm đối tượng với thuật toán Maximum Likelihood, đạt độ tin cậy thông qua kiểm chứng ma trận sai số Confusion Matrix và định vị GPS ngoài thực địa.
• Chiết xuất bản đồ nhiệt độ bề mặt đất tại thời điểm 10 giờ ngày 01/05/2015, xác định định lượng sự biến thiên nhiệt độ giữa các khu vực hành chính: vùng nội thị cũ có mật độ xây dựng cao ghi nhận nhiệt độ bề mặt đệm vượt trội so với vùng ngoại thị và các khu vực có diện tích cây xanh, mặt nước lớn.
• Đóng góp khoa học và thực tiễn: Khẳng định tính hiệu quả và độ tin cậy của việc tích hợp viễn thám Landsat và phần mềm GIS (ENVI, ArcGIS) trong việc theo dõi các yếu tố môi trường nhiệt mặt đất cấp đô thị loại II; cung cấp tài liệu bản đồ và số liệu phân tích hỗ trợ cơ quan quản lý đô thị thành phố Tam Kỳ trong việc lồng ghép tiêu chí thích ứng vi khí hậu vào đồ án quy hoạch tổng thể không gian đô thị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận ghi nhận một số hạn chế gắn liền với phạm vi nghiên cứu và nguồn dữ liệu:

• Phân tích tương quan nhiệt độ chỉ được thực hiện tại một thời điểm duy nhất (lúc 10 giờ ngày 01/05/2015), chưa theo dõi được biến thiên nhiệt độ theo chuỗi thời gian nhiều mùa trong năm hoặc so sánh diễn biến đa thời gian qua các giai đoạn phát triển đô thị khác nhau.
• Độ phân giải không gian của kênh nhiệt viễn thám Landsat ở mức trung bình, dẫn đến hiện tượng pixel hỗn hợp giữa công trình xây dựng, cây xanh và đất trống tại các khu dân cư xen cài.
• Phạm vi đối tượng khảo sát tương quan chi tiết chỉ tập trung trên diện tích đất liền, loại trừ đất sông suối và mặt nước.
• Hướng mở rộng nghiên cứu: Cần khai thác chuỗi ảnh viễn thám đa thời gian để đánh giá quy luật nhiệt độ bề mặt theo mùa; kết hợp tư liệu ảnh có độ phân giải không gian cao hơn và tích hợp số liệu quan trắc vi khí hậu bề mặt từ các trạm khí tượng thực địa nhằm nâng cao độ chính xác hiệu chỉnh nhiệt độ.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận mang lại giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng sau:

• Sinh viên, học viên chuyên ngành Địa lý tài nguyên môi trường, Quản lý đất đai, Bản đồ, Viễn thám và GIS: Có thể tham khảo chi tiết quy trình tiền xử lý ảnh Landsat 8, phương pháp tổ hợp kênh, phân loại giám định Maximum Likelihood trên phần mềm ENVI và quy trình biên tập bản đồ chuyên đề trên ArcGIS.
• Cán bộ kỹ thuật và nghiên cứu trong lĩnh vực tài nguyên - môi trường, quy hoạch đô thị: Khóa luận cung cấp khung tài liệu thực nghiệm về đánh giá tác động của lớp phủ bề mặt đến vi khí hậu đô thị, hỗ trợ xây dựng giải pháp phân bổ không gian xanh và bảo tồn hành lang thoát nhiệt tự nhiên cho các đô thị ven biển miền Trung.

Câu hỏi thường gặp

1. Khóa luận sử dụng nguồn dữ liệu viễn thám nào và được thu nhận vào thời điểm nào?
Nghiên cứu sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 (bao gồm bộ cảm biến OLI và cảm biến hồng ngoại nhiệt TIRS) được chụp vào lúc 10 giờ ngày 01/05/2015 (hệ quy chiếu WGS 84, Zone 48N).

2. Hệ thống phân loại hiện trạng sử dụng đất thành phố Tam Kỳ trong đề tài gồm những nhóm đối tượng nào?
Dựa trên khóa giải đoán xây dựng từ ảnh Landsat và đối soát thực địa, tác giả phân loại hiện trạng sử dụng đất thành 5 nhóm: Đất sản xuất nông nghiệp, Đất lâm nghiệp, Đất ở, Đất sông suối mặt nước và Đất bằng chưa sử dụng.

3. Phương trình cân bằng nhiệt mặt đất được tác giả trích dẫn có cấu trúc ra sao?
Phương trình được xác định theo công thức: $B' = B - LE + V + P$, trong đó $B$ là bức xạ thuần, $L$ là tiềm nhiệt bốc hơi, $E$ là lượng nước bốc hơi, $V$ là lượng nhiệt trao đổi với khí quyển và $P$ là lượng nhiệt trao đổi với lớp đất bên dưới bề mặt đất.

4. Thuật toán phân loại ảnh số nào được sử dụng trong ENVI và quy trình hậu phân loại gồm những bước gì?
Tác giả sử dụng thuật toán phân loại có chọn mẫu Maximum Likelihood. Quy trình hậu phân loại gồm 3 bước: tính toán thống kê lớp (Class Statistics), lập ma trận sai số (Confusion Matrix) đối chiếu với mẫu tọa độ thực địa thu thập bằng GPS, và áp dụng phân tích đa số/thiểu số (Majority/Minority Analysis) để làm mịn và gộp các pixel lẻ.

5. Hiện trạng dân số và cơ cấu hành chính thành phố Tam Kỳ được ghi nhận trong nghiên cứu như thế nào?
Tính đến năm 2011, dân số trung bình thành phố Tam Kỳ là 109.322 người với tỷ lệ tăng dân số tự nhiên 0,77%. Thành phố gồm 13 đơn vị hành chính (9 phường và 4 xã), trong đó khu vực nội thị chiếm 75,5% dân số (82,10 nghìn người) và ngoại thị chiếm 24,5%.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Nguyễn Thị Thu Thủy đã xây dựng thành công quy trình ứng dụng công nghệ viễn thám Landsat 8 và GIS để thành lập bản đồ hiện trạng sử dụng đất và bản đồ nhiệt độ bề mặt đệm tại thành phố Tam Kỳ năm 2015. Kết quả phân tích không gian chứng minh mối quan hệ tương quan chặt chẽ giữa tính chất lớp phủ mặt đất và sự phân bố nhiệt độ, chỉ rõ vùng đô thị hóa tập trung có nhiệt độ bề mặt cao hơn đáng kể so với khu vực thực vật và mặt nước. Công trình là nguồn tư liệu khoa học có độ tin cậy thực nghiệm, đóng góp cơ sở dữ liệu hữu ích phục vụ công tác quy hoạch phát triển đô thị bền vững thích ứng với biến đổi khí hậu tại tỉnh Quảng Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 Luan van - 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.