Sử dụng ảnh viễn thám sentinel 2 xác định biến động sinh khối và trữ lượng cacbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại huyện thái thụy tỉnh thái bình giai đoạn 2015 2019

Xác định biến động sinh khối, trữ lượng cacbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại Thái Thụy, Thái Bình (2015-2019) dùng ảnh Sentinel-2.

• Tác giả: Đỗ Thu Thủy
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hải Hòa
• Trường học: Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng và môi trường
• Đề tài: Sử dụng ảnh viễn thám Sentinel 2 xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015- 2019
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
• CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC SƠ ĐỒ
• ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về GIS và viễn thám
• 1.1.1. Tổng quan về GIS
• 1.1.2. Tổng quan về viễn thám
• 1.1.3. Tích hợp GIS và viễn thám
• 1.2. Tổng quan về vệ tinh Sentinel
• 1.2.1. Giới thiệu về Sentinel
• 1.2.2. Vệ tinh Sentinel 2A sử dụng trong đề tài
• 1.3. Tổng quan về sinh khối và trữ lượng cácbon
• 1.3.1. Trữ lượng cacbon
• 1.4. Ứng dụng GIS và viễn thám trong ước tính cácbon và sinh khối rừng
• 1.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.4.2. Các nghiên cứu trong nước
• 1.5. Tính cấp thiết của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.1.1. Mục tiêu chung
• 2.1.2. Mục tiêu cụ thể
• 2.2. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
• 2.2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2.2. Phạm vi nghiên cứu
• 2.3. Dụng cụ, thiết bị, vật liệu nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.4.1. Nghiên cứu đánh giá hiện trạng và hoạt động quản lý rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình
• 2.4.2. Nghiên cứu xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn năm 2015, 2017 và 2019
• 2.4.3. Xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn giai đoạn 2015- 2017 và 2017- 2019
• 2.4.4. Nghiên cứu đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp kế thừa
• 2.5.2. Phương pháp xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Đặc điểm về điều kiện tự nhiên
• 3.1.1. Vị trí địa lý
• 3.2. Đặc điểm về kinh tế xã hội
• 3.2.1. Đặc điểm về dân cư và đơn vị hành chính
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hiện trạng và tình hình quản lý rừng ngập mặn tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình
• 4.1.1. Hiện trạng rừng ngập mặn
• 4.1.2. Hiện trạng quản lý rừng ngập mặn huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình
• 4.1.3. Bản đồ hiện trạng rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu
• 4.2. Xây dựng bản đồ sinh khối và trữ lượng các bon rừng ngập mặn
• 4.2.1. Đánh giá độ tin cậy bản đồ trữ lượng các bon với kết quả thực địa
• 4.2.2. Bản đồ sinh khối rừng ngập mặn
• 4.2.3. Bản đồ trữ lượng các bon rừng ngập mặn
• 4.3. Xác định biến động sinh khối và trữ lượng các bon rừng ngập mặn
• 4.3.1. Biến động sinh khối trên mặt đất giai đoạn 2015 – 2017 và 2017 – 1/2019
• 4.3.2. Biến động trữ lượng các bon giai đoạn 2015- 2017 và 2017- 1/2019
• 4.4. Đề xuất giải pháp quản lý rừng ngập mặn hướng tới chi trả DVMTR tại huyện Thái Thụy, Thái Bình
• 4.4.1. Phương pháp ước tính giá trị hấp thụ các bon rừng ngập mặn
• 4.4.2. Đề xuất giải pháp quản lý rừng ngập mặn hướng tới chi trả dịch vụ môi trường rừng
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN, TỒN TẠI, KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Khám phá vai trò viễn thám trong giám sát cacbon rừng ngập mặn

Việc theo dõi và đánh giá sức khỏe của các hệ sinh thái rừng là một nhiệm vụ cấp thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu. Đặc biệt, hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển, như tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình, đóng vai trò như một bể chứa cacbon tự nhiên khổng lồ. Tuy nhiên, việc đo đạc và giám sát những khu vực này bằng phương pháp truyền thống thường tốn kém, mất thời gian và khó tiếp cận. Đây là lúc công nghệ viễn thám và GIS phát huy vai trò không thể thay thế. Sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2 với độ phân giải cao cho phép các nhà khoa học và nhà quản lý thực hiện giám sát tài nguyên rừng một cách hiệu quả và trên quy mô lớn. Công nghệ này cung cấp dữ liệu quang học đa phổ chính xác, giúp phân tích biến động lớp phủ thực vật và từ đó ước tính trữ lượng cacbon một cách khoa học. Nghiên cứu giai đoạn 2015-2019 tại Thái Thụy là một minh chứng điển hình cho việc ứng dụng thành công công nghệ hiện đại vào công tác bảo tồn đa dạng sinh học và quản lý tài nguyên. Việc lượng hóa được sự thay đổi của sinh khối trên mặt đất (AGB) không chỉ cung cấp cơ sở dữ liệu quan trọng cho các báo cáo quốc gia về khí hậu mà còn mở ra cơ hội tham gia vào các chương trình chi trả dịch vụ môi trường rừng, đặc biệt là dịch vụ hấp thụ carbon, góp phần phát triển kinh tế địa phương một cách bền vững. Cách tiếp cận này giúp chuyển đổi từ các phương pháp đo đạc thủ công sang một hệ thống giám sát tự động, liên tục và khách quan hơn.

1.1. Tầm quan trọng của hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển Thái Thụy

Rừng ngập mặn tại ven biển Thái Thụy Thái Bình là một hệ sinh thái độc đáo và có giá trị to lớn. Chúng không chỉ là lá chắn xanh bảo vệ đê điều và vùng nội đồng khỏi bão, sóng biển và xói lở mà còn là nơi nuôi dưỡng, sinh sản của nhiều loài thủy hải sản có giá trị kinh tế cao. Quan trọng hơn, rừng ngập mặn được xem là một trong những hệ sinh thái có khả năng hấp thụ carbon hiệu quả nhất trên hành tinh. Lượng cacbon tích trữ trong sinh khối trên mặt đất (AGB) và cả dưới lòng đất của rừng ngập mặn góp phần quan trọng vào việc giảm thiểu khí nhà kính. Việc bảo vệ và phát triển hệ sinh thái này là chìa khóa cho công tác bảo tồn đa dạng sinh học và đảm bảo sự phát triển bền vững cho cộng đồng ven biển.

1.2. Giới thiệu công nghệ viễn thám và GIS trong giám sát tài nguyên rừng

Công nghệ viễn thám và GIS (Hệ thống Thông tin Địa lý) đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực quản lý tài nguyên thiên nhiên. Viễn thám sử dụng các bộ cảm biến trên vệ tinh để thu thập dữ liệu về bề mặt Trái Đất từ xa, trong khi GIS là công cụ để lưu trữ, phân tích và trực quan hóa các dữ liệu không gian đó. Trong lâm nghiệp, sự kết hợp này cho phép thành lập các bản đồ hiện trạng rừng, theo dõi biến động lớp phủ thực vật qua thời gian, và phát hiện sớm các khu vực bị suy thoái. Cụ thể, ảnh vệ tinh Sentinel-2 cung cấp dữ liệu đa phổ với chu kỳ lặp lại ngắn và độ phân giải cao, là nguồn dữ liệu lý tưởng cho việc giám sát tài nguyên rừng ngập mặn, một nhiệm vụ vốn rất khó khăn nếu chỉ dựa vào các phương pháp truyền thống.

II. Thách thức trong ước tính trữ lượng cacbon và suy thoái rừng

Mặc dù vai trò của rừng ngập mặn là không thể phủ nhận, công tác quản lý và bảo vệ chúng tại huyện Thái Thụy vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những khó khăn lớn nhất là tình trạng suy thoái rừng ngập mặn do các hoạt động kinh tế như nuôi trồng thủy sản thiếu quy hoạch, ô nhiễm môi trường và tác động ngày càng gia tăng của biến đổi khí hậu. Việc xác định chính xác mức độ suy thoái và sự thay đổi trong trữ lượng cacbon đòi hỏi một phương pháp đánh giá tin cậy. Các phương pháp đo đạc thực địa truyền thống, dù cho kết quả chính xác tại một điểm, nhưng lại vô cùng tốn kém và không thể bao phủ toàn bộ diện tích rộng lớn. Việc thiếu một hệ thống giám sát toàn diện và liên tục đã tạo ra một khoảng trống thông tin, gây khó khăn cho các nhà hoạch định chính sách trong việc đưa ra các giải pháp quản lý tài nguyên ven biển kịp thời và hiệu quả. Hơn nữa, việc xây dựng các mô hình hồi quy để liên kết dữ liệu thực địa với dữ liệu viễn thám cũng đòi hỏi chuyên môn kỹ thuật cao và nguồn số liệu ban đầu chất lượng. Vượt qua những thách thức này là yêu cầu cấp thiết để bảo vệ bể chứa cacbon quan trọng này và duy trì các dịch vụ hệ sinh thái mà chúng cung cấp.

2.1. Hiện trạng suy thoái rừng ngập mặn tại ven biển Thái Thụy

Trong những thập kỷ qua, diện tích rừng ngập mặn tại nhiều khu vực ven biển Việt Nam, bao gồm cả Thái Thụy, đã bị suy giảm đáng kể. Nguyên nhân chính bao gồm việc chuyển đổi đất rừng sang ao đầm nuôi tôm, khai thác quá mức tài nguyên và ô nhiễm từ các hoạt động dân sinh, công nghiệp. Sự suy thoái này không chỉ làm mất đi lá chắn bảo vệ bờ biển mà còn giải phóng một lượng lớn cacbon dự trữ vào khí quyển, làm trầm trọng thêm vấn đề biến đổi khí hậu. Tình trạng suy thoái rừng ngập mặn làm giảm khả năng chống chịu của hệ sinh thái trước các hiện tượng thời tiết cực đoan, ảnh hưởng trực tiếp đến sinh kế của người dân địa phương và sự đa dạng sinh học của khu vực.

2.2. Hạn chế của phương pháp đo đạc thực địa truyền thống

Phương pháp đo đạc thực địa là tiêu chuẩn vàng để thu thập dữ liệu về sinh khối và cấu trúc rừng. Tuy nhiên, phương pháp này có nhiều hạn chế khi áp dụng trên quy mô lớn. Việc di chuyển trong địa hình rừng ngập mặn phức tạp, lầy lội là rất khó khăn và nguy hiểm. Chi phí cho nhân lực, thiết bị và thời gian để thiết lập và đo đạc các ô tiêu chuẩn là rất lớn. Do đó, số lượng mẫu thu thập thường bị giới hạn, dẫn đến kết quả có thể không mang tính đại diện cho toàn bộ khu vực nghiên cứu. Những hạn chế này làm cho việc theo dõi biến động sinh khối một cách thường xuyên trở nên bất khả thi, cản trở nỗ lực quản lý tài nguyên ven biển một cách chủ động và hiệu quả.

III. Phương pháp xử lý ảnh vệ tinh Sentinel 2 giám sát biến động

Để khắc phục những hạn chế của phương pháp truyền thống, nghiên cứu đã áp dụng một quy trình xử lý và phân tích ảnh vệ tinh Sentinel-2 một cách khoa học. Đây là loại vệ tinh cung cấp dữ liệu quang học đa phổ với 13 kênh phổ, cho phép phân biệt các đối tượng trên mặt đất với độ chính xác cao. Quy trình bắt đầu bằng việc thu thập ảnh mây quang đãng tại khu vực nghiên cứu vào các thời điểm năm 2015, 2017 và 2019. Các ảnh này sau đó được tiền xử lý để hiệu chỉnh khí quyển và hình học, đảm bảo tính nhất quán và so sánh được qua các năm. Bước tiếp theo và quan trọng nhất là sử dụng các thuật toán phân loại để xác định ranh giới rừng ngập mặn. Đặc biệt, chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) được tính toán từ các kênh phổ cận hồng ngoại và đỏ. Chỉ số này phản ánh mật độ và sức khỏe của thảm thực vật, là một biến số đầu vào quan trọng cho các mô hình hồi quy ước tính sinh khối. Thông qua việc phân tích phân tích chuỗi thời gian của các lớp bản đồ NDVI, nghiên cứu có thể xác định rõ ràng những khu vực có sự thay đổi về lớp phủ, từ đó đánh giá được biến động sinh khối và trữ lượng cacbon qua giai đoạn 2015-2019.

3.1. Quy trình thu thập và xử lý dữ liệu quang học đa phổ Sentinel 2

Nguồn dữ liệu quang học đa phổ chính của nghiên cứu là ảnh Sentinel-2A do Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) cung cấp miễn phí. Dữ liệu được tải về từ cổng thông tin Copernicus Open Access Hub hoặc USGS EarthExplorer. Quy trình xử lý bao gồm các bước: (1) Nắn chỉnh hình học để đảm bảo ảnh khớp với hệ tọa độ thực tế; (2) Hiệu chỉnh khí quyển để loại bỏ ảnh hưởng của mây, mù và hơi nước, đưa giá trị pixel về giá trị phản xạ bề mặt; (3) Tổ hợp các kênh màu để dễ dàng giải đoán và (4) Cắt ảnh theo ranh giới hành chính của huyện Thái Thụy để tập trung vào khu vực nghiên cứu. Các bước xử lý này đảm bảo chất lượng và độ tin cậy của dữ liệu đầu vào cho các phân tích tiếp theo.

3.2. Ứng dụng chỉ số thực vật NDVI để phân loại lớp phủ

Chỉ số thực vật NDVI là một công cụ mạnh mẽ trong viễn thám để đánh giá thảm thực vật. Nó được tính bằng công thức: NDVI = (NIR - Red) / (NIR + Red), trong đó NIR là giá trị phản xạ ở kênh cận hồng ngoại và Red là giá trị ở kênh ánh sáng đỏ. Thực vật khỏe mạnh hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và phản xạ mạnh ánh sáng cận hồng ngoại, do đó có giá trị NDVI cao (gần +1). Ngược lại, đất trống, mặt nước có giá trị NDVI thấp hoặc âm. Bằng cách xây dựng bản đồ NDVI cho các năm, nghiên cứu có thể phân biệt rõ ràng khu vực rừng ngập mặn với các loại hình sử dụng đất khác và theo dõi sự thay đổi về mật độ và sức sống của chúng, tạo tiền đề cho việc ước tính trữ lượng cacbon.

IV. Mô hình ước tính sinh khối trên mặt đất AGB và cacbon rừng

Từ các bản đồ NDVI đã được xây dựng, bước tiếp theo là chuyển đổi các giá trị chỉ số thực vật này thành các con số cụ thể về sinh khối trên mặt đất (AGB). Để làm được điều này, nghiên cứu đã áp dụng một mô hình hồi quy toán học. Cụ thể, nghiên cứu sử dụng phương trình được phát triển bởi Myeong và cộng sự (2006), một mô hình đã được kiểm chứng và áp dụng rộng rãi trong các nghiên cứu tương tự. Mô hình này thiết lập mối quan hệ định lượng giữa giá trị NDVI từ ảnh vệ tinh và giá trị AGB đo đạc trực tiếp tại các ô mẫu thực địa. Dữ liệu thực địa được kế thừa từ các dự án nghiên cứu trước đó, chẳng hạn như dự án Nafosted 2017-2020. Sau khi mô hình được hiệu chỉnh và kiểm tra độ chính xác (sai số dưới 20% được xem là chấp nhận được), nó được áp dụng cho toàn bộ khu vực rừng ngập mặn trên bản đồ NDVI. Kết quả là các bản đồ phân bố sinh khối cho từng năm. Cuối cùng, để ước tính trữ lượng cacbon, tổng sinh khối được nhân với hệ số chuyển đổi 0.475 theo hướng dẫn của IPCC (Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi khí hậu). Quy trình này cho phép lượng hóa và trực quan hóa không gian của bể chứa cacbon và sự biến động của nó.

4.1. Xây dựng mô hình hồi quy giữa NDVI và sinh khối thực địa

Việc xây dựng mô hình hồi quy là bước cốt lõi để liên kết dữ liệu viễn thám và dữ liệu mặt đất. Đầu tiên, các giá trị sinh khối trên mặt đất (AGB) được tính toán từ số liệu đo đạc thực địa tại các ô tiêu chuẩn. Song song đó, giá trị NDVI trung bình tương ứng với vị trí của các ô tiêu chuẩn này được trích xuất từ bản đồ NDVI. Sau đó, một phương trình hồi quy (thường là tuyến tính hoặc phi tuyến) được xây dựng để mô tả mối quan hệ giữa hai bộ dữ liệu này. Độ chặt của mối quan hệ được thể hiện qua hệ số xác định R². Một mô hình tốt sẽ có R² cao, cho thấy NDVI có thể giải thích tốt cho sự biến thiên của AGB.

4.2. Công thức chuyển đổi từ sinh khối trên mặt đất AGB sang cacbon

Sau khi có được bản đồ sinh khối trên mặt đất (AGB), việc ước tính trữ lượng cacbon trở nên tương đối đơn giản. Theo hướng dẫn của IPCC, cacbon chiếm một tỷ lệ tương đối ổn định trong sinh khối khô của thực vật. Hệ số chuyển đổi phổ biến và được chấp nhận rộng rãi là 0.475, nghĩa là 47.5% sinh khối khô là cacbon. Công thức được áp dụng là: Trữ lượng Cacbon (tấn C/ha) = AGB (tấn sinh khối khô/ha) × 0.475. Việc áp dụng hệ số này cho toàn bộ bản đồ sinh khối đã tạo ra các bản đồ trữ lượng cacbon, cung cấp một cái nhìn trực quan về sự phân bố và tổng lượng cacbon được lưu trữ trong hệ sinh thái rừng ngập mặn tại Thái Thụy.

V. Phân tích biến động sinh khối cacbon rừng Thái Thụy 2015 2019

Kết quả nghiên cứu giai đoạn 2015-2019 tại huyện Thái Thụy đã chỉ ra những xu hướng tích cực trong biến động sinh khối và trữ lượng cacbon của rừng ngập mặn. Tổng diện tích rừng ngập mặn của huyện được xác định là 1623,97 ha, với độ chính xác của bản đồ phân loại đạt 85%. Phân tích dữ liệu cho thấy sinh khối trung bình trên một hecta đã tăng đều qua các năm. Cụ thể, sinh khối trung bình năm 2015 là 9,2 tấn/ha, tăng lên 14,5 tấn/ha vào năm 2017 và đạt 19,64 tấn/ha vào đầu năm 2019. Tương ứng với sự gia tăng này, tổng lượng sinh khối trên mặt đất (AGB) của toàn bộ khu vực đã tăng từ 12.554 tấn năm 2015 lên 28.338 tấn năm 2019. Điều này cho thấy các nỗ lực trồng mới, phục hồi và bảo vệ rừng ngập mặn trong khu vực đã mang lại hiệu quả rõ rệt. Sự gia tăng về sinh khối đồng nghĩa với việc khả năng hấp thụ carbon của hệ sinh thái cũng được cải thiện. Tổng trữ lượng cacbon ước tính đã tăng từ khoảng 59.632 tấn năm 2015 lên 134.606 tấn năm 2019. Kết quả này là một cơ sở dữ liệu khoa học quan trọng, minh chứng cho vai trò của rừng ngập mặn Thái Thụy như một bể chứa cacbon ngày càng lớn mạnh.

5.1. Bản đồ phân bố sinh khối trên mặt đất AGB qua các năm

Các bản đồ kết quả cho thấy sự thay đổi rõ rệt trong phân bố sinh khối trên mặt đất (AGB). Năm 2015, phần lớn diện tích rừng có sinh khối thấp (dưới 20 tấn/ha). Đến năm 2019, diện tích rừng có sinh khối cao (trên 20 tấn/ha) đã tăng lên đáng kể, đạt 655,15 ha, tập trung chủ yếu ở các xã Thụy Đô, Thái Trường và Thụy Xuân. Những khu vực này tương ứng với các khu rừng trồng đã trưởng thành hoặc rừng tự nhiên được bảo vệ tốt. Các bản đồ này không chỉ cho thấy tổng lượng sinh khối mà còn chỉ ra các "điểm nóng" về tăng trưởng, giúp các nhà quản lý xác định khu vực ưu tiên cho công tác bảo vệ và phát triển.

5.2. Đánh giá sự thay đổi trữ lượng cacbon qua các giai đoạn

Việc phân tích chuỗi thời gian cho thấy sự gia tăng liên tục của trữ lượng cacbon. Giai đoạn 2015-2017 và 2017-2019 đều ghi nhận sự tăng trưởng, mặc dù tốc độ có thể khác nhau ở từng khu vực. Sự gia tăng này là kết quả trực tiếp của quá trình quang hợp, trong đó cây rừng hấp thụ CO2 từ khí quyển và chuyển hóa thành sinh khối. Việc lượng hóa được sự thay đổi này cung cấp bằng chứng cụ thể về dịch vụ môi trường mà rừng ngập mặn mang lại. Đây là thông tin đầu vào thiết yếu cho các báo cáo về biến đổi khí hậu, cũng như để xây dựng các dự án chi trả dịch vụ môi trường rừng (PES) tại địa phương.

VI. Giải pháp quản lý tài nguyên ven biển và bảo tồn đa dạng sinh học

Kết quả từ việc sử dụng ảnh vệ tinh Sentinel-2 để xác định biến động sinh khối và trữ lượng cacbon không chỉ mang ý nghĩa học thuật mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn to lớn. Những dữ liệu này cung cấp một cơ sở khoa học vững chắc để đề xuất các giải pháp quản lý tài nguyên ven biển hiệu quả và bền vững tại huyện Thái Thụy. Dựa trên bản đồ biến động, các cơ quan chức năng có thể xác định các khu vực rừng đang phát triển tốt để nhân rộng mô hình, đồng thời khoanh vùng các khu vực bị suy thoái hoặc tăng trưởng chậm để có biện pháp can thiệp kịp thời. Việc lượng hóa được giá trị hấp thụ carbon của rừng mở ra tiềm năng xây dựng các cơ chế chi trả dịch vụ môi trường rừng, tạo nguồn tài chính bền vững cho công tác bảo vệ rừng và cải thiện sinh kế cho cộng đồng địa phương. Hơn nữa, việc duy trì và phát triển một hệ sinh thái rừng ngập mặn khỏe mạnh cũng đồng nghĩa với việc tăng cường bảo tồn đa dạng sinh học. Các giải pháp cần tập trung vào việc hài hòa giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường, nâng cao nhận thức cộng đồng và áp dụng công nghệ vào giám sát tài nguyên rừng một cách thường xuyên.

6.1. Ý nghĩa cho quản lý tài nguyên ven biển và bảo tồn đa dạng sinh học

Việc áp dụng công nghệ viễn thám cung cấp cho các nhà quản lý tài nguyên ven biển một công cụ giám sát khách quan, hiệu quả và chi phí thấp. Các bản đồ sinh khối và cacbon giúp trực quan hóa "tài sản" môi trường của địa phương, từ đó xây dựng các kế hoạch sử dụng đất bền vững, hạn chế việc chuyển đổi mục đích sử dụng đất rừng ngập mặn. Khi rừng được bảo vệ tốt, nơi cư trú cho các loài chim di cư, các loài thủy sinh cũng được đảm bảo, góp phần trực tiếp vào mục tiêu bảo tồn đa dạng sinh học trong Khu dự trữ sinh quyển châu thổ sông Hồng.

6.2. Hướng nghiên cứu và ứng dụng trong tương lai

Nghiên cứu này đã mở ra nhiều hướng đi mới. Trong tương lai, có thể kết hợp dữ liệu Sentinel-2 với các nguồn dữ liệu viễn thám khác như ảnh radar (Sentinel-1) để có thể giám sát rừng ngay cả trong điều kiện thời tiết có mây. Việc phát triển các mô hình dự báo sự thay đổi sinh khối dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế-xã hội cũng là một hướng đi cần thiết. Quan trọng nhất, cần xây dựng một hệ thống giám sát tài nguyên rừng tự động, cập nhật dữ liệu định kỳ để hỗ trợ ra quyết định một cách nhanh chóng và chính xác, đưa Thái Thụy trở thành một điển hình về quản lý rừng ngập mặn bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẶT VẤN ĐỀ Rừng ngập mặn là loại rừng phân bố ở vùng cửa sông, ven biển nhiệt đới và cận nhiệt đới, nơi có thủy triều ra vào hàng ngày. Với các hệ thống sống lớn và điều kiện thuận lợi, cùng đƣờng bờ biển dài hơn 3260 km, Việt Nam là một trong những nƣớc có diện tích rừng ngập mặn lớn ở Châu cũng nhƣ trên thế giới. Rừng ngập mặn nƣớc ta có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển, ngăn chặn gió bão, hạn chế xói lở, mở rộng diện tích đất liền và điều hòa khí hậu. Bên cạnh đó rừng ngập mặn còn có giá trị lớn về kinh tế - xã hội nhƣ cung cấp thực phẩm (hải sản…), cung cấp dƣợc phẩm, lâm sản ngoài gỗ, nhiên liệu (than các loại cây rừng ngập mặn), … Đặc biệt, rừng ngập mặn là hệ sinh thái có vai trò to lớn trong việc bảo vệ môi trƣờng và chống lại các tác động rủi ro của biến đổi khí hậu.

Song sự nhìn nhận đánh giá chƣa đầy đủ về giá trị cả rừng ngập mặn, hoạt động quản lý, bảo vệ còn hạn chế dẫn đến nhiều năm qua diện tích rừng ngập mặn bị suy giảm nghiêm trọng. Hiện nay, vấn đề biến đổi khí hậu đã và đang ảnh hƣởng đến môi trƣờng sống của con ngƣời trên toàn thế giới mà Việt Nam là một trong các nƣớc bị ảnh hƣởng nghiêm trọng nhất. Chặt phá rừng và suy thoái rừng dẫn đến các bon tự nhiên không còn chứa trong cây nữa mà sẽ phát thải vào không khí hoặc sự phân hủy dần dần của thực vật chết qua nhiều thập kỷ cũng làm tăng lƣợng khí các bon dioxit trong không khí. Vì thế, để kiểm soát lƣợng khí thải vào khí quyển ngoài việc kiểm soát lƣợng khí thải từ các khu công nghiệp trên thế giới, việc giám sát chặt chẽ nguồn phát thải từ rừng là hết sức cần thiết vì rừng là nguồn lƣu trữ lƣợng các bon trong tự nhiên.

Để thực hiện việc này, ngoài việc lập bản đồ hiện trạng phân bố rừng thì việc tính toán sinh khối rừng là hết sức quan trọng, đặc biệt là biến động sinh khối. Kết quả tính sinh khối rừng chính xác sẽ là một tham số quan trọng trong việc đƣa ra các phƣơng án nhằm đối phó với vấn đề biến đổi khí hậu. Trong nƣớc cũng nhƣ trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến xác định biến động sinh khối, tính toán xây dựng bản đồ biến động trữ lƣợng các 1 bon rừng ngập mặn nhƣng ứng dụng công nghệ viễn thám và GIS vào nghiên cứu ở nƣớc ta thì chƣa nhiều. Thay vì phải trực tiếp đi vào rừng để điều tra chi tiết nhƣ trƣớc, công nghệ viễn thám kết với kỹ thuật lấy mẫu điều tra thực địa sẽ làm tăng tính khách quan và giảm đáng kể chi phí cũng nhƣ sức lao động cho các nhà nghiên cứu hay làm công tác điều tra.

Ngày nay, kỹ thuật viễn thám trên thế giới ngày càng hoàn thiện tiến bộ hơn, hàng loạt các chƣơng trình giám sát Trái Đất bằng vệ tinh đƣợc thực hiện qua các năm. Với chi phí thấp, tiếp cận dễ dàng hơn vì vậy việc ứng dụng kỹ thuật vào quản lý, giám sát diện tích rừng ở Việt Nam cũng ngày càng phổ biến hơn. Từ ý nghĩa thực tiễn và khoa học, đề tài nghiên cứu “Sử dụng ảnh viễn thám Sentinel 2 xác định biến động sinh khối và trữ lượng cácbon rừng ngập mặn trên mặt đất tại huyện Thái Thụy, tỉnh Thái Bình giai đoạn 2015- 2019” nhằm góp phần bổ sung cơ sở khoa học tin cậy đánh giá biến động tài nguyên rừng ngập mặn, đề xuất các giải pháp quản lý hiệu quả nhằm quản lý, bảo vệ, tăng trữ lƣợng các bon rừng ngập mặn tại khu vực nghiên cứu. 2 CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.

Tổng quan về GIS và viễn thám 1. Tổng quan về GIS Hệ thống thông tin địa lý - Geographic Information System (GIS) là một nhánh của công nghệ thông tin, đã hình thành từ những năm 60 của thế kỷ trƣớc và phát triển rất mạnh trong những năm gần đây. GIS đƣợc sử dụng nhằm xử lý đồng bộ các lớp thông tin không gian (bản đồ) gắn với các thông tin thuộc tính, phục vụ nghiên cứu, quy hoạch và quản lý các hoạt động theo lãnh thổ. Ngày nay, ở nhiều quốc gia trên thế giới, GIS đã trở thành công cụ trợ giúp quyết định trong hầu hết các hoạt động kinh tế-xã hội, an ninh, quốc phòng, đối phó với thảm hoạ thiên tai v.

GIS có khả năng trợ giúp các cơ quan chính phủ, các nhà quản lý, các doanh nghiệp, các cá nhân v. đánh giá đƣợc hiện trạng của các quá trình, các thực thể tự nhiên, kinh tế-xã hội thông qua các chức năng thu thập, quản lý, truy vấn, phân tích và tích hợp các thông tin đƣợc gắn với một nền bản đồ số nhất quán trên cơ sở toạ độ của các dữ liệu bản đồ đầu vào. Có nhiều định nghĩa về GIS, nhƣng nói chung đã thống nhất quan niệm chung: GIS là một hệ thống kết hợp giữa con người và hệ thống máy tính cùng các thiết bị ngoại vi để lưu trữ, xử lý, phân tích, hiển thị các thông tin địa lý để phục vụ một mục đích nghiên cứu, quản lý nhất định. Xét dƣới góc độ là công cụ, GIS dùng để thu thập, lƣu trữ, biến đổi, hiển thị các thông tin không gian nhằm thực hiện các mục đích cụ thể.

Xét dƣới góc độ là phần mềm, GIS làm việc với các thông tin không gian, phi không gian, thiết lập quan hệ không gian giữa các đối tƣợng. Có thể nói các chức năng phân tích không gian đã tạo ra diện mạo riêng cho GIS. Xét dƣới góc độ ứng dụng trong quản lý nhà nƣớc, GIS có thể đƣợc hiểu nhƣ là một công nghệ xử lý các dữ liệu có toạ độ để biến chúng thành các thông tin trợ giúp quyết định phục vụ các nhà quản lý. 3 Xét dƣới góc độ hệ thống, GIS là hệ thống gồm các hợp phần: Phần cứng, Phần mềm, Cơ sở dữ liệu và Cơ sở tri thức chuyên gia.

Chức năng GIS Một hệ GIS phải đảm bảo đƣợc 6 chức năng cơ bản sau: - Capture: thu thập dữ liệu. Dữ liệu có thể lấy từ rất nhiều nguồn, có thể là bản đồ giấy, ảnh chụp, bản đồ số… - Store: lƣu trữ. Dữ liệu có thể đƣợc lƣu dƣới dạng vector hay raster. - Query: truy vấn (tìm kiếm).

Ngƣời dùng có thể truy vấn thông tin đồ hoạ hiển thị trên bản đồ. - Analyze: phân tích. Đây là chức năng hộ trợ việc ra quyết định của ngƣời dùng. Xác định những tình huống có thể xảy ra khi bản đồ có sự thay đổi.

- Display: hiển thị. Hiển thị bản đồ. - Output: xuất dữ liệu. Hỗ trợ việc kết xuất dữ liệu bản đồ dƣới nhiều định dạng: giấy in, Web, ảnh, file… 1.

Tổng quan về viễn thám Viễn thám (Remote sensing) đƣợc định nghĩa bằng nhiều từ ngữ khác nhau, nhƣng nói chung đều thống nhất theo quan điểm chung là khoa học và công nghệ thu thập thông tin của vật thể mà không tiếp xúc trực tiếp với vật thể đó. Định nghĩa sau đây có thể coi là tiêu biểu: “Viễn thám là khoa học và công nghệ mà theo đó các đặc tính đối tƣợng quan tâm đƣợc nhận diện, đo đạc, phân tích các tính chất mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tƣợng”. Đối tƣợng trong định nghĩa này có thể hiểu là một đối tƣợng cụ thể, một vùng hay một hiện tƣợng. Viễn thám điện từ là khoa học và công nghệ sử dụng sóng điện từ để chuyển tải thông tin từ vật cần nghiên cứu tới thiết bị thu nhận thông tin cũng nhƣ công nghệ xử lý để các thông tin thu nhận có ý nghĩa.

Viễn thám điện từ bao gồm viễn thám quang học và viễn thám Radar. Viễn thám cung cấp nhanh các tƣ liệu ảnh số có độ phân giải cao, làm dữ liệu cơ bản cho việc thành lập và hiệu chỉnh hệ thống bản đồ và cơ sở dữ liệu địa lý quốc gia. 4 Tách thông tin trong viễn thám có thể phân thành 5 loại: Phân loại: là quá trình tách, gộp thông tin dựa trên các tính chất phổ, không gian và thời gian cho bởi ảnh của đối tƣợng cần nghiên cứu. Phát hiện biến động: là sự phát hiện và tách các sự biến động (thay đổi) dựa trên dữ liệu ảnh đa thời gian.

Tách các đại lƣợng vật lý: chiết tách các thông tin tự nhiên nhƣ đo nhiệt độ, trạng thái khí quyển, độ cao của vật thể dựa trên các đặc trƣng phổ hoặc thị sai của ảnh lập thể. Tách các chỉ số: tính toán xác định các chỉ số mới (chỉ số thực vật NDVI. Xác định các đặc điểm: xác định thiên tai, các dấu hiệu phục vụ tìm kiếm khảo cổ. Đặc trƣng của ảnh viễn thám: Năng lƣợng điện tử có thể đƣợc nhận biết bằng phim ảnh hay điện tử.

Có thể ghi biến thiên năng lƣợng trên phim nháy ánh sáng. Cần phân biệt hai khái niệm ảnh (Image) và ảnh chụp (Photograph) trong viễn thám. Ảnh đƣợc hiểu là hình thức biểu diễn “cảnh” bất kỳ, không quan tâm đến bƣớc sóng hay thiết bị viễn thám nào đƣợc sử dụng. Ảnh chụp đề cập đến ảnh đƣợc chụp trên phim ảnh.

Thông thƣờng, ảnh đƣợc chụp tại bƣớc sóng từ 0. Vậy, mọi ảnh chụp là ảnh, nhƣng không phải mọi ảnh là ảnh chụp. Ảnh chụp có thể đƣợc biểu diễn và hiển thị dƣới dạng ảnh số bằng cách chia ảnh thành các ô vuông nhỏ bằng nhau (theo cột và hàng), gọi là pixel. Biểu diễn độ sang của mỗi vùng bằng một giá trị số (DN- Digital Number) 1.

Tích hợp GIS và viễn thám Những kết quả ứng dụng viễn thám gần đây chỉ ra rằng giải quyết một vấn đề thực tiễn chỉ dựa đơn thuần trên tƣ liệu viễn thám là một việc hết sức khó khăn và trong nhiều trƣờng hợp không thể thực hiện nổi. Vì vậy, cần phải có một sự tiếp cận tổng hợp trong đó tƣ liệu viễn thám giữ một vai trò quan trọng và kèm theo các thông tin truyền thông khác nhƣ số liệu thống kê, quan trắc, số 5 liệu thực địa. Cách tiếp cận đánh giá, quản lý tài nguyên nhƣ vậy đƣợc các nhà chuyên môn đặt tên là hệ thống thông tin địa lý. GIS là công cụ dựa trên máy tính dùng cho việc thành lập bản đồ và phân tích các đối tƣợng tồn tại và các sự kiện bao gồm đất đai, sông ngòi, khoáng sản, con ngƣời, khí tƣợng thuỷ văn, môi trƣờng nông nghiệp v.v xảy ra trên trái đất.