Đánh giá sa mạc hóa ở Việt Nam bằng phương pháp viễn thám

1. Đánh giá sa mạc hóa ở Việt Nam bằng phương pháp viễn thám Hoàng Việt Anh

2. Giới thiệu • Sa mạc hóa: • Sự thoái hóa đất đai ở vùng khô hạn, bán khô hạn và nhiệt đới bán khô hạn • Tổng hợp nhiều yếu tố: yếu tố khí hậu, yếu tố con người • Suy giảm sức sản xuất của đất • Suy giảm nguồn lương thực, tài nguyên nước  đói nghèo • > 250 triệu người chịu ảnh hưởng trực tiếp từ sa mạc hóa • Hàng năm thiệt hại $42 tỷ do sa mạc hóa

3. Bản đồ sa mạc hóa (UNEP 1992)

6. Sa mạc hóa ở Việt Nam • 1.6 triệu ha đất cát ven biển bị ảnh hưởng nặng • 3 triệu ha đất trống đồi núi trọc bị mất hoàn toàn sức sản xuất sinh học • Ba dạng sa mạc hóa cơ bản: • Cát di động bờ biển • Mặn hóa các vùng đất cát • Xói mòn các vùng đất dốc

7. Vấn đề đặt ra • Hầu hết nghiên cứu về sa mạc hóa đều tập trung vào các vùng sa mạc điển hình ở châu Phi, Trung Á • Đánh giá sa mạc hóa ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới thường gặp khó khăn do mây che phủ, thiếu dữ liệu, thiếu nguồn lực cho các chương trình xây dựng bản đồ • Các kỹ thuật đánh giá, theo dõi hiện nay được xây dựng phù hợp cho các vùng khô hạn điển hình. • Những phương pháp này không phù hợp với sa mạc hóa ở vùng nhiệt đới, cả về mặt tỷ lệ lẫn đặc điểm của hệ sinh thái

8. Mục tiêu • Xây dựng một phương pháp đánh giá sa mạc hóa có giá thành hợp lý, phù hợp cho các vùng nhiệt đới bán khô hạn, trên cơ sở tổ hợp dữ liệu từ nhiều nguồn ảnh viễn thám. • Phương pháp có khả năng ứng dụng ở Việt Nam và các vùng lân cận có điều kiện tương tự.

9. Vùng nghiên cứu ASTER image Jan 2005

10. Khí hậu

11. Các dạng lập địa cơ bản tại vùng nghiên cứu

12. Phương pháp và dữ liệu • Đánh giá trên 2 tỷ lệ: nhỏ và trung bình • NC định lượng sử dụng các chỉ số địa vật lý • Các chỉ số cần thiết từ ảnh viễn thám • Nhiệt độ bề mặt • Chỉ số thực vật • Độ ẩm đất • Tỷ lệ nhỏ: ảnh MODIS • Tỷ lệ trung bình: ảnh ASTER & ENVISAT ASAR

13. Ảnh ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection radiometer)

14. ASTER sensor

15. Ảnh MODIS • Độ phân giải: 250 m – 1000 m • Số băng tần: 36 • Ứng dụng: • Khí quyển • Đại dương • Thực vật • Địa hóa • Địa vật lý

16. Ảnh MODIS • Giải đoán đất khô hạn/ so sánh với đơn vị đất cát trích từ bản đồ thổ nhưỡng

17. ENVISAT ASAR • Ảnh Radar • active sensor • Không phụ thuộc thời tiết • Độ phân giải 30m

18. Thực địa • Hai đợt khảo sát thực địa: mùa khô, mùa mưa • 140 điểm mẫu ngẫu nhiên theo nhóm hiện trạng • Chỉ số đo đếm: • Loại hình thực vật che phủ, cover % • Cơ giới đất • Độ mấp mô bề mặt (surface roughness) • Độ ẩm đất • Nhiệt độ bề mặt

19. ASAR wide-swath MODIS Data DATA INTEGRATION REGIONAL DESERTIFICATION INDEX SURFACE REFLECTANCE SURFACE TEMPERATURE VEGETATION INDEX RADAR BACKSCATTER MULTI-TEMPORAL IMAGES Small scale CRITICAL AREA FOR DETAIL ASSESSMENT ENVISAT ASAR DATA ASTER DATA DATA INTEGRATION DESERTIFICATION INDEX SURFACE REFLECTANCE SURFACE TEMPERATURE VEGETATION INDEX SOIL MOISTURE Medium scale MAP OF AREA UNDER DESERTIFICATION RISK

20. Nhiệt độ bề mặt • Phương trình Planck • R=f (T, ε)

21. Chỉ số thực vật

22. Cùng 1 chỉ số thực vậtI Cây thiếu nước  tăng nhiệt độ Đủ nước  nhiệt độ giảm Khảo sát mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt (LST) và chỉ số thực vật

23. a b VTAI = C) LST max o LST ( (warm edge) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 b a (cold edge) LSTmin 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 NDVI Xây dựng mô hình chỉ số nhiệt thực vậtVegetation temperature angle index (VTAI) VTAI chạy từ 0 đến 1 VTAI càng nhỏ mức độ khô hạn càng lớn

24. Tính chỉ số VTAI cho ảnh ASTER Nhiệt độ mặt đất (LST) SAVI

25. ASTER VTAI

26. 1 0 ASTER VTAI (tháng 1 2005)

27. VTAI mùa khô/mưa 2005 VTAI mùa mưa VTAI mùa khô ảnh ASTER

28. ASAR wide-swath MODIS Data DATA INTEGRATION REGIONAL DESERTIFICATION INDEX SURFACE REFLECTANCE SURFACE TEMPERATURE VEGETATION INDEX RADAR BACKSCATTER MULTI-TEMPORAL IMAGES CRITICAL AREA FOR DETAIL ASSESSMENT Small scaleMedium scale ENVISAT ASAR DATA ASTER DATA DATA INTEGRATION DESERTIFICATION INDEX SURFACE REFLECTANCE SURFACE TEMPERATURE VEGETATION INDEX SOIL MOISTURE MAP OF AREA UNDER DESERTIFICATION RISK

29. Ước lượng độ ẩm đất: phương pháp delta (mùa mưa-mùa khô) (Sano, E.E 1997) • Tín hiệu radar phụ thuộc vào: độ ẩm, độ mấp mô bề mặt, địa hình • Sử dụng sự khác biệt tín hiệu radar giữa mùa khô và mùa mưa (Δσwet-dry) để khử nhiễu gây ra do độ mấp mô bề mặt và địa hình • Sử dung mối tương quan giữa ảnh radar và ảnh quang học để mô hình hóa mối tương quan giữa độ ẩm, lớp phủ thực vật và (Δσwet-dry)

30. Backscatter profile Vegetation bare soil sand dune

31. Quan hệ giữa tín hiệu radar và độ ẩm đất Toàn vùng nghiên cứu Vùng đất cát

32. 0 10 20 30 50 Bản đồ độ ẩm đất

33. Kết luận • Có sự tương quan vật lý và sinh học giữa nhiệt độ bề mặt, chỉ số thực vật, và độ khô hạn của đất • Chỉ số nhiệt thực vật có thể ứng dụng để đánh giá độ khô hạn của đất, đồng thời phản ánh sức sống của thực vật, qua đó giải thích được quá trình sa mạc hóa • Chỉ số Delta SAR là tương đối độc lập với độ mấp mô mặt đất và thực vật • Chỉ số Delta SAR có thể ứng dụng để ước tính độ ẩm đất

34. Reference • WAN, Z., WANG, P., and L, X., 2004, Using MODIS Land surface temperature and Normalized Diference Vegetation index products for monitoring dought in the southern Great Plains, USA.: International Journal of remote sensing,, v. 25, p. 61-72. • SUSAN MORAN, M., HYMER, D. C., QI, J., and SANO, E. E., 2000, Soil moisture evaluation using multi-temporal synthetic aperture radar (SAR) in semiarid rangeland: Agricultural and Forest Meteorology, v. 105, p. 69-80.

35. Ứng dụng cho Lâm nghiệp • MODIS • Bản đồ hiện trạng toàn quốc • Bài toán về trữ lượng carbon • Cháy rừng • ASTER • Bản đồ hiện trạng tỉnh • Thay đổi sử dụng đất • SAR • Bản đồ rừng cho những vùng mây mù • Độ ẩm đất • ~ Trữ lượng gỗ