- ỨNG DỤNG ẢNH MODIS THEO DÕI SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT VÀ TÌNH HÌNH KHÔ HẠN. - Dữ liệu ảnh vệ tinh MODIS cung cấp bởi NASA với độ phân giải thời gian cao cho phép nghiên cứu biến động nhiệt độ bề mặt trên cả hai góc độ đa phổ và đa thời gian, cung cấp một khối lượng lớn thông tin về bề mặt trái đất trên phạm vi rộng. - Nghiên cứu này sử dụng dòng ảnh vệ tinh MOD11A2 (độ phân giải 1km, chu kỳ thời gian 8 ngày) từ năm 2000 đến năm 2010 để tính toán và đánh giá nhiệt độ bề mặt đất và chỉ số khô hạn vùng đồng bằng sông Cửu Long kết hợp phỏng vấn hộ nông dân trong vùng nghiên cứu. - Kết quả đã xây dựng hoàn chỉnh qui trình tính toán nhiệt độ bề mặt đất và chỉ số khô hạn thực vật TVDI cho vùng ĐBSCL từ ảnh MODIS. - Ngoài ra, những vùng có chỉ số khô hạn TVDI cao trên bản đồ cũng phù hợp với kết quả khảo sát thực tế tại cùng thời điểm. - Điều này cho thấy khả năng ứng dụng ảnh viễn thám nhiệt của vệ tinh MODIS với độ phân giải thấp (1km) và chu kỳ thời gian ngắn (8 ngày) để theo dõi và dự báo khô hạn cho toàn vùng ĐBSCL là phù hợp. - Đây là nghiên cứu sẽ góp phần xác định các khu vực khô hạn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp liên quan đến biến đổi khí hậu hiện nay.. - Từ khóa: Khô hạn, Chỉ số khô hạn, Nhiệt độ bề mặt đất, MODIS. - (2004), khô hạn là một nhân tố ảnh hưởng đến sự thay đổi của khí hậu, khô hạn có thể được mô tả bởi ba đặc điểm: cường độ, thời hạn, phạm vi không gian. - Thông thường khô hạn thường xảy ra trên diện rộng trong khi đó việc quan trắc bằng các phương pháp truyền thống đang rất khó khăn, đặc biệt ở những nước đang phát triển với những hạn chế đáng kể trong việc đầu tư cho hệ thống quan trắc, thu thập các tham số môi trường, nên khả năng dự báo với độ chính xác chưa cao, gây nhiều rủi ro trong sản xuất nông nghiệp như sự xâm nhập mặn, thiếu nước tưới và làm tăng đáng kể khả năng cháy rừng. - Trong khi đó, hiện nay các nghiên cứu liên quan đến biến đổi khí hậu ở Việt Nam nói chung và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói riêng chưa nhiều, công tác chuẩn bị thích ứng với thời tiết khô hạn do biến đổi khí hậu chỉ mới ở bước đầu và mới được thực hiện ở một số địa phương riêng lẻ. - Bộ cảm MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometers) đặt trên vệ tinh TERRA và AQUA cung cấp hàng ngày tư liệu với nhiều kênh phổ được ứng dụng rất rộng rãi, có thể cung cấp thông tin về bề mặt trái đất, có chu kỳ thời gian ngắn hơn và phần phủ mặt đất lớn hơn. - Ngoài ra, với tính ưu việt là ước tính được nhiệt độ bề mặt và độ ẩm không khí khá chính xác, đặc biệt là mức độ chi tiết của kết quả được thể hiện trên toàn vùng, hiệu quả hơn so với chỉ số đo tại điểm quan trắc, viễn thám nhiệt có thể được xem là phương pháp thay thế ưu việt cho phương pháp đo đạc truyền thống từ các trạm quan trắc khí tượng hiện nay.. - Nghiên cứu nhằm ứng dụng ảnh viễn thám MODIS Terra/Aqua-LST để theo dõi diễn biến sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất ở ĐBSCL làm cơ sở đánh giá tác động của sự biến đổi khí hậu đối với vùng ĐBSCL, đặc biệt là các ảnh hưởng do khô hạn.. - 2.2 Dữ liệu. - Hai loại ảnh được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm ảnh MODIS nhiệt độ bề mặt đất, chu kỳ quan sát 8 ngày/lần, độ phân giải không gian 1 km (MODIS/Terra Land Surface Temperature/Emissivity 8-Day L3 Global 1km SIN Grid V005 - MOD11A2) và ảnh MODIS phản xạ bề. - Tạo ảnh chỉ số thực vật NDVI từ ảnh vệ tinh MOD09Q1. - Ảnh này được sử dụng để tính toán giá trị chỉ số thực vật NDVI. - Chỉ số thực vật NDVI được tính theo công thức sau:. - Tạo ảnh nhiệt độ bề mặt từ ảnh MOD11A2. - Dữ liệu ảnh MOD11A2 sau khi được thu thập sẽ được xử lý theo quy trình kỹ thuật sau đây để xác định nhiệt độ bề mặt:. - Để tính toán nhiệt độ bề mặt đất, lớp dữ liệu nhiệt độ bề mặt đất ngày/đêm có độ phân giải không gian 1km và độ phân giải bức xạ 16 bit được chiết tách và chuyển sang dữ liệu số (DN-digital numbers) có độ phân giải bức xạ 12 bit. - Nhân với hệ số quy đổi: hệ số quy đổi (scale factor) được cung cấp từ nhà sản xuất thông qua các thông số kĩ thuật được tính toán dựa trên thực nghiệm sử dụng các thuật toán xác định nhiệt độ từ nhiều phương pháp. - Nhiệt độ bề mặt được xác định bằng cách nhân giá trị số DN của ảnh (12 bit) với hệ số quy đổi để có được nhiệt độ Kelvin ( 0 K), sau đó quy đổi về nhiệt độ Celcius ( o C). - Tính toán chỉ số khô hạn TVDI từ 2 lớp giá trị LST và NDVI. - Tính toán chỉ số TVDI bằng sử dụng các thuật toán trong phần mềm ENVI.. - Hình 1: Sơ đồ phương pháp xác định chỉ số TVDI. - Phân vùng khô hạn. - Trên dữ liệu ảnh chỉ số khô hạn TVDI, mỗi giá trị số (Digital number –DN) là giá trị khô hạn nhiệt độ/thực vật. - Các điểm khảo sát tập trung ở những vùng canh tác lúa có tần suất xuất hiện khô hạn cao.. - Đánh giá diễn biến khô hạn. - Dựa vào ảnh đa thời gian để đánh giá diễn biến khô hạn đồng thời đánh giá ảnh hưởng của khô hạn đến vùng canh tác lúa.. - 3.1 Kết quả ứng dụng dữ liệu ảnh MODIS trong theo dõi biến động chỉ số khô hạn vùng ĐBSCL. - 3.1.1 Sự biến động nhiệt độ bề mặt đất. - Giá trị nhiệt độ bề mặt đất trung bình từng mùa khô ở mỗi tỉnh của đồng bằng sông Cửu Long từ năm 2000 đến 2010 được phân tích từ chuỗi bản đồ nhiệt độ đa thời gian. - Từ dữ liệu tính toán cho thấy các tỉnh An Giang, Sóc Trăng, Trà Vinh và Long An thường có mức nhiệt độ trung bình trong mùa khô cao hơn so với các tỉnh khác trong vùng. - Hình 2: Bản đồ nhiệt độ bề mặt ở ĐBSCL qua các năm và 2010. - Bảng 2 trình bày dữ liệu nhiệt độ trung bình hàng tháng của 3 mùa khô từ năm 2007 đến 2010 của 13 tỉnh thành vùng ĐBSCL. - Kết quả cho thấy hầu hết ở các tỉnh đều có xu hướng nhiệt độ trong mùa khô năm sau cao hơn năm trước. - Quan sát sự biến động nhiệt độ trong từng mùa khô cho thấy nhiệt độ thường tăng cao trong tháng 3 và tháng 4.. - Tỉnh An Giang có một số huyện đất có địa hình cao như Tri Tôn, Tịnh Biên do tiếp giáp đồi núi, hệ thống kênh rạch không cung cấp đủ nước nên đất đai thường ở tình trạng khô hạn, trên ảnh giải đoán cho thấy các huyện này có nhiệt độ cao hơn hẳn các huyện khác trong tỉnh.. - Qua phân tích nhiệt độ bề mặt của tỉnh Sóc Trăng cho thấy nhiệt độ tăng dần từ đầu mùa khô đến tháng 3, sau đó vào tháng 4 nhiệt độ có khuynh hướng giảm. - Dựa vào bản đồ nhiệt độ và kết quả kiểm tra hiện trạng sử dụng đất cho thấy nơi có nhiệt độ cao gồm các vùng đất giồng cát và các vùng lúa 1 vụ.. - Đối với tỉnh Trà Vinh, sự biến thiên nhiệt độ tương tự như tỉnh Sóc Trăng. - Trên bản đồ nhiệt độ cho thấy ở tỉnh Trà Vinh các vùng có nhiệt độ cao là các vùng đất giồng cát thiếu nước tưới.. - Bảng 2: Tổng hợp nhiệt độ bề mặt trung bình các tỉnh ĐBSCL từ 2007-2010 Tháng. - Giá trị nhiệt độ bề mặt ở ĐBSCL trong 3 mùa khô từ 2008 đến 2010 (Hình 3) cho thấy nhiệt độ bề mặt có xu hướng tăng cao vào tháng 3 và 4 hàng năm. - Ngoài ra, nhiệt độ bề mặt năm 2010 có xu hướng cao hơn năm 2008 và 2009.. - a) Nhiệt độ bề mặt trung bình (Mean) b) Nhiệt độ bề mặt tối đa (Max). - Hình 3: Biểu đồ nhiệt độ bề mặt trung bình và nhiệt độ bề mặt cao nhất vùng ĐBSCL vào mùa khô năm và 2010. - Qua kết quả so sánh nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ không khí ở tỉnh Sóc Trăng từ năm 2004 đến 2007 cho thấy có sự tương quan cao, kết quả đánh giá sự tương quan giữa 2 bộ dữ liệu này được trình bày ở Bảng 3. - Nhìn chung, nhiệt độ bề mặt đất tính toán được từ ảnh thường có khoảng biến động lớn hơn so với nhiệt độ không khí đo thực tế. - Tuy nhiên, nhiệt độ bề mặt đất trung bình thu được từ ảnh mang tính đại diện cao hơn vì được tính toán từ trung bình tất cả các điểm ảnh thay vì trên cơ sở một số trạm quan trắc ở các huyện theo phương pháp đo đạc trực tiếp.. - Bảng 3: Kết quả sự tương quan của số liệu nhiệt độ đo được từ ảnh viễn thám MODIS và từ trạm đo mặt đất. - Hình 4 thể hiện mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt đất và nhiệt độ không khí.. - Từ kết quả quan sát trên biểu đồ biến thiên nhiệt độ bề mặt đất và nhiệt độ không khí, có thể thấy như sau:. - Xu hướng biến thiên nhiệt độ trong từng năm của cả hai nguồn dữ liệu nhiệt độ là giống nhau. - Tuy nhiên, nhiệt độ trung bình tháng trên bề mặt đất có khoảng biến động lớn hơn (khoảng 7 0 C-10 0 C) so với nhiệt độ trung bình tháng trong không khí (khoảng 3 0 C-5 0 C). - Điều này có thể do các đối tượng trên bề mặt đất thường là đất đá, thực vật và nước. - Các đối tượng này có khả năng hấp thụ và bức xạ nhiệt nhanh hơn các loại khí trong khí quyển nên nhiệt độ của chúng thường cao (nóng) hay thấp (lạnh) nhanh hơn không khí.. - Sự biến thiên nhiệt độ trung bình tháng bề mặt đất có xu hướng xảy ra và thường đạt giá trị cao nhất trước so với biểu đồ biến thiên nhiệt độ trung bình tháng đo trong không khí. - Điều này cho thấy nhiệt độ bề mặt đất có ảnh hưởng đến nhiệt độ không khí và có thể ứng dụng số liệu nhiệt độ trung bình tháng bề mặt đất để dự đoán xu thế biến động nhiệt độ trung bình tháng trong không khí. - Tuy nhiên, để có những kết luận chính xác hơn về mối tương quan này, cần thí nghiệm thu thập và xử lý số liệu nhiệt độ đo đạc được của nhiều trạm đo ở các tỉnh, huyện thuộc vùng ĐBSCL cũng như ở các thời điểm đo khác nhau trong ngày, trong nhiều năm để đối chiếu với số liệu nhiệt độ đo từ ảnh viễn thám.. - Nhiệt độ trung bình tháng từ ảnh Nhiệt độ trung bình tháng đo 2 per. - Hình 4: Biểu đồ biến thiên nhiệt độ trung bình tháng bề mặt đất được tính toán từ ảnh viễn thám MODIS và nhiệt độ trung bình tháng trong không khí từ các trạm đo mặt đất. - 3.1.2 Sự biến động của chỉ số khô hạn TVDI. - Quan sát biểu đồ phân bố không gian về chỉ số khô hạn TVDI cho toàn vùng ĐBSCL (Hình 5) cho thấy giá trị TVDI phân bố theo từng khu vực. - Hình 5: Phân bố không gian chỉ số khô hạn TVDI vùng ĐBSCL ngày 10/01/2010. - Chuỗi giá trị TVDI trong mùa khô được thể hiện qua Hình 6 cho thấy trong 3 tháng đầu của mùa khô (từ tháng 11 năm 2009 đến giữa tháng 2 năm 2010) giá trị TVDI ổn định ở mức thấp dao động từ sau đó giá trị TVDI bắt đầu tăng nhanh ở mức 0,6 và tăng đều vào những tháng cuối mùa khô với mức giao động từ đây là thời điểm thực vật bắt đầu biểu hiện trạng thái thiếu nước khi tình trạng ẩm độ đất thấp nghiêm trọng thông qua chỉ số NDVI bị giảm.. - Nhìn chung, từ kết quả quan sát, phân tích xu hướng biến đổi chỉ số TVDI trong mùa khô 2009-2010 cho thấy xu hướng biến động chỉ số TVDI của vùng ĐBSCL như sau:. - Dựa trên thang đánh giá cấp độ khô hạn do Hand et al. - (2010) đề xuất thì vùng ĐBSCL có nền nhiệt cao và biến đổi phức tạp nhưng giá trị chỉ số khô hạn không cao. - Hiện tượng khô hạn chỉ có thể xảy ra ở những vùng đất có địa hình cao hoặc khu vực ven biển, thường bị nhiễm mặn trong mùa khô với thời gian nắng nóng kéo dài nhiều tháng liên tục. - Tuy nhiên, khả năng xảy ra khô hạn cục bộ vẫn có thể diễn ra ở một vài khu vực trong thời gian ngắn. - 3.2 Khả năng ảnh hưởng của khô hạn đến các vùng đất trồng lúa.. - Kết quả khảo sát khả năng ảnh hưởng của khô hạn ở ĐBSCL được phân tích trên hai vùng đất canh tác lúa có khả năng nhiễm mặn và không có khả năng nhiễm mặn. - Vùng canh tác lúa có khả năng nhiễm mặn được khảo sát chủ yếu ở các tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng và Trà Vinh và không có khả năng nhiễm mặn là tỉnh An Giang.. - Từ kết quả khảo sát từ 100 hộ canh tác lúa trong vùng có chỉ số khô hạn TVDI cao trong năm 2010 ở 4 tỉnh nói trên cho thấy, cơ cấu canh tác lúa bị ảnh hưởng bởi khô hạn ở khu vực có khả năng nhiễm mặn chủ yếu là hai vụ (Đông Xuân sớm – Hè Thu muộn) và lúa một vụ (lúa-tôm). - Trên vùng đất lúa không nhiễm mặn, cơ cấu có khả năng bị ảnh hưởng bởi khô hạn chủ yếu là lúa một vụ ở vùng núi thuộc huyện Tri Tôn. - Các vùng canh tác lúa 2 vụ hay 3 vụ ở An Giang ít chịu ảnh hưởng của khô hạn. - Dưới đây là kết quả khảo sát ở các kiểu canh tác lúa.. - Kiểu canh tác lúa 1 vụ hay lúa-tôm: Kết quả khảo sát ở khu vực canh tác lúa một vụ sử dụng nước trời cho thấy thời gian canh tác chủ yếu từ tháng 8 đến tháng 12 dương lịch, gồm vụ Thu Đông hoặc vụ Mùa. - Kiểu canh tác lúa một vụ chủ yếu ở huyện Tri Tôn, tỉnh An Giang. - Kết quả đối chiếu giữa thời gian canh tác lúa một vụ và thời gian khô hạn cho thấy:. - Thời gian có chỉ số TVDI cao là thời điểm đất bỏ trống không canh tác.. - Đối với kiểu canh tác lúa một vụ, chỉ số khô hạn cao trong mùa khô kéo dài ảnh hưởng đến thời điểm xuống giống.. - Đối với kiểu canh tác lúa-tôm, chỉ số khô hạn cao trong khoảng thời gian ngắn khi ruộng khô chờ mưa để xuống giống lúa, do đó thời gian có chỉ số khô hạn cao ở khu vực này cũng ảnh hưởng đến lịch gieo trồng lúa.. - Kiểu canh tác lúa 2 vụ: Chủ yếu là vụ Đông Xuân –Hè Thu. - Tóm lại, từ kết quả đối chiếu giữa thời gian canh tác lúa và thời gian khô hạn cho thấy:. - Ở An Giang, thời gian chỉ số khô hạn TVDI cao chỉ kéo dài trong thời gian ngắn ở thời điểm chuyển vụ giữa vụ Đông Xuân (cuối tháng 2) và vụ Hè Thu (đầu tháng 4). - Khả năng vùng này chịu ảnh hưởng của khô hạn rất thấp.. - Do vậy, thời điểm chỉ số TVDI cao từ tháng 2 đến tháng 4 có thể ảnh hưởng đến tiến độ xuống giống vụ HT. - Khả năng khô hạn xảy ra ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp ở những vùng canh tác 3 vụ là rất thấp do khu vực này thường có nguồn nước tưới dồi dào. - Thời điểm được xác định có chỉ số khô hạn TVDI cao ở khu vực này thường rất ngắn trong tháng 3 hàng năm, trùng với thời điểm chuẩn bị đất để canh tác vụ Hè Thu.. - Nghiên cứu đã xây dựng hoàn chỉnh qui trình tính toán nhiệt độ bề mặt và chỉ số khô hạn thực vật TVDI từ ảnh MODIS bằng các phần mềm viễn thám và GIS đơn giản. - Kết quả số liệu nhiệt bề mặt tính toán từ qui trình bước đầu cho thấy có độ tin cậy cao thể hiện ở mối tương quan chặt với các dữ liệu đo đạc thực địa. - Những vùng có chỉ số khô hạn TVDI cao trên bản đồ giải đoán cũng phù hợp với kết quả khảo sát hiện trạng canh tác thực tế tại cùng thời điểm. - Đây là nghiên cứu góp phần xác định các khu vực khô hạn ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp liên quan đến biến đổi khí hậu hiện nay.. - Việc kết hợp sử dụng số liệu lượng mưa trung bình đo đạc cùng với ảnh viễn thám nhiệt để dự báo khô hạn cũng là một trong những hướng nghiên cứu mới.. - Ngoài ra, cần có thêm những nghiên cứu về chỉ số khô hạn TVDI áp dụng trên nhiều loại ảnh viễn thám nhiệt của các vệ tinh khác nhau nhằm xác định khác biệt giá trị của chỉ số khô hạn TVDI trên các loại ảnh viễn thám nhiệt.