- ỨNG DỤNG ẢNH VIỄN THÁM MODIS TRONG PHÂN VÙNG CANH TÁC LÚA CÓ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN KHÔ HẠN VÀ NGẬP LŨ KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG. - chỉ số khô hạn thực vật TVDI để ước lượng độ ẩm của đất bề mặt. - và phân loại chuỗi đa thời gian các giá trị EVI, LSWI và DVEL để thành lập bản đồ phân bố ngập lũ. - Thông qua việc phân loại chuỗi dữ liệu MODIS đa thời gian từ năm 2000 đến 2011, nghiên cứu đã xác định được các vùng canh tác lúa thường xuyên chịu ảnh hưởng của khô hạn hay ngập lũ ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). - Nghiên cứu cũng xác định được các mô hình canh tác lúa phù hợp trên 9 phân vùng sinh thái nông nghiệp đồng thời đưa ra giải pháp theo hướng tiếp cận mới áp dụng tích hợp các thuật toán tính toán các chỉ số NDVI, TVDI và LSWI để giám sát các biến động về cơ cấu mùa vụ liên quan đến những tác động do khô hạn và ngập lũ. - Bộ dữ liệu về cơ cấu mùa vụ, khô hạn và ngập lũ vùng ĐBSCL và phương pháp tiếp cận bằng công nghệ viễn thám được đề xuất trong nghiên cứu này là hữu ích và có thể áp dụng được trong thực tiễn quản lý nông nghiệp và qui hoạch sử dụng đất của vùng.. - Ứng dụng ảnh viễn thám modis trong phân vùng canh tác lúa có ảnh hưởng của điều kiện khô hạn và ngập lũ khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. - Việc nghiên cứu những tác động của BĐKH như lũ lụt và khô hạn đến sự biến động của hiện trạng, cơ cấu sử dụng đất hết sức cần thiết nhằm đánh giá được mức độ ảnh hưởng và từ đó đề xuất các giải pháp ứng phó kịp thời. - Các dữ liệu vệ tinh viễn thám luôn có sẵn và có thể được sử dụng để phát hiện sự khởi đầu của khô hạn và ngập lũ, cả về thời gian và cường độ. - Nghiên cứu này được thực hiện với mục tiêu (1) Đánh giá ảnh hưởng của khô hạn và ngập lũ đến cơ cấu mùa vụ lúa ở ĐBSCL dưới tác động của BĐKH. - (2) Đánh giá khả năng ứng dụng ảnh viễn thám MODIS trong theo dõi cơ cấu mùa vụ lúa, khô hạn và lũ lụt ở ĐBSCL. - và (3) Định hướng nghiên cứu mô hình sản xuất phù hợp với từng điều kiện cụ thể và giải pháp giám sát nhằm giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất lúa do tác động của khô hạn và ngập lũ ở ĐBSCL.. - Đối tượng quan sát: Cơ cấu canh tác, diễn tiến khô hạn và lũ lụt trên vùng đất canh tác lúa 1, 2 và 3 vụ/năm.. - 2.2 Dữ liệu nghiên cứu 2.2.1 Dữ liệu ảnh viễn thám. - Dữ liệu ảnh MODIS nhiệt độ lớp phủ bề mặt MOD11A2 với chu kỳ quan sát 8 ngày/lần, độ phân giải không gian 1 km phục vụ tính toán nhiệt độ lớp phủ bề mặt đất và chỉ số khô hạn ĐBSCL.. - Bảng 1: Các kênh phổ của sản phẩm MODIS được sử dụng trong xây dựng bản đồ cơ cấu mùa vụ lúa, bản đồ phân vùng khô hạn và bản đồ ngập lũ ở ĐBSCL Kênh. - Bản đồ cơ cấu mùa vụ từ dữ liệu MODIS 250 m. - 2) Bản đồ ngập lũ từ dữ liệu MODIS 500 m. - và 3) Bản đồ khô hạn từ dữ liệu MODIS 1 km sẽ được xử lý đưa về cùng độ phân giải là 1 km khi xây dựng bản đồ phân vùng sinh thái.. - 2.2.2 Dữ liệu thống kê. - 2.2.3 Dữ liệu bản đồ. - hệ thống canh tác lúa 2 vụ (ĐX-HT hay HT-TĐ). - canh tác lúa 1 vụ (gồm Lúa-Tôm hay Lúa một vụ nước trời). - Bước 2: Phân tích vùng có khả năng khô hạn dựa trên chuỗi chỉ số khô hạn TVDI. - Chỉ số TDVI càng lớn cho thấy khả năng xảy ra khô hạn càng cao (Sandholt et al., 2002).. - Hình 2: Nguyên lý xây dựng bản đồ TVDI dựa vào tam giác không gian [T s , NDVI] trong dự báo khô hạn nông nghiệp theo Sandholt et al. - Trong nghiên cứu này, chỉ số khô hạn TVDI được tính toán dựa trên mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt LST (từ sản phẩm MOD11A2) và chỉ số thực vật NDVI (từ sản phẩm MOD09A1) nhằm ước lượng trạng thái độ ẩm đất bề mặt trong vùng nghiên cứu. - Công tác đánh giá độ tin cậy cho kết quả ước lượng độ ẩm bề mặt bằng chỉ số TVDI thực hiện thông qua việc chọn lựa so sánh với các chỉ số dự báo khô hạn khác (như chỉ số chuẩn hóa giáng thủy SPI, chỉ số khô hạn Palmer, WDI. - Bước 3: Phân vùng ngập lũ thông qua tính toán các chỉ số nước EVI, LSWI và DVEL. - Hình 3: Thuật toán xử lý ảnh viễn thám thành lập bản đồ ngập lũ theo Sakamoto et al. - 4) Ngập chủ động do canh tác (Trần Như Hối, 2011).. - Thực hiện điều tra 100 nông hộ ở những vùng trồng lúa có tần suất xuất hiện khô hạn thường xuyên. - Quá trình điều tra gồm ghi nhận lại hiện trạng thông qua kết quả phỏng vấn chủ sử dụng và người dân địa phương về tình trạng khô hạn.. - Phân tích các mối tương quan giữa các số liệu khí tượng - thủy văn và phân tích nội suy vùng khô hạn khí tượng dựa trên chỉ số thiếu nước WDI (Water Deficit Index) để đối chiếu với các bản đồ kết quả xây dựng từ dữ liệu ảnh viễn thám MODIS.. - Ứng dụng kỹ thuật chồng lắp bản đồ của GIS để xây dựng bản đồ phân vùng sinh thái nông nghiệp từ 03 bản đồ đơn tính (bản đồ hiện trạng canh tác, bản đồ phân vùng khô hạn và bản đồ ngập lũ) từ đó phân tích ảnh hưởng của vùng có khô hạn và ngập lũ đến sản xuất lúa và đưa ra các đề xuất phù hợp.. - 3.1 Ảnh hưởng của khô hạn và ngập lũ đến thay đổi cơ cấu mùa vụ lúa dưới tác động của biến đổi khí hậu ở ĐBSCL. - 3.1.1 Tác động của nhiệt độ và khô hạn ở ĐBSCL giai đoạn 2000-2011. - Xu hướng gia tăng diện tích vùng xuất hiện khô hạn ở các mùa khô từ năm 2000 đến 2011 ở khu vực ĐBSCL cho thấy có sự tương quan với xu hướng gia tăng nhiệt độ lớp phủ bề mặt đất hay nói khác đi sự gia tăng nhiệt độ theo thời gian dưới tác động của BĐKH cũng dẫn đến sự gia tăng về diện tích khô hạn ở vùng nghiên cứu (Hình 7).. - Hình 7: Xu hướng biến thiên diện tích vùng xuất hiện khô hạn ở các mùa khô từ năm 2000 đến 2011. - xác định có khả năng chịu ảnh hưởng của khô hạn ở các tỉnh Bạc Liêu, Sóc Trăng, Trà Vinh, Bến Tre và An Giang cho thấy cơ cấu canh tác bị ảnh hưởng khô hạn ở vùng đất nhiễm mặn ven biển chủ yếu là Lúa 2 vụ nước trời và Lúa 1 vụ (Lúa-Tôm).. - Trên vùng đất không nhiễm mặn, cơ cấu có khả năng bị ảnh hưởng bởi khô hạn chủ yếu là Lúa 1 vụ ở vùng núi Tri Tôn thuộc tỉnh An Giang.. - Một số vùng canh tác lúa 3 vụ ở ĐBSCL vẫn có khả năng xảy ra khô hạn (Hình 8), kết quả đối chiếu giữa thời gian canh tác lúa và thời gian khô hạn trên những vùng canh tác 3 vụ lúa cho thấy thời điểm chỉ số TVDI tăng cao khi trên đồng là thời gian đất trống không canh tác hoặc trong thời gian canh tác nhưng cây trồng ở giai đoạn ít hoặc không được tưới nước như giai đoạn lúa chín sắp thu hoạch. - Hình 8: Vùng canh tác lúa có xuất hiện khô hạn trong mùa khô 2010-2011 ở ĐBSCL phân tích từ ảnh MODIS. - 3.1.2 Tác động ngập lũ ở ĐBSCL giai đoạn 2000-2011. - Hình 9: Biến động diện tích ngập lũ/năm ở ĐBSCL. - từ 2000-2011 tính toán từ ảnh MODIS Hình 10: Biến động vùng ngập lũ ở ĐBSCL từ năm 2000-2011 giải đoán từ ảnh MODIS Kết quả tính toán diện tích vùng ngập lũ ở. - Bảng 2: Diện tích ngập lũ các tỉnh ĐBSCL từ năm 2000 đến 2011 được tính toán từ ảnh MODIS.. - Hình 11: Biến động diện tích ngập lũ tính toán từ ảnh MODIS tương ứng với mực nước đo trên sông ở một số tỉnh ĐBSCL từ năm 2000 đến 2011. - Thời gian ngập lũ liên tục có sự thay đổi giữa các năm. - Hình 12: Diễn tiến ngập lũ năm 2000 và năm 2010 giải đoán từ ảnh viễn thám MODIS 3.1.3 Thay đổi cơ cấu mùa vụ lúa khu vực. - Xu hướng chuyển đổi cơ cấu mùa vụ lúa chủ yếu giai đoạn 2000-2011 đó là Lúa 2 vụ chuyển sang Lúa 3 vụ. - Lúa 1 vụ chuyển sang canh tác khác (Tôm-Rừng hay Chuyên tôm). - Lúa 1 vụ chuyển sang Lúa-Tôm hay Lúa 2 vụ. - Stt Cơ cấu canh tác Diện tích. - 1 Lúa 2 vụ Lúa 3 vụ Lúa 2 vụ Lúa Màu 14.044. - 2 Lúa 1 vụ SD khác Lúa Màu Lúa 3 vụ 13.711. - 4 Lúa 1 vụ Lúa Tôm 93.264 16 Lúa Màu SD khác 8.989. - 3.2 Khả năng ứng dụng ảnh MODIS theo dõi cơ cấu mùa vụ lúa, khô hạn và ngập lũ ở ĐBSCL. - bộ dữ liệu thực địa bằng ma trận sai số cho thấy bản đồ hiện trạng giải đoán từ ảnh MODIS 250 m đạt mức độ chi tiết cấp vùng, phân loại được các cơ cấu canh tác lúa với độ tin cậy cao (Kappa = 0,88) (Bảng 4).. - Chỉ số khô hạn TVDI có tương quan với dữ liệu mưa của các trạm đo và tương quan với chỉ số khô hạn khác như WDI (Hình 14 và Hình 15). - 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.. - 3.3 Biện pháp giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất lúa do khô hạn và ngập lũ ở ĐBSCL. - 3.3.1 Định hướng mô hình canh tác lúa phù hợp với điều kiện tự nhiên theo vùng sinh thái. - xuất lúa năm 2011 dựa trên 03 bản đồ đơn tính: 1) bản đồ hiện trạng cơ cấu canh tác lúa năm 2011. - 2) bản đồ phân bố các vùng có tần xuất xảy ra khô hạn cao. - và 3) bản đồ phân vùng ngập lũ năm 2011. - Bản đồ kết quả phân vùng sinh thái canh tác lúa xây dựng từ 03 bản đồ đơn tính nói trên được trình bày ở Hình 17. - Bảng 5: Đơn vị sinh thái đất canh tác lúa ĐBSCL năm 2011 được xây dựng từ 03 bản đồ đơn tính bao gồm bản đồ hiện trạng, khô hạn và ngập lũ. - Cơ cấu canh tác Ngập lũ Khô hạn. - Ia Lúa 1 vụ, lúa màu Không ngập lũ Có khô hạn 92.308. - Ib Lúa Tôm Không ngập lũ (ngập mặn) Không khô hạn 255.862. - IIa Lúa 2 vụ Không ngập lũ Không khô hạn 116.570. - IIb Lúa 2 vụ Ngập sớm và dài hạn Không khô hạn 420.500. - IIc Lúa 2 vụ Ngập trễ và ngắn hạn Không khô hạn 146.177. - IId Lúa 2 vụ Không ngập lũ Có khô hạn 325.486. - IIIa Lúa 3 vụ Không ngập lũ Không khô hạn 320.168. - IIIb Lúa 3 vụ Không ngập lũ Có khô hạn 294.570. - IIIc Lúa 3 vụ Ngập trễ và ngắn hạn Không khô hạn 227.747. - 09 vùng sinh thái được xây dựng từ 03 bản đồ đơn tính gồm 1) cơ cấu canh tác, 2) ngập lũ. - và 3) khô hạn tương ứng sẽ cho thấy những vấn đề trở ngại chính trong điều kiện canh tác của từng vùng, làm cơ sở để đề xuất các giải pháp. - Nói chung, canh tác lúa ở ĐBSCL hàng năm phải đối mặt với hai thiên tai chính là ngập lũ mùa mưa và khô hạn kèm xâm nhập mặn mùa khô. - 3.3.2 Giải pháp cho nhu cầu thông tin về hệ thống canh tác lúa, thông tin về vùng khô hạn và ngập lũ ở ĐBSCL. - Nâng cao hiệu quả công tác dự báo lũ, hạn, mặn và thông báo kịp thời đến người dân với các giải pháp theo hướng tiếp cận mới đó là áp dụng tích hợp các thuật toán tính toán các chỉ số NDVI, TVDI và LSWI để giám sát và tìm ra các biến động về cơ cấu mùa vụ liên quan đến khô hạn và ngập lũ. - Về ảnh hưởng của khô hạn và ngập lũ đến hiện trạng cơ cấu mùa vụ lúa ở ĐBSCL dưới tác động BĐKH. - Cơ cấu canh tác lúa bị ảnh hưởng bởi khô hạn khu vực ven biển chủ yếu là ĐX sớm-HT muộn và Lúa một vụ (Lúa-Tôm). - Trên vùng đất lúa không nhiễm mặn, cơ cấu bị ảnh hưởng bởi khô hạn thường là lúa một vụ ở vùng địa hình núi cao.. - Xu hướng chuyển đổi cơ cấu mùa vụ lúa giai đoạn 2000-2011 gồm Lúa 2 vụ chuyển sang Lúa 3 vụ. - Lúa 1 vụ chuyển sang Lúa-Tôm, Lúa 2 vụ hay canh tác khác (Tôm-Rừng hay Chuyên tôm). - Việc chuyển đổi mô hình canh tác trên ngoài lý do chính sách quy hoạch chuyển đổi cơ cấu của địa phương còn do tác động của điều kiện tự nhiên như ngập lũ và khô hạn.. - Về khả năng ứng dụng của ảnh MODIS trong theo dõi cơ cấu mùa vụ lúa, khô hạn và lũ lụt ở ĐBSCL. - Bản đồ cơ cấu mùa vụ lúa giải đoán từ ảnh MODIS 250 m đạt mức độ chi tiết cấp vùng, phân loại được các cơ cấu canh tác lúa với độ tin cậy cao (Kappa = 0,88).. - Chỉ số khô hạn TVDI tính toán có tương quan cao chỉ số dự báo khô hạn khác như chỉ số. - Những vùng có chỉ số khô hạn TVDI cao trên bản đồ giải đoán cũng phù hợp với kết quả khảo sát thực tế tại cùng thời điểm.. - Về định hướng mô hình sản xuất phù hợp với từng điều kiện cụ thể và giải pháp giám sát nhằm giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất lúa do tác động của khô hạn và ngập lũ ở ĐBSCL.. - Đề xuất bố trí cơ cấu mùa vụ, lịch canh tác hợp lý trên từng vùng sinh thái có điều kiện ngập và hạn khác nhau. - Nâng cao hiệu quả công tác dự báo lũ, hạn, mặn và thông báo kịp thời đến người dân với các giải pháp theo hướng tiếp cận mới áp dụng tích hợp các chỉ số NDVI, TVDI và LSWI để giám sát và tìm ra các biến động về cơ cấu mùa vụ liên quan đến khô hạn và ngập lũ nhằm có biện pháp giảm thiểu thiệt hại cho sản xuất lúa ở ĐBSCL.. - Công tác giám sát khô hạn từ ảnh viễn thám MODIS cần có dữ liệu độ ẩm tầng đất canh tác để đối chiếu.. - Cần nghiên cứu thêm về đánh giá thiệt hại do khô hạn và ngập lũ trong sản xuất lúa theo hướng năng suất lúa. - Nghiên cứu ứng dụng dữ liệu ảnh MODIS quan sát khô hạn cục bộ trong tháng 7, 8 hàng năm. - Cần lượng hóa thang đo khô hạn của Han (Han và ctv., 2010) tương ứng với các thang độ ẩm trong tầng đất canh tác cho ĐBSCL thông qua thiết lập mạng lưới quan trắc thực tế.. - Ảnh viễn thám MODIS trong xây dựng cơ cấu mùa vụ lúa ở ĐBSCL