Ứng dụng viễn thám và Google Earth Engine trong phân tích, đánh giá diễn biến tình hình hạn hán tại lưu vực sông Ba/ Đà Rằng

Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá tình hình hạn hán trên lưu vực sông Ba/Đà Rằng trong khoảng thời gian vào mùa khô của năm 1989, 2000, 2005, 2010, 2015, 2016, 2017 và 2019 trên cơ sở ứng dụng ảnh viễn thám Landsat và nền tảng Google Earth Engine hỗ trợ quá trình xử lý, trích xuất dữ liệu.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng viễn thám và Google Earth Engine trong phân tích, đánh giá diễn biến tình hình hạn hán tại lưu vực sông Ba/ Đà Rằng Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000156 ỨNG DỤNG VIỄN THÁM VÀ GOOGLE EARTH ENGINE TRONG PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN TÌNH HÌNH HẠN HÁN TẠI LƢU VỰC SÔNG BA/ĐÀ RẰNG Thẩm Thị Ngọc Hân 1, Phạm Thị Mai Thy 2 Trung tâm Vũ trụ Việt Nam, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ 1 ttnhan@vnsc.org.vn, 2ptmthy@vnsc.org.vn TÓM TẮT Hạn hán là một trong những thảm họa thiên nhiên có tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, xã hội và sức khoẻ con người. Những năm gần đây hạn hán đang diễn ra gay gắt trên diện rộng tại các tỉnh khu vực Trung Bộ và Tây Nguyên. Vì thế việc xác định mức độ hạn hán trong một khoảng thời gian dài là rất quan trọng. Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá tình hình hạn hán trên lưu vực sông Ba/Đà Rằng trong khoảng thời gian vào mùa khô của năm 1989, 2000, 2005, 2010, 2015, 2016, 2017 và 2019 trên cơ sở ứng dụng ảnh viễn thám Landsat và nền tảng Google Earth Engine hỗ trợ quá trình xử lý, trích xuất dữ liệu. Kết quả thống kê cho thấy chỉ số độ ẩm của lưu vực ở mức độ Trung bình và Khô từ năm 1989 đến 2019. Từ khóa: Lưu vực sông Ba/Đà Rằng, Hạn hán, Google Earth Engine, Landsat, Ảnh viễn thám. 1. GIỚI THIỆU Sông Ba là con sông lớn nhất vùng ven biển miền Trung, dài 388 km được ắt ngu n từ đỉnh n i Ngọc Rô (tỉnh Kon Tum) cao 1 549 m của d y Trường ơn, chảy qua tỉnh Gia Lai, Đắk Lắk và Phú Yên với diện tích lưu vực 13.900km2. Phạm vi lưu vực từ 12o35 đến 14o38 vĩ độ Bắc và 108o00 đến 109o55 kinh độ Đông Dòng chảy đổ ra biển Đông tại cửa Đà Rằng thuộc tỉnh Phú Yên Địa hình tại đây ị chia cắt mạnh, lưu vực sông Ba có dạng lòng máng chạy dài từ thượng ngu n đến cửa sông. Hiện nay, tình trạng hạn hán, xâm nhập mặn đang diễn ra ở khu vực Trung Bộ, do nắng nóng và thiếu hụt lượng mưa trong thời gian dài Lượng mưa từ tháng 1-6/2019 ở Trung Bộ thấp hơn so với trung bình nhiều năm (TBNN) khoảng từ 20-90% Lượng dòng chảy trên các sông thuộc khu vực Trung Bộ phổ biến thấp hơn TBNN cùng kỳ từ 35-60%, một số sông hụt trên 70% trong đó có sông Ba (Phú Yên) [1]. Vì thế việc xác định mức độ hạn hán trong một khoảng thời gian dài là rất quan trọng để các nhà quản lý địa phương có thể kịp thời đưa ra những giải pháp hạn chế hoặc thích ứng với hạn hán. 2. PHƢƠNG PHÁP Dữ liệu nghiên cứu được trích xuất từ ảnh viễn thám Landsat 5 và Landsat 8 cho các thời điểm vào mùa khô (từ tháng 2 đến tháng 5) của năm 1989, 2000, 2005, 2010, 2015, 2016, 2017 và 2019. Chỉ số khô hạn nhiệt độ – thực vật (TDVI – Temperature Vegetation Dryness Index) được sử dụng để đánh giá mức độ khô hạn vì đây là chỉ số khá tốt trong việc nghiên cứu hạn hán ở cấp vùng và độc lập hoàn toàn với iến lệ thuộc như áp suất không khí, tốc độ gió,…[2] Ngoài ra, đề tài xử lý và trích xuất các dữ liệu từ ảnh viễn thám thông qua nền tảng Google Earth Engine Đây là công cụ hỗ trợ các phần xử lý dữ liệu không gian địa lý cũng phân tích các ộ dữ liệu lớn 2.1. Phƣơng pháp tính toán chỉ số NDVI Chỉ số thực vật khác iệt chuẩn hóa NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) được tính từ hai kênh phổ h ng ngoại nhiệt và kênh đỏ, theo tỷ số (2 1) sau: 366 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” NDVI = (2.1) 2.2. Phƣơng pháp xác định nhiệt độ bề mặt LST Để tính nhiệt độ bề mặt, giá trị số nguyên của ảnh Landsat được chuyển đổi về giá trị thực của bức xạ điện từ (Wm-2μm-1). Chuyển đổi từ giá trị số về giá trị bức xạ: (2.2) 2 trong đó: = Giá trị bức xạ ở kênh L (Watts/(m *srad*μm)); = Hệ số rescaling, có trong metadata (RADIANCE_MULT_BAND_x, x là kênh phổ); = Hệ số cộng, có trong metadata (RADIANCE_ADD_BAND_x, x là kênh phổ); = Giá trị số của phần tử ảnh. Ảnh Landsat 5 TM: sử dụng kênh 6 h ng ngoại nhiệt. Ảnh Landsat 8 OLI: sử dụng kênh 10 h ng ngoại nhiệt. au đó, giá trị bức xạ của kênh nhiệt được chuyển đổi về giá trị nhiệt độ sáng: (2.3) với: , là hằng số hiệu chỉnh (có trong metadata); = Nhiệt độ sáng (oK); = Giá trị bức xạ (Wm-2μm-1). Hợp phần thực vật Pv là ình phương tỷ số hiệu của chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa NDVI, với NDVIs là chỉ số thực vật của đất trống và NDVIv là chỉ số thực vật của đất phủ đầy thực vật, theo công thức sau: [ ] ...