Ứng dụng phương pháp viễn thám nhiệt trong đánh giá mức độ khô hạn bề mặt trên cơ sở chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI (thử nghiệm cho khu vực huyện Thạch Hà tỉnh Hà Tĩnh)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

HOÀNG THỊ BÍCH THÙY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT
TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ KHÔ HẠN BỀ MẶT TRÊN
CƠ SỞ CHỈ SỐ KHÔ HẠN NHIỆT ĐỘ - THỰC VẬT
TVDI (THỬ NGHIỆM CHO KHU VỰC
HUYỆN THẠCH HÀ, TỈNH HÀ TĨNH)

HÀ NỘI - 2017


TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI
KHOA TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ

HOÀNG THỊ BÍCH THÙY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT
TRONG ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ KHÔ HẠN BỀ MẶT TRÊN
CƠ SỞ CHỈ SỐ KHÔ HẠN NHIỆT ĐỘ - THỰC VẬT
TVDI (THỬ NGHIỆM CHO KHU VỰC
HUYỆN THẠCH HÀ, TỈNH HÀ TĨNH)

Chuyên ngành

: Kỹ thuật Trắc địa - Bản đồ

Mã ngành

: D520503

NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS. TS. TRỊNH LÊ HÙNG

HÀ NỘI - 2017


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Trịnh Lê Hùng – Học viện Kỹ thuật Quân
Sự, người đã hướng dẫn và định hướng cho em trong suốt quá trình thực hiện
nghiên cứu này.
Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong Bộ môn Bản đồ - Viễn thám và GIS
cũng như các thầy cô Khoa Trắc địa – Bản đồ cùng toàn thể quý thầy cô Trường
Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã truyền đạt cho em những kiến thức
bổ ích, ý nghĩa; giúp đỡ và chỉ dạy em trong quá trình học tập trên giảng đường.
Đồng thời, em cũng xin gửi lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình và các bạn
trong tập thể lớp ĐH3TĐ1 luôn tận tình giúp đỡ, động viên em trong quá trình học
tập cũng như trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp.
Do kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế, thời gian nghiên cứu không
nhiều nên trong đồ án không tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận được sự
đóng góp của thầy cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2017
Sinh viên
Hoàng Thị Bích Thùy


MỤC LỤC

MỤC LỤC................................................................................................................2
I. Danh mỤc các chỮ viẾt tẮt...................................................................................3
................................................................................................................................... 5
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................2
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu................................................2
6. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................2
3.3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt...........................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................63


I. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ETM+

Enhaced Thematic Mapper Plus

LANDSAT
LST
NDVI
NIR
TIR
TM

Land Satellite
Land Surface Temperature
Normalized Difference Vegetation Index

Near Infrared
Thermal Infrared
Thematic Mapper

TVDI

Temperature Vegetation Dryness Index

Bản đồ chuyên đề tăng
cường
Vệ tinh mặt đất
Nhiệt độ bề mặt
Chỉ số thực vật
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại nhiệt
Bản đồ chuyên đề
Chỉ số khô hạn nhiệt độ
thực vật


DANH MỤC BẢNG BIỂU
MỤC LỤC................................................................................................................2
I. Danh mỤc các chỮ viẾt tẮt...................................................................................3
................................................................................................................................... 5
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................2
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu................................................2

6. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................2
3.3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt...........................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................63


DANH MỤC HÌNH ẢNH
MỤC LỤC................................................................................................................2
I. Danh mỤc các chỮ viẾt tẮt...................................................................................3
................................................................................................................................... 5
MỞ ĐẦU..................................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu.....................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu..............................................................................2
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu................................................2
6. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................2

Bảng 2.2 Giá trị ML, AL đối với ảnh hồng ngoại nhiệt
LANDSAT 8........................................................................35
3.3.3 Kết quả xác định nhiệt độ bề mặt...........................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................63
II.


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Mỏ sắt Thạch Khê (Hà Tĩnh) là mỏ sắt lớn nhất nước ta cũng như khu vực
Đông Nam Á, với trữ lượng lên đến khoảng 544 triệu tấn. Với vị trí địa lý thuận lợi,

cách thành phố Hà Tĩnh khoảng 8 km về phía Đông Bắc, cách bờ biển Đông 1,6 km
và cách cảng Vũng Áng 66 km, việc khai thác và chế biến quặng sắt ở Thạch Khê
gặp nhiều thuận lợi, góp phần phát triển kinh tế – xã hội của địa phương. Tuy nhiên,
bên cạnh lợi ích về kinh tế – xã hội, việc khai thác quặng sắt ở Thạch Khê cũng ảnh
hưởng nặng nề đến môi trường sống và hoạt động sản xuất của người dân, trong đó
có tình trạng hạn hán và hoang mạc hóa đang diễn ra hết sức nghiêm trọng. Một
diện tích lớn đất sản xuất đã bị cát vùi lấp, bị sa mạc hóa nhanh chóng trong một vài
năm trở lại đây.
Do hạn hán thường xảy ra trên diện rộng, việc nghiên cứu bằng các phương
pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn do chi phí lớn và tốn kém thời gian.
Nhược điểm này có thể khắc phục khi sử dụng tư liệu viễn thám với đặc trưng diện
tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, dải phổ và số lượng kênh phổ đa dạng.
Đề tài dự kiến nghiên cứu, đánh giá hiện trạng hạn hán ở khu vực Thạch Hà (Hà
Tĩnh) do ảnh hưởng của quá trình khai thác mỏ sắt Thạch Khê từ tư liệu ảnh vệ tinh
Landsat đa thời gian. Trong đánh giá hạn hán, nhiệt độ bề mặt và độ ẩm là hai yếu
tố vô cùng quan trọng. Ứng dụng viễn thám hồng ngoại nhiệt (viễn thám nhiệt)
trong nghiên cứu, ước tính nhiệt độ bề mặt có tính ưu việt đặc biệt là mức độ chi tiết
của kết quả được thể hiện trên toàn vùng, chứ không phải chỉ là số đo tại điểm quan
trắc như trong phương pháp đo đạc truyền thống từ các trạm quan trắc khí tượng.
Trên cơ sở đó, em lựa chọn đề tài: “Ứng dụng phương pháp viễn thám nhiệt
trong đánh giá mức độ khô hạn bề mặt trên cơ sở chỉ số khô hạn nhiệt độ – thực
vật TVDI (thử nghiệm cho khu vực huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh)”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng chỉ số khô hạn nhiệt độ – thực vật TVDI trong phân
vùng mức độ khô hạn, thử nghiệm cho khu vực mỏ sắt Thạch Khê, huyện Thạch
Hà, tỉnh Hà Tĩnh.

1

3. Nội dung nghiên cứu
- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu: Hiện trạng hạn hán, khả năng ứng dụng
phương pháp viễn thám nhiệt trong nghiên cứu, giám sát hạn hán.
- Nghiên cứu, phân tích đặc điểm tư liệu ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat.
- Nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp đánh giá độ ẩm đất trên cơ sở chỉ
số khô hạn nhiệt độ – thực vật TVDI.
- Thực nghiệm xác định chỉ số TVDI và phân vùng mức độ khô hạn khu vực
huyện Thạch Hà, tỉnh Hà Tĩnh.
- Thành lập bản đồ phân vùng mức độ khô hạn khu vực huyện Thạch Hà, tỉnh
Hà Tĩnh tỉ lệ 1:100 000.
4. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp đánh giá độ
ẩm đất trên cơ sở chỉ số khô hạn nhiệt độ - thực vật TVDI.
- Phương pháp tổng hợp và kế thừa: Phân tích, tổng hợp và áp dụng sáng tạo
các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến đề tài.
- Phương pháp viễn thám: Phương pháp tiền xử lý ảnh, chiết tách thông tin độ
phát xạ, nhiệt độ bề mặt, chỉ số thực vật NDVI, chỉ số TVDI…
5. Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu
- Địa điểm nghiên cứu: Khu vực khai thác mỏ Thạch Khê, Thạch Hà, Hà Tĩnh
- Thời gian nghiên cứu: 2006 – 2013
- Đối tượng nghiên cứu: Hạn hán
6. Cơ sở dữ liệu
Ảnh vệ tinh Landsat TM ngày 03 – 06 – 2006, 09 – 07 – 2009 và ảnh Landsat
8 ngày 18 - 06 – 2013.
Phần mềm ERDAS IMAGINE 2014
Phần mềm ARCGIS
7. Bố cục đồ án
Nội dung chính của đồ án bao gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về vấn đề cần nghiên cứu.

Chương 2: Nghiên cứu cơ sở khoa học phương pháp xác định chỉ số khô hạn
nhiệt độ – thực vật TVDI.

2


Chương 3: Thực nghiệm phân vùng mức độ khô hạn khu vực huyện Thạch
Hà, tỉnh Hà Tĩnh trên cơ sở chỉ số TVDI.
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1 Tổng quan về tình trạng hạn hán trên thế giới và Việt Nam
1.1.1 Tìm hiểu về hạn hán
1.1.1.1 Khái niệm hạn hán
Hạn hán là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng kéo dài, làm giảm
hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng
chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới
đất gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, làm môi trường suy thoái
gây đói nghèo dịch bệnh...
Hạn hán là một hiện tượng thiên tai tự nhiên, khi một khu vực phải trải qua
tình trạng thiếu nước trong một thời gian dài nhiều tháng, nhiều năm, làm giảm
thiểu lượng ẩm trong không khí, hàm lượng nước trong đất, gây suy kiệt dòng chảy
của sông suối…ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, suy thoái môi
trường dẫn tới đói nghèo và dịch bệnh. Ở những khu vực xảy ra hạn hán, lượng
nước mưa luôn ở dưới mức trung bình, vì vậy nó sẽ tác động rất lớn đến hệ sinh thái và
nông nghiệp của những khu vực đó, gây thiệt hại không nhỏ cho nền kinh tế ở đó.

Hình 1.1 Hạn hán tại thôn Vĩnh Sơn, xã Vĩnh Hào, huyện Vụ Bản,
tỉnh Nam Định
1.1.1.2 Những nguyên nhân gây ra hạn hán
Nguyên nhân gây ra hạn hán có rất nhiều, song tập trung chủ yếu là hai
nguyên nhân chính:
Nguyên nhân khách quan: Do khí hậu thời tiết bất thường gây nên lượng mưa
4


thường xuyên ít ỏi hoặc nhất thời thiếu hụt.
- Mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể trong thời gian dài hầu như quanh năm,
đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khô hạn và bán khô hạn. Lượng mưa trong
khoảng thời gian dài đáng kể thấp hơn rõ rệt mức trung bình nhiều năm cùng kỳ.
Tình trạng này có thể xảy ra trên hầu khắp các vùng, kể cả vùng mưa nhiều.
- Mưa không ít lắm, nhưng trong một thời gian nhất định trước đó không mưa
hoặc mưa chỉ đáp ứng nhu cầu tối thiểu của sản xuất và môi trường xung quanh.
Đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khí hậu gió mùa, có sự khác biệt rõ rệt về
mưa giữa mùa mưa và mùa khô. Bản chất và tác động của hạn hán gắn liền với định
loại về hạn hán.
Nguyên nhân chủ quan:
Do con người gây ra, trước hết là do tình trạng phá rừng bừa bãi làm mất
nguồn nước ngầm dẫn đến cạn kiệt nguồn nước; việc trồng cây không phù hợp,
vùng ít nước cũng trồng cây cần nhiều nước (như lúa) làm cho việc sử dụng nước
quá nhiều, dẫn đến việc cạn kiệt nguồn nước; thêm vào đó công tác quy hoạch sử
dụng nước, bố trí công trình không phù hợp, làm cho nhiều công trình không phát
huy được tác dụng... Vùng cần nhiều nước lại bố trí công trình nhỏ, còn vùng thiếu
nước (nguồn nước tự nhiên) lại bố trí xây dựng công trình lớn. Bên cạnh đó, chất
lượng thiết kế, thi công công trình chưa được hiện đại hóa và không phù hợp.
Thêm nữa, hạn hán thiếu nước trong mùa khô (mùa kiệt) là do không đủ

nguồn nước và thiếu những biện pháp cần thiết để đáp ứng nhu cầu sử dụng ngày
càng gia tăng do sự phát triển kinh tế - xã hội ở các khu vực, các vùng chưa có quy
hoạch hợp lý hoặc quy hoạch phát triển không phù hợp với mức độ phát triển nguồn
nước, không hài hoà với tự nhiên, môi trường vốn vẫn tồn tại lâu nay. Mức độ
nghiêm trọng của hạn hán thiếu nước càng tăng cao do nguồn nước dễ bị tổn
thương, suy thoái lại chịu tác động mạnh của con người.
1.1.2 Tình trạng hạn hán trên thế giới
Trong ba thập niên liên tiếp vừa qua, nhiệt độ bề mặt Trái đất luôn nóng hơn
so với tất cả các thập niên trước đây kể từ năm 1850. Hạn hán luôn được coi là ‘sát
thủ thầm lặng (silent killer), chỉ trong 30 năm 1983-2012 hạn hán trong vùng châu
Á – Thái Bình Dương đã ảnh hưởng đến cuộc sống của hơn 1,3 tỷ người và thiệt hại
53 tỷ US$ (theo ESCAP).

5


Hình 1.2 Bản đồ biến động nhiệt toàn cầu trong 2015, số vùng có nhiệt độ
trung bình cao hơn giai đoạn 1961 - 1990 chiếm tỷ lệ áp đảo

Hình 1.3 Nhiều đợt hạn hán đã xảy ra với quy mô và cường độ lớn
Theo tờ The Los Angeles Times(2015), nước Mỹ đang trải qua đợt hạn hán
nghiêm trọng nhất trong gần 6 thập niên qua, với khoảng 55% diện tích nước này,
đặc biệt là miền trung tây, đã không có mưa trong nhiều ngày và nhiệt độ tăng lên
mức kỷ lục.

6


Hình 1.4 Bản đồ do Cơ quan hải dương và khí quyển quốc gia Mỹ (NOAA) cung
cấp cho thấy tình trạng hạn hán ảnh hưởng tới hơn nửa diện tích nước Mỹ

Hình 1.5 Một hồ bị cạn sạch nước tại Crossville

7


Hình 1.6 Một nhiệt kế bên đường đo được nhiệt độ tại Washington
1.1.2.1 Hạn hán ở Ấn Độ (2009)
Hạn hán bất thường ở Ấn Độ (2009): Hàng triệu người dân sống ở phía tây
Ấn Độ đang phải hứng chịu hạn hán tồi tệ nhất trong vòng gần bốn thập kỷ qua.

Hình 1.7 Người dân chen chân chật kín quanh một giếng nước tại làng
Natwargadh, thuộc bang Gujarat, miền tây Ấn Độ trong một đợt hạn hán.

8


1.1.2.2 Hạn hán ở Brazil (2014)
Brazil (2014): TPO - Đây được coi như đợt hạn hán kinh khủng và khắc nghiệt
nhất trong 100 năm qua tại Brazil khiến hàng trăm nghìn hộ dân lâm vào cảnh thiếu
nước trầm trọng, các hồ lớn trơ đáy, thuyền mắc cạn,...

Hình 1.8 Dưới lòng hồ Aleixo, đất đai nứt nẻ khô cằn
1.1.2.3 Hạn hán ở Úc, 1982-1983

Hình 1.9 Hạn hán ở Úc, 1982-1983
9


Năm 1982-1983 là đợt hạn hán tồi tệ nhất ở Australia trong thế kỷ XX. Đợt

hạn hán này bắt đầu vào mùa thu năm 1982, với sự thiếu hụt lượng mưa nặng nề ở
phía đông Úc và sự xuất hiện của sương giá lạnh càng khiến thời tiết trầm trọng hơn
trong tháng Sáu và tháng Bảy. Thời điểm đó, lượng nước ở thượng nguồn sông
Murrumbidgee và các hồ chứa khắp miền đông nam Úc giảm đến mức chưa từng có
trước đó.
1.1.2.4 Hạn hán Trung Quốc năm 1941

Hình 1.10 Hạn hán Trung Quốc năm 1941
Đây là thảm họa tồi tệ nhất hoàn toàn do hạn hán và thiếu mưa gây ra mà
không hề có mặt bất kỳ yếu tố nào khác như các cuộc xung đột, chiến tranh hay
dịch bệnh. Hạn hán Trung Quốc năm 1941 gây thiệt hại hàng triệu cây trồng và
thiếu lương thực, hậu quả là gần ba triệu người đã chết.
1.1.2.5 Hạn hán ở Đông Phi, 2011

Hình 1.11 Hạn hán ở Đông Phi, 2011
Giữa tháng 7 năm 2011 và giữa năm 2012, một đợt hạn hán nghiêm trọng ảnh
hưởng đến toàn bộ Đông Phi. Hạn hán gây ra một cuộc khủng hoảng lương thực
10


trầm trọng khắp Somalia, Djibouti, Ethiopia, Kenya và đe dọa cuộc sống của hơn
mười triệu người.
1.1.2.6 Hạn hán ở Bắc Mỹ, 2002

Hình 1.12 Hạn hán ở Bắc Mỹ, 2002
Hạn hán năm 2002 kéo dài và khá nghiêm trọng ở một số khu vực, đặc biệt
ảnh hưởng nặng nề đến miền Tây Hoa Kỳ, miền Trung Tây....
1.1.2.7 Hạn hán ở Tây Ban Nha, 2014

Hình 1.13 Hạn hán ở Tây Ban Nha, 2014

Năm 2014, nhiều nơi ở Tây Ban Nha bị hạn hán cường độ cao nhất trong hơn
một thế kỷ rưỡi. Valencia và Alicante là hai trong những khu vực tồi tệ nhất bị ảnh
hưởng. Theo cơ quan khí tượng của nước nước này, trong vòng 150 năm qua, họ
chưa bao giờ chứng kiến một đợt hạn hán dài và dữ dội như vậy.
Như vậy, hạn hán có tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, chính trị xã hội

11


và sức khoẻ con người. Hạn hán là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo, bệnh tật thậm
chí là chiến tranh do xung đột nguồn nước. Hạn hán tác động đến môi trường như
huỷ hoại các loài thực vật, các loài động vật, quần cư hoang dã, làm giảm chất
lượng không khí, nước, làm gia tăng nguy cơ cháy rừng, xói lở đất. Các tác động
này có thể kéo dài và không khôi phục được. Hạn hán tác động đến kinh tế xã hội
như giảm năng suất cây trồng, giảm diện tích gieo trồng, giảm sản lượng cây trồng,
chủ yếu là sản lượng cây lương thực. Tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu
nhập của lao động nông nghiệp. Tăng giá thành và giá cả các lương thực. Giảm tổng
giá trị sản phẩm chăn nuôi. Các nhà máy thuỷ điện gặp nhiều khó khăn trong quá
trình vận hành.
1.1.3 Tình trạng hạn hán trong nước
Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,5oC trên phạm vi cả nước; nhiệt độ
mùa đông tăng nhanh hơn mùa hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh
hơn nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo.

Hình 1.14 Mức tăng nhiệt độ trung bình năm phổ biến từ 1,3 đến 1,7oC vào giữa
thế kỷ 21; từ 1,7 đến 2,4oC vào cuối thế kỷ
Hạn hán có xu thế tăng lên, tuy mức độ không đồng đều giữa các vùng. Hiện
tượng nắng nóng có dấu hiệu gia tăng rõ rệt ở nhiều vùng trong cả nước, đặc biệt là
ở Trung Bộ và Nam Bộ.

12


Hình 1.15 Tình trạng hạn hán trên cả nước 9/2016

Hình 1.16 Phân vùng chỉ số khô hạn tỉnh Ninh Thuận tháng 9 năm 2015
Lượng mưa và phân bố mưa thay đổi có thể gây lũ lụt nghiêm trọng vào mùa
mưa và khô hạn vào mùa khô, tăng mâu thuẫn trong khai thác và sử dụng tài
nguyên nước, càng làm trầm trọng thêm vấn đề an ninh tài nguyên nước trong bối
cảnh tài nguyên nước ở nước ta đang chịu nhiều áp lực từ các hoạt động phát triển
thượng nguồn trong khi lại đang bị ô nhiễm, suy thoái ở nhiều nơi trước áp lực phát

13


triển kinh tế xã hội ngày càng tăng. Nhiệt độ tăng lên ảnh hưởng đến các hệ sinh
thái tự nhiên, làm thay đổi nơi cứ trú, cơ cấu tự nhiên của nhiều loài động thực vật,
gây nguy cơ suy giảm đa dạng sinh học cao do nhiều loại bị biến mất hoặc tuyệt
chủng. Nhiệt độ tăng lên còn tác động trực tiếp đến các lĩnh vực như năng lượng,
giao thông vận tải, công nghiệp, xây dựng, du lịch, thương mại, y tế cộng đồng…
Hạn hán xảy ra từ những hoạt động khai thác tài nguyên khoáng sản, mỏ sắt
Thạch Khê (Hà Tĩnh) là mỏ sắt lớn nhất nước ta cũng như khu vực Đông Nam Á, với
trữ lượng lên đến khoảng 544 triệu tấn. Với vị trí địa lý thuận lợi, cách thành phố Hà
Tĩnh khoảng 8 km về phía Đông Bắc, cách bờ biển Đông 1,6 km và cách cảng Vũng
Áng 66 km, việc khai thác và chế biến quặng sắt ở Thạch Khê gặp nhiều thuận lợi,
góp phần phát triển kinh tế – xã hội của địa phương. Tuy nhiên, bên cạnh lới ích về
kinh tế – xã hội, việc khai thác quặng sắt ở Thạch Khê cũng ảnh hưởng nặng nề đến
môi trường sống và hoạt động sản xuất của người dân, trong đó có tình trạng hạn hán
và hoang mạc hóa đang diễn ra hết sức nghiêm trọng. Một diện tích lớn đất sản xuất
đã bị cát vùi lấp, bị sa mạc hóa nhanh chóng trong một vài năm trở lại đây.

Hình 1.17 Hàng ngàn héc ta đất nông nghiệp tại 6 xã ảnh hưởng trực tiếp dự án
khai thác mỏ sắt Thạch Khê
Do hạn hán thường xảy ra trên diện rộng, việc nghiên cứu bằng các phương
pháp truyền thống gặp rất nhiều khó khăn do chi phí lớn và tốn kém thời gian.
Nhược điểm này có thể khắc phục khi sử dụng tư liệu viễn thám với đặc trưng diện
tích phủ trùm rộng, thời gian cập nhật ngắn, dải phổ và số lượng kênh phổ đa dạng.
Đề tài dự kiến nghiên cứu, đánh giá hiện trạng hạn hán ở khu vực Thạch Hà (Hà
Tĩnh) do ảnh hưởng của quá trình khai thác mỏ sắt Thạch Khê từ tư liệu ảnh vệ tinh
Landsat đa thời gian.

14


Hình 1.18 Thực trạng xả nước ra biển của Công ty CP Sắt Thạch Khê
1.2 Tình hình ứng dụng phương pháp viễn thám trong nghiên
cứu, giám sát hạn hán
1.2.1 Trên thế giới
Cho đến nay, trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng tư liệu ảnh
viễn thám hồng ngoại nhiệt trong xác định nhiệt độ bề mặt và độ ẩm đất. Năm
1988, Balling và các cộng sự đã sử dụng dữ liệu ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải
thấp NOAA/AVHRR (1 km) trong nghiên cứu nhiệt độ bề mặt tại các đô thị lớn.
Năm 1996, Kevin P. Gallo và Tymothy W. Owen cũng sử dụng ảnh hồng ngoại
nhiệt NOAA/AVHRR trong nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị ở Pensylvania
và New Jersy (Mỹ). Từ những kết quả đạt được, các tác giả trên đã chứng minh
rằng hiện tượng đảo nhiệt xuất hiện và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi
trường sống các đô thị lớn. Cùng với dữ liệu ảnh hồng ngoại nhiệt NOAA/AVHRR,
ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải thấp TERRA/MODIS cũng được sử dụng hiệu
quả trong xác định sự phân bố nhiệt độ bề mặt.
Bên cạnh ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải thấp, cho đến nay trên thế giới đã

có rất nhiều nghiên cứu ứng dụng dữ liệu ảnh hồng ngoại nhiệt độ phân giải trung
bình LANDSAT (60m, 100m, 120m), ASTER (60m) trong nghiên cứu, giám sát tài
nguyên môi trường. Năm 2007, O.R. Garcia Cueto và các cộng sự đã sử dụng dữ
liệu ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT TM, ETM+ trong đánh giá ảnh hưởng của

15


đảo nhiệt đô thị ở thủ đô Mexico (Mexico). Trong nghiên cứu này, các tác giả đã
phân tích mối quan hệ giữa đảo nhiệt đô thị và các loại hình sử dụng đất. Các tác
giả đã chứng minh rằng, cùng với sự thay đổi bề mặt sử dụng đất, ở thủ đô Mexico
đã xuất hiện các khu vực có nhiệt độ bề mặt cao cục bộ (đảo nhiệt) và sự chênh
lệch nhiệt độ giữa vùng đô thị và ngoại thành cũng tăng lên nhanh chóng.
Trong nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và các loại hình lớp phủ đáng
chú ý có hai công trình của Van de Griend A., Owen M. (1993) và Valor E., Caselles V.
(1996). Trong các nghiên cứu này, các tác giả đã đề xuất phương pháp xác định độ phát
xạ bề mặt trên cơ sở chỉ số thực vật chuẩn hóa NDVI bằng cách tính toán mật độ phủ
của thực vật trên từng pixel ảnh. So với phương pháp xác định độ phát xạ bề mặt từ kết
quả phân loại lớp phủ, phương pháp dựa trên chỉ số thực vật NDVI có độ chính xác
đảm bảo hơn và đã tính được độ phát xạ chi tiết tới từng pixel.
Nhiệt độ bề mặt và lớp phủ thực vật là các yếu tố quan trọng trong đánh giá
độ ẩm đất và sức khỏe cây trồng. Lambin T.R., Ehrlich D. (1996), Gillies R.R. et al
(1997) trong các nghiên cứu của mình đã sử dụng phương pháp tam giác không
gian nhiệt độ/NDVI (triangle method) để đánh giá độ ẩm đất. Trong các nghiên cứu
này, các tác giả đã chứng minh rằng, nhiệt độ bề mặt có thể tăng lên rất nhanh trong
trường hợp bề mặt khô hạn hoặc thực vật thiếu nước. Trong không gian Ts/NDVI
các đường hồi quy liên quan đến mức độ bay hơi của thực vật, đến kháng trở của lá
cây và độ ẩm trung bình của đất. Với cùng một điều kiện khí hậu, nhiệt độ bề mặt
sẽ đạt giá trị nhỏ nhất tại các vị trí có độ bốc hơi (của bề mặt) và sự thoát hơi nước
(của lá cây) cực đại do lượng nước bão hòa tạo nên cạnh ướt trong không gian

Ts/NDVI. Ở những vị trí không có lớp phủ thực vật hoặc thực vật khô, độ bay hơi
là cực tiểu dẫn đến nhiệt độ bề mặt đạt cực đại. Sandholt I.et al (2002) đã lượng hóa
mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và chỉ số thực vật NDVI bằng cách đưa ra chỉ số
khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI (temperature vegetation dryness index). Điểm mấu
chốt trong chỉ số khô hạn nhiệt độ thực vật TVDI là xác định canh khô (dry edge)
trong tam giác không gian Ts/NDVI. Cho đến nay, việc ứng dụng chỉ số khô hạn
nhiệt độ thực vật TVDI trong đánh giá độ ẩm đất và sức khỏe cây trồng đã đạt được
những kết quả quan trọng, góp phần ứng phó và giám sát hiện tượng hạn hán. Một
số nghiên cứu tiêu biểu trong đánh giá độ ẩm đất phục vụ giám sát hạn hán sử dụng

16


chỉ số TVDI có thể kể đến như của Parinaz Rahimzaded – Bajgrian et al (2012),
Zhiqiang Gao et al (2010), Z. Wan, P. Wang, X. Li (2004), Jan Haas (2010),…
Sự phát triển của viễn thám, đi liền với sự phát triển của công nghệ nghiên
cứu vũ trụ, phục vụ cho nghiên cứu trái đất và các hành tinh và khí quyển. Các ảnh
chụp nổi (stereo), thực hiện theo phương đứng và xiên, cung cấp từ vệ tinh Gemini
(1965), đã thể hiện ưu thế của công việc nghiên cứu trái đất. Tiếp theo, tàu Apolo
cho ra sản phẩm ảnh chụp nổi và đa phổ, có kích thước ảnh 70mm, chụp về trái đất,
đã cho ra các thông tin vô cùng hữu ích trong nghiên cứu mặt đất. Ngành hàng
không vũ trụ Nga đã đóng vai trò tiên phong trong nghiên cứu Trái Đất từ vũ
trụ.Việc nghiên cứu trái đất đã được thực hiện trên các con tàu vũ trụ có người như
Soyuz, các tàu Meteor và Cosmos (từ năm 1961), hoặc trên các trạm chào mừng
Salyut. Sản phẩm thu được là các ảnh chụp trên các thiết bị quét đa phổ phân giải
cao, như MSU-E (trên Meteor - priroda). Các bức ảnh chụp từ vệ tinh Cosmos có
dải phổ nằm trên 5 kênh khác nhau, với kích thước ảnh 18 x18cm. Ngoài ra, các
ảnh chụp từ thiết bị chụp KATE-140, MKF-6M trên trạm quỹ đạo Salyut, cho ra 6
kênh ảnh thuộc dải phổ 0.40 đến 0.89μm. Độ phân giải mặt đất tại tâm ảnh đạt 20 x
20m.Tiếp theo vệ tinh nghiên cứu trái đất ERTS (sau đổi tên là Landsat-1), là các

vệ tinh thế hệ mới hơn như Landsat-2, Landsat-3, Landsat-4 và Landsat-5. Ngay từ
đầu, ERTS-1 mang theo bộ cảm quét đa phổ MSS với bốn kênh phổ khác nhau, và
bộ cảm RBV (Return Beam Vidicon) với ba kênh phổ khác nhau. Ngoài các vệ tinh
Landsat-2, Landsat-3, còn có các vệ tinh khác là SKYLAB (1973) và HCMM
(1978). Từ 1982, các ảnh chuyên đề được thực hiện trên các vệ tinh Landsat TM-4
và Landsat TM-5 với 7 kênh phổ từ dải sóng nhìn thấy đến hồng ngoại nhiệt. Điều
này tạo nên một ưu thế mới trong nghiên cứu trái đất từ nhiều dải phổ khác nhau.
Ngày nay, ảnh vệ tinh chuyên đề từ Landsat-7 đã được phổ biến với giá rẻ hơn các
ảnh vệ tinh Landsat TM-5, cho phép người sử dụng ngày càng có điều kiện để tiếp
cận với các phương pháp nghiên cứu môi trường qua các dữ liệu vệ tinh.
Trong nghiên cứu môi trường và khí hậu trái đất, các ảnh vệ tinh NOAA có độ
phủ lớn và có sự lặp lại hàng ngày, đã cho phép nghiên cứu các hiện tượng khí hậu
xảy ra trong quyển khí như nhiệt độ, áp suất nhiệt đới hoặc dự báo bão.
Sự phát triển trong lĩnh vực nghiên cứu trái đất bằng viễn thám được đẩy

17


mạnh do áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật mới với việc sử dụng các ảnh radar.
Viễn thám radar tích cực, thu nhận ảnh bằng việc phát sóng dài siêu tần và thu tia
phản hồi, cho phép thực hiện các nghiên cứu độc lập, không phụ thuộc vào mây.
Sóng radar có đặc tính xuyên qua mây, lớp đất mỏng và thực vật và là nguồn sóng
nhân tạo, nên nó có khả năng hoạt động cả ngày và đêm, không phụ thuộcvào
nguồn năng lượng mặt trời. Các bức ảnh tạo nên bởi hệ radar kiểu SLAR được ghi
nhận đầu tiên trên bộ cảm Seasat. Đặc tính của sóng radar là thu tia phản hồi từ
nguồn phát với góc xiên rấtđa dạng. Sóng này hết sức nhạy cảm với độ gồ ghề của
bề mặt vật, được chùm tia radar phát tới, vì vậy nó được ứng dụng cho nghiên cứu
cấu trúc một khu vực nào đó.

Hình 1.19 Nhiệt độ bề mặt nước biển phân tích từ ảnh NOAA

1.2.2 Trong nước
Nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám để quản lý tài nguyên thiên nhiên
trước hết là tài nguyên đất, tài nguyên nước, tài nguyên khoáng sản, tài nguyên
rừng,...và giám sát môi trường ngày càng trở nên bức xúc và trở thành một trong
các nhiệm vụ chủ đạo của ứng dụng và phát triển công nghệ của Bộ Tài nguyên và
Môi trường. Trong khi đó, việc ứng dụng công nghệ viễn thám để giám sát tài
nguyên và môi trường ở nước ta trong thời gian qua tuy đã thu được một số kết quả
song còn ít, tản mạn và trên thực tế chưa đáp ứng được nhu cầu.
Các ứng dụng công nghệ viễn thám chủ yếu mới tập trung vào lĩnh vực hiện
chỉnh bản đồ địa hình, thành lập một số bản đồ chuyên đề, bước đầu đề cập đến
ứng dụng công nghệ viễn thám phục vụ quản lý đất đai và một số khía cạnh của
môi trường. Thực tế đó đòi hỏi phải đẩy mạnh ứng dụng rộng rãi công nghệ viễn
18