Nghiên cứu đánh giá khả năng xuất hiện sương muối phục vụ phát triển cây cà phê chè ở 2 Tỉnh Sơn La và Điện Biên : Luận văn ThS. Khoa học môi trường và bảo vệ môi trường: 60 85 15
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (8.51 MB, 134 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Hồng Sơn
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
XUẤT HIỆN SƢƠNG MUỐI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN
CÂY CÀ PHÊ CHÈ Ở 2 TỈNH SƠN LA VÀ ĐIỆN BIÊN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội, 2012
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Nguyễn Hồng Sơn
NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG
XUẤT HIỆN SƢƠNG MUỐI PHỤC VỤ PHÁT TRIỂN
CÂY CÀ PHÊ CHÈ Ở 2 TỈNH SƠN LA VÀ ĐIỆN BIÊN
Chuyên ngành:
Sử dụng và bảo vệ tài nguyên môi trường
Mã số: 60 85 15
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Dương Văn Khảm,
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi
trường
Bộ Tài nguyên và Môi trường
Hà Nội, 2012
i
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU ............................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ..................................................................... 1
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu ...................................................... 3
2.1. Mục tiêu ....................................................................................... 3
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................. 3
3. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 4
4. Phƣơng pháp khoa học sử dụng trong luận văn .................................. 4
5. Những kết quả đạt đƣợc ...................................................................... 5
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................ 5
6.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................... 5
6.2. Ý nghĩa thực tiễn .......................................................................... 5
7. Cơ sở dữ liệu đã sử dụng .................................................................... 6
7.1. Về các dữ liệu khí tƣợng .............................................................. 6
7.2. Các dữ liệu về viễn thám ............................................................. 6
8. Bố cục của đề tài ................................................................................ 6
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SƢƠNG MUỐI
VÀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN CÀ PHÊ Ở 2 TỈNH SƠN LA,
ĐIỆN BIÊN .................................................................................................... 1
1.1. Tổng quan về sƣơng muối và đặc điểm sinh thái cây cà
phê .......................................................................................................... 1
1.1.1. Tổng quan về sƣơng muối ....................................................... 1
1.1.2. Đặc điểm sinh thái cây cà phê ............................................... 10
iv
1.2. Tổng quan nghiên cứu về sƣơng muối .......................................... 13
1.2.1. Các nghiên cứu về sƣơng muối trên thế giới ......................... 13
1.2.2. Tổng quan nghiên cứu về sƣơng muối ở Việt Nam ............... 18
1.3. Tình hình phát triển cà phê ở Sơn La và Điện Biên ...................... 20
1.3.1. Tình hình phát triển cà phê ở tỉnh Điện Biên ......................... 20
1.3.2. Tình hình phát triển cà phê ở tỉnh Sơn La .............................. 22
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XUẤT
HIỆN SƢƠNG MUỐI Ở 2 TỈNH SƠN LA VÀ ĐIỆN BIÊN ...................... 25
2.1. Điêu kiên tự nhiên tỈnh Sơn La, Điện Biên .................................. 25
2.1.1. Tỉnh Sơn La ........................................................................... 25
2.1.2. Tỉnh Điện Biên ....................................................................... 30
2.2. Đặc trƣng và khả năng xuất hiện sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn
La và Điện Biên .................................................................................... 38
2.2.1. Số liệu sử dụng ....................................................................... 38
2.2.2. Đặc trƣng và khả năng xuất hiện sƣơng muối ở 2 tỉnh
Sơn La và Điện Biên ........................................................................ 41
2.2.3. Phân hạng mức độ khắc nghiệt của sƣơng muối ....................... 60
CHƢƠNG 3. XÂY DỰNG TẬP BẢN ĐỒ CHUYÊN ĐỀ VỀ
SƢƠNG MUỐI VÀ ĐỀ XUẤT VÙNG AN TOÀN SƢƠNG MUỐI
Ở 2 TỈNH SƠN LA VÀ ĐIỆN BIÊN .......................................................... 64
3.1. Nội suy dữ liệu không gian bằng thông tin viễn thám và
GIS phục vụ xây dựng bản đồ sƣơng muối khu vực nghiên cứu ......... 64
3.1.1. Số liệu sử dụng ....................................................................... 64
3.1.2. Tính toán nhiệt độ lớp phủ bề mặt từ ảnh MODIS và
ảnh NOAA ........................................................................................ 65
3.1.3. Tính toán nhiệt độ không khí tối thấp từ giá trị LST. ............ 72
3.1.4. Tính toán độ ẩm không khí từ ảnh MODIS và NOAA ......... 76
v
3.1.5. Tính toán khả năng xuất hiện sƣơng muối trên cơ sở
dữ liệu ảnh viễn thám ....................................................................... 82
3.2. Xây dựng tập bản đồ chuyên đề về sƣơng muối ........................... 89
3.2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu ......................................................... 89
3.2.3. Quy trình thành lập bản đồ chuyên đề ................................... 98
3.2.4. Kết quả xây dựng các bản đồ chuyên đề về sƣơng
muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên ............................................... 100
3.3. Đề xuất vùng an toàn sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện
Biên ..................................................................................................... 108
3.3.1. Tỉnh Sơn La .......................................................................... 108
3.3.2. Tỉnh Điện Biên ..................................................................... 109
KẾT LUẬN ............................................................................................... 113
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 115
vi
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Diễn biến diện tích (ha) cà phê của tỉnh Điện Biên...................... 22
Bảng 1.2. Diễn biến về diện tích (ha) cà phê ở Sơn La ............................... 23
Bảng 1.3. Các tiểu vùng trồng cà phê tại Sơn La ......................................... 24
Bảng 2.1. Một số đặc trƣng trung bình năm về khí hậu của tỉnh Sơn
La .................................................................................................................. 30
Bảng 2.2.Một số đặc trƣng khí hậu của tỉnh Điện Biên ................................ 38
Bảng 2.3. Lƣới trạm khí tƣợng khu vực nghiên cứu ..................................... 39
Bảng 2.4. Thống kê về sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên
và các vùng lân cận ....................................................................................... 43
Bảng 2.5. Số ngày xuất hiện sƣơng muối trung bình nhiều năm
(ngày) ở 2 tỉnh Sơn La, Điện Biên và các vùng lân cận .............................. 45
Bảng 2.6. Ngày bắt đầu xảy ra sƣơng muối với các suất bảo đảm .............. 47
Bảng 2.7. Ngày kết thúc sƣơng muối với các suất bảo đảm ........................ 47
Bảng 2.8. Ảnh hƣởng của KKL đến khả năng xuất hiện sƣơng muối
ở các khu vực có độ cao dƣới 1500m .......................................................... 50
Bảng 2.9. Đặc trƣng của nhiệt độ không khí (0C) trong thời gian
xuất hiện sƣơng muối (từ 0 - 7 giờ) ở Sơn La, Điện Biên và các
vùng lân cận ................................................................................................. 52
Bảng 2.10. Tỷ lệ (%) khả năng xuất hiện sƣơng muối theo các
ngƣỡng nhiệt độ tối thấp tuyệt đối từ 0 - 7 giờ ở Sơn La, Điện Biên
và các vùng lân cận ...................................................................................... 53
Bảng 2.11. Đặc trƣng của độ ẩm không khí (%) trong thời gian xuất
hiện sƣơng muối (từ 0 - 7 giờ) ở Sơn La, Điện Biên và các vùng lân
cận ................................................................................................................ 54
vii
Bảng 2.12. Tỷ lệ (%) khả năng xuất hiện sƣơng muối theo các
ngƣỡng độ ẩm không khí trung bình từ 0 -7 giờ ở Sơn La, Điện Biên
và các vùng lân cận ....................................................................................... 55
Bảng 2.13. Tỷ lệ (%) khả năng xuất hiện sƣơng muối theo các
ngƣỡng tốc độ gió lúc 1giờ ở Sơn La, Điện Biên và các vùng lân
cận ................................................................................................................ 56
Bảng 2.14. Tỷ lệ (%) khả năng xuất hiện sƣơng muối theo các
ngƣỡng lƣợng mây tổng quan lúc 1giờ và 7giờ ở Sơn La, Điện Biên
và các vùng lân cận ...................................................................................... 57
Bảng 2.15. Kịch bản xuất hiện sƣơng muối ở Sơn La, Điện Biên và
các vùng lân cận ........................................................................................... 59
Bảng 2.16. Chỉ tiêu phân hạng mức độ khắc nghiệt
của sƣơng muối theo số liệu quan trắc ở Sơn La, Điện Biên và các
vùng lân cận .................................................................................................. 61
Bảng 2.17. Kết quả phân hạng mức độ khắc nghiệt của sƣơng muối
trên mạng lƣới trạm khí tƣợng ở Sơn La, Điện Biên và các vùng lân
cận ................................................................................................................ 62
Bảng 3.1. Hệ số ai đối với thoạt toán LST1 .................................................. 67
Bảng 3.2. Các đặc trƣng thống kê nhiệt độ trung bình nhiều năm
giữa nội suy và quan trắc trong vùng nghiên cứu (tháng 1, 2, 3) ................ 72
Bảng 3.3. Các đặc trƣng thống kê nhiệt độ trung bình nhiều năm
giữa nội suy và quan trắc trong vùng nghiên cứu (tháng 11,12) ................. 76
Bảng 3.4 Kết quả thống kê mức độ tin cậy của phƣơng trình trên
chuỗi số liệu phụ thuộc ................................................................................. 85
Bảng 3.5. So sánh số liệu quan trắc và số liệu tính toán số ngày có
sƣơng muối trung bình thời kỳ 2000-2009 .................................................. 88
Bảng 3.6. Diện tích đất tự nhiên (km2) bị ảnh hƣởng của sƣơng muối
theo các đai độ cao ở tỉnh Sơn La .............................................................. 111
Bảng 3.7. Diện tích đất tự nhiên (km2) bị ảnh hƣởng của sƣơng
muối theo các đai độ cao ở tỉnh Điện Biên ................................................ 112
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Mô hình xây dựng bản đồ giám sát sƣơng muối bằng số
liệu viễn thám và số khí tƣợng .................................................................... 14
Hình 1.2. Bản đồ giám sát sƣơng muối ảnh hƣởng đến cây trồng
mùa đông cho từng tháng ở Châu âu ............................................................ 15
Hình 1.3. Bản đồ nguy cơ sƣơng muối tháng 3 của Hy Lạp ........................ 15
Hình 1.4. Bản đồ phân bố sƣơng muối, ngày 2 tháng 3 năm 2008 ở
tỉnh Quảng Tây Trung Quốc ......................................................................... 16
Hình 1.5. Bản đồ phân bố sƣơng muối Nam Brazil ..................................... 16
Hình 1.6. Bản đồ số ngày xuất hiện sƣơng muối với độ phân giải 1
km tại vùng Otago ......................................................................................... 17
Hình 1.7 Bản đồ phân bố sƣơng muối khu vực Emilia-Romagna của
Ý ................................................................................................................... 17
Hình 1.8. Bản đồ ngày kết thúc khả năng xuất hiện sƣơng muối với
suất bảo đảm 10% ........................................................................................ 18
Hình 2.1. Phân bố các khu vực xuất hiện sƣơng muối ................................ 45
Hình 2.2. Mối quan hệ giữa các đợt không khí lạnh và ngày xảy ra
sƣơng muối năm 1999 ở một số khu vực ở Sơn la, Điện Biên và các
vùng lân cận ................................................................................................. 50
Hình 3.1. Nhiệt độ bề mặt lớp phủ LST theo ảnh MODIS và NOAA .......... 69
Hình 3.2. Đồ thị quan hệ giữa số liệu thực đo và LST theo ảnh viễn
thám ............................................................................................................... 72
Hình 3.3. Mối quan hệ giữa Tmin và LST ở Sơn La, Điện Biên ................... 73
Hình 3.4. Bản đồ LST và Tmin trong một số đêm ........................................ 74
Hình 3.5. Sơ đồ RH ....................................................................................... 77
Hình 3.6. Mối quan hệ giữa tổng cột hơi nƣớc và độ ẩm riêng của
ix
hơi nƣớc do W. Timothy xây dựng ............................................................... 79
Hình 3.7. Bản đồ RH trong một số đêm khu vực nghiên cứu ...................... 81
Hình 3.8. Một số kết quả minh hoạ sự phân bố sƣơng muối theo
không gian ..................................................................................................... 86
Hình 3.9. Bản đồ số ngày có sƣơng muối trung bình nhiều năm thời kỳ
2000 - 2009 ............................................................................................................ 87
Hình 3.10. Biểu diễn bản đồ A bằng mô hình quan hệ ................................ 89
Hình 3.11. Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng điểm ............................... 91
Hình 3.12. Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng cung ............................. 91
Hình 3.13. Số liệu vector đƣợc biểu thị dƣới dạng vùng (Polygon) ............. 92
Hình 3.14. Mối quan hệ giữa thông tin bản đồ và thông tin thuộc
tính ................................................................................................................ 95
Hình 3.15. Sơ đồ khối thành lập bản đồ chuyên đề ..................................... 99
Hình 3.16. Bản đồ ngày bắt đầu và kết thúc sƣơng muối ở tỉnh Sơn
La .................................................................................................................. 97
Hình 3.17. Bản đồ ngày bắt đầu và kết thúc sƣơng muối ở tỉnh Điện
Biên ............................................................................................................ 101
Hình 3.18. Bản đồ xác xuất xuất hiện sƣơng muối tỉnh Sơn La ................ 102
Hình 3.19. Bản đồ xác xuất xuất hiện sƣơng muối tỉnh Điện Biên ........... 104
Hình 3.20. Bản đồ mức độ khắc nghiệt của sƣơng muối ở tỉnh Sơn
La ................................................................................................................ 105
Hình 3.21. Bản đồ mức độ khắc nghiệt của sƣơng muối ở tỉnh Điện
Biên ............................................................................................................ 106
x
CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG BÁO CÁO
ASCII
Khuôn dạng chuẩn chuyển đổi thông tin
ASTER
Bức xạ kế phát xạ và phản xạ nhiệt nâng cao
CSDL
Cơ sở dữ liệu
DEM
Mô hình số độ cao
ĐPG
Độ phân giải
e
Sức trƣơng hơi nƣớc
E
Sức trƣơng hơi nƣớc bão hoà
ETM
Hệ thống lập bản đồ chuyên đề nâng cao
GIS
Hệ thống thông tin địa lý
HIRS
Máy quét phổ độ phân giải cao
KKL
Không khí lạnh
LST
Nhiệt độ bề mặt đất
LWIR
Sóng dài hồng ngoại
MODATM
Sản phẩm khí quyển của MODIS
MODIS
Máy quét ảnh phổ độ phân giải trung bình
NCAR
Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí quyển Mỹ
NDVI
Chỉ số thực vật chuẩn hóa
NOAA
Cơ quan quốc gia về Đại dƣơng và Khí quyển
P
Áp suất không khí
xi
Q
Độ ẩm riêng
RGB
Ba màu cơ bản (đỏ, lục, lam)
RH
Độ ẩm không khí
RMSE
Sai số quân phƣơng
RS
Viễn thám
SST
Nhiệt độ mặt nƣớc biển
SWIR
Sóng ngắn hồng ngoại
TIR
Hồng ngoại nhiệt
TM
Lập bản đồ chuyên đề
Tmin
Nhiệt độ không khí tối thấp
UTM
Hệ tọa độ chuyển đổi tổng hợp của Mỹ
W
Tổng cột hơi nƣớc
xii
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Vùng Tây Bắc đang đƣợc đánh giá là vùng có nhiều lợi thế để phát
triển diện tích trồng các cây lâu năm, nhất là các cây công nghiệp dài ngày
(cao su, cà phê) và các cây ăn quả. Sƣơng muối và sƣơng giá là những hiện
tƣợng rất nguy hại đối với cây trồng, trong đó sự sinh trƣởng, phát triển, hình
thành năng suất và hiệu quả kinh tế của các cây dài ngày phụ thuộc rất nhiều
vào sự tác động của sƣơng muối và nhiệt độ thấp. Tác hại nghiêm trọng của
các đợt sƣơng muối đối với các mô hình trồng các cây công nghiệp dài ngày,
đặc biệt là cà phê ở vùng Tây Bắc trong những năm gần đây đã góp phần
minh chứng vai trò và ảnh hƣởng của nó.
2 tỉnh Sơn La và Điện Biên, với một hệ thống núi non trùng điệp bao
quanh các bồn địa, các cao nguyên nằm ở phía tây dãy Hoàng Liên Sơn, điều
kiện khí hậu ôn hòa thích hợp với cây cà phê chè. Cà phê đƣợc trồng trên các
sƣờn dốc của chân các dãy núi thấp hoặc trên các chỏm đồi với độ cao trên
mực nƣớc biển chừng 600m với một vùng đất đỏ đá vôi có tầng thật dày và độ
phì nhiêu khá cao. Tuy độ cao trên mặt biển chƣa thật là cao song vùng cà phê
Sơn La, Điện Biên có đặc điểm là nằm ở vĩ độ khá cao về phía Bắc, có vị trí
địa lý tƣơng tự nhƣ vùng cà phê chè tập trung vùng Sao Paulo, Minas Gerais
của Braxin cùng với độ cao khoảng 600m so với mực nƣớc biển, có khác
chăng là hai vùng cà phê ở hai phía bắc và nam bán cầu. Khí hậu Sơn La,
Điện Biên nóng và nhiều mƣa vào mùa hạ, lạnh và khô vào mùa đông. Cây cà
phê ở đây sinh trƣởng xanh tốt cho sản lƣợng cao.
Đồng bộ với hình thành hệ thống chế biến tốt, cà phê Tây Bắc hoàn
toàn ghi tên trên bản đồ cà phê chất lƣợng của thế giới. Ông Joao Brandao –
Đại diện Tập đoàn số một thế giới về thiết bị chế biến cà phê quả tƣơi khẳng
định: “Nếu lựa chọn định hƣớng phát triển bền vững, cà phê Tây Bắc có thể
sánh ngang với cà phê Brazil về chất lƣợng”.
1
Vừa qua đƣợc sự giúp đỡ, cho vay vốn với điều kiện ƣu đãi của cơ
quan phát triển Pháp, chúng ta đã mở rộng diện tích cà phê chè ở một số địa
phƣơng, đƣa tổng diện tích cà phê chè trong cả nƣớc lên trên 2 vạn hecta. Tuy
nhiên trong quá trình thực hiện chƣơng trình phát triển cây cà phê chè cũng có
những thiếu sót dẫn đến hiệu quả thấp, một số vùng trồng rồi lại phải hủy bỏ
đi vì vƣờn cây quá xấu kém. Và ngƣời ta đã truy tìm các nguyên nhân dẫn đến
những tổn thất đó. Không ít ngƣời cho là vì công tác quy hoạch kém, trồng cà
phê vào vùng đất xấu không thích hợp hoặc vùng có sƣơng muối.
Lựa chọn định hƣớng phát triển cà phê bền vững sẽ mang lại những lợi
ích to lớn nhƣ giá trị sản phẩm đƣợc nâng lên, tạo việc làm, đảm bảo an ninh
xã hội. Quan trọng hơn là thông qua phát triển cà phê bền vững theo chứng
chỉ sẽ góp phần tạo ra cộng đồng có trách nhiệm – một yếu tố phát triển xã
hội bền vững. Lựa chọn phát triển cà phê bền vững là con đƣờng tốt nhất để
xây dựng vùng cà phê Tây Bắc đạt một tầm vóc mới, hoàn toàn có thể đối
xứng vùng phát triển cà phê với Tây Nguyên, không chỉ về số lƣợng mà cả
chất lƣợng. Vùng cà phê Tây Bắc có ƣu thế là thích hợp cho phát triển cà phê
chè – đang là xu hƣớng tiêu dùng của thế giới, do đó bán đƣợc với giá cao,
hiện từ 2.300 – 2.400 USD/tấn nhân, trong khi cà phê Robussta Tây Nguyên
chỉ bán đƣợc với giá 1.400 – 1500 USD/tấn. Là nhà hàng đầu Việt Nam về
sản xuất, chế biến cà phê, Tập đoàn Thái Hòa cam kết quyết tâm cùng ngƣời
dân Tây Bắc phát triển cà phê bền vững theo quy tắc quốc tế và xây dựng trở
thành thƣơng hiệu lớn trên thị trƣờng thế giới
Vì vậy sau 10 năm thiệt hại nặng nề của trận sƣơng muối thiêu rụi gần
cả vùng cà phê của năm 1999, cây cà phê đã đƣợc khôi phục và khẳng định là
một trong những cây công nghiệp chủ lực trong chƣơng trình xuất khẩu.
Nằm trong chủ trƣơng chuyển đổi cơ cấu cây trồng, thực hiện công
nghiệp hoá nông nghiệp - nông thôn và miền núi, cây cà phê đã lên vùng Tây
Bắc trong sự hy vọng của ngƣời dân cũng nhƣ lãnh đạo các cấp. Thời gian
đầu, cây phát triển tƣơng đối tốt và ổn định, nhƣng khi bƣớc vào thời kỳ thu
2
hoạch đã “vấp” phải sự khắc nghiệt của thời tiết nơi đây. Sƣơng muối đã làm
hàng nghìn hecta cà phê không ra quả và chết dần. Sau 4 năm liền mất trắng,
từ sự háo hức ban đầu, ngƣời dân chán nản và bỏ mặc cà phê.
Nhận thấy sự thiệt hại to lớn đối với sản xuất cà phê chủ yếu do điều
kiện thời tiết – khí hậu mà đặc biệt là sƣơng muối gây ra, học viên đã chọn đề
tài "Nghiên cứu đánh giá khả năng suất hiện sương muối phục vụ phát
triển cây cà phê chè ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên" nhằm góp phần phát
triển bền vững cây cà phê chè ở khu vực Tây Bắc.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục tiêu:
1) Đánh giá đƣợc khả năng xuất hiện và ảnh hƣởng của sƣơng muối đến cây
cà phê chè ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên.
2) Xây dựng đƣợc tập bản đồ chuyên đề về sƣơng muối tác động đến cây cà
phê chè.
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt đƣợc các mục tiêu trên, đề tài cần giải quyết các nhiệm vụ sau đây:
-
Thu thập và xử lý số liệu khí tƣợng, thực trạng sản xuất cây cà phê chè
ở 2 tỉnh Sơn La, Điện Biên ;
-
Thu thập số liệu bản đồ nền, ảnh vệ tinh phục vụ toán tính toán nhiệt độ
bề mặt, đổ ẩm không khí hỗ trợ xây dựng bản đồ chuyên đề sƣơng
muối;
-
Tổng quan tình hình nghiên cứu về sƣơng muối trong và ngoài nƣớc;
-
Nghiên cứu khả năng xuất hiện sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện
Biên;
-
Đánh giá ảnh hƣởng của sƣơng muối đến khả năng phát triển cây cà
phê chè ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên;
3
-
Xử lý, chiết xuất các thông tin trên ảnh MODIS phục vụ xây dựng các
bản đồ chuyên đề về sƣơng muối;
-
Xây dựng tập bản đồ chuyên đề sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La và Điện
Biên bằng công nghệ GIS
-
Đề xuất vùng an toàn sƣơng muối phục vụ quy hoạch phát triển sản
xuất cà phê chè ở vùng nghiên cứu.
3. Phạm vi nghiên cứu
2 tỉnh Sơn La và Điện Biên
4. Phƣơng pháp sử dụng trong luận văn
-
Thu thập và kế thừa: thu thập, tổng hợp và kế thừa các tài liệu có liên
quan đến sƣơng muối, sản xuất cây cà phê của các đề tài, dự án đã
tiến hành cho khu vực nghiên cứu;
-
Điều tra khảo sát thực địa: nhằm bổ xung những tài liệu, dữ liệu về
sƣơng muối và cây cà phê ở vùng nghiên cứu trong những năm gần
đây;
-
Điều tra nhanh nông thôn: điều tra, phỏng vấn trực tiếp nông dân về
ảnh hƣởng của sƣơng muối đến cây cà phê ở vùng nghiên cứu;
-
Phân tích và tổng hợp tài liệu: các kết quả thu đƣợc về điều kiện tự
nhiên, kinh tế xã hội đƣợc phân tích đánh giá hệ thống theo từng mục
đích, yêu cầu cụ thể trong từng nội dung của luận văn
-
Thống kê áp dụng trong khí tƣợng - khí hậu
-
Viễn thám trong phân tích ảnh vệ tinh
-
GIS: sử dụng công nghệ GIS với một số phần mềm chuyên dụng
(ARC GIS; MapInfor; ARC VIEW, Envi...) để xử lý ảnh viễn thám và
thành lập các bản đồ.
-
Phƣơng pháp chuyên gia
4
5. Những kết quả đạt đƣợc:
-
Làm rõ đƣợc khả năng xuất hiện của sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La,
Điện Biên
-
Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của sƣơng muối đến việc phát triển cà phê
chè ở 2 tỉnh Sơn La, Điện Biên
-
Các bản đồ chuyên đề về sƣơng muối ở 2 tỉnh Sơn La, Điện Biên
-
Đề xuất đƣợc các vùng trồng cà phê chè với các mức an toàn khác
nhau ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên
-
Báo cáo tổng kết của luận văn
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
6.1. Ý nghĩa khoa học
Các bản đồ chuyên đề về sƣơng muối đƣợc xây dựng trên nền tảng công
nghệ viễn thám và GIS là một bƣớc tiến mới về ứng dụng kỹ thuật cao đối với
công tác phát triển khoa học công nghệ ở trong nƣớc, từng bƣớc tiếp cận với
công nghệ hiện đại ở trên thế giới.
Cung cấp cơ sở khoa học các thông tin viễn thám và GIS trong điều tra
cơ bản nhằm nâng cao hiệu quả công tác nghiên cứu, giám sát và khai thác
hợp lý tài nguyên khí hậu, thuỷ văn, khí hậu nông nghiệp trong sự phát triển
chung của nền kinh tế.
6.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tăng cƣờng số liệu phục vụ công tác điều tra cơ bản nhằm quản lý và
khai thác hợp lý tài nguyên thiên nhiên cho từng vùng cụ thể trong sự phát
triển kinh tế xã hội, đặc biệt là phát triển kinh tế vùng núi và những vùng khó
khăn.
Cung cấp công cụ giám sát sƣơng muối, phục vụ phát triển nông nghiệp
nói chung và phát triển cà phê nói riêng, giảm thiệt hại do thiên tai gây ra
5
nâng cao hiệu quả kinh tế cho các hộ gia đình và các công ty cà phê ở các tỉnh
nghiên cứu
7. Cơ sở dữ liệu đã sử dụng
7.1. Về các dữ liệu khí tượng
- Các số liệu khí tƣợng đƣợc thu thập từ các trạm khí tƣợng trong vùng với
chuỗi số liệu trong thời gian đủ dài (từ năm 1981 đến 2010);
- Các tài liệu từ các đề tài, các tạp chí và các nguồn khác cũng đã đƣợc thu
thập để tham khảo và lựa chọn sử dụng;
7.2. Các dữ liệu về viễn thám
- Các ảnh viễn thám cũng đƣợc thu thập từ các nguồn miễn phí (Phòng nghiên cứu
Viễn thám và GIS - Viện Khoa học Khí tƣợng Thuỷ văn và Môi trƣờng; Trung
tâm Viễn thám Quốc gia và trên một số trang web)
8. Bố cục của đề tài
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm 3 chƣơng:
Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về sương muối và tình hình phát
triển cây cà phê chè ở 2 tỉnh Sơn La và Điện Biên
Chương 2. Nghiên cứu đánh giá khả năng xuất hiện sương muối ở 2 tỉnh Sơn
La và Điện Biên
Chương 3. Xây dựng tâp bản đồ chuyên đề về sương muối và đề xuất vùng an
toàn sương muối ở 2 tỉnh Sơn La, Điện Biên.
6
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SƢƠNG MUỐI VÀ TÌNH HÌNH
PHÁT TRIỂN CÀ PHÊ Ở 2 TỈNH SƠN LA, ĐIỆN BIÊN
1.1. TỔNG QUAN VỀ SƢƠNG MUỐI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH THÁI
CÂY CÀ PHÊ
1.1.1. Tổng quan về sƣơng muối
1.1.1.1. Khái niệm về sương muối
Sƣơng muối là hiện tƣợng hơi nƣớc đóng băng thành các hạt nhỏ, rắn,
xốp và trắng nhƣ muối ngay trên mặt đất hay bề mặt cây cỏ hoặc các vật thể
khác khi không khí trên đó ẩm và lạnh [5]. Sƣơng muối là hiện tƣợng thời tiết
nguy hiểm vì nhiệt độ quá lạnh của nó làm chết cây trồng và vật nuôi.
Hạt sƣơng đƣợc cấu thành từ nhiều băng li ti, đƣờng kính chỉ khoảng
0,03 - 0,2mm. Bên trong hạt sƣơng muối có những đƣờng dẫn hoặc ống
không khí cực kì nhỏ bé, đƣờng kính chỉ khoảng 0,005 - 0,002mm xen lẫn các
khối hạt băng [3].
1.1.1.2. Điều kiện hình thành sương muối
Thông thƣờng sƣơng muối hình thành về đêm hoặc sáng sớm, trời lặng
gió, quang mây, nhiệt độ không khí xuống thấp làm cho nhiệt độ bề mặt các
vật thể hay cây cỏ ở mặt đất đạt tới điểm sƣơng đủ cho hơi nƣớc ngƣng kết,
và điều kiện độ ẩm không khí thích hợp. Trong điều kiện thời tiết nhƣ vậy,
bức xạ hiệu dụng mạnh, nhiệt độ của vật chất trên mặt đất hạ thấp, khi không
khí tiếp xúc bị lạnh và hơi nƣớc ngƣng kết lại thành hạt băng. Vào lúc này, áp
lực của hạt băng bé hơn áp lực của hạt nƣớc nên các hạt nƣớc trên bề mặt vật
chất, ngay phía dƣới hạt băng, lần lƣợt di chuyển lên phía trên và tụ lại quanh
hạt băng. Cứ nhƣ vậy, các hạt nƣớc nối kết nhau di chuyển lên phía trên làm
7
cho hạt băng to dần lên và dẫn đến việc hình thành hạt sƣơng muối. Nếu nhiệt
độ thấp hơn, hoặc độ ẩm thấp hơn khoảng giá trị thích hợp nói trên, sƣơng
muối không hình thành mà chỉ xuất hiện các hạt băng hoặc lớp băng. Ngoài
ra, sƣơng muối cũng có thể hình thành do hơi nóng, ẩm từ các lớp đất sâu bốc
lên.
Sƣơng muối thƣờng hình thành trên nền đất nhẹ và ít hạt, ở những nơi
có độ ẩm vừa phải, trong các thung lũng, bồn địa... nhiệt độ hạ thấp hơn các
nơi khác nên sƣơng muối dễ xuất hiện hơn so với sƣờn núi hoặc đỉnh đồi. Hầu
nhƣ sƣơng muối không hình thành trên bãi cát.
1.1.1.3. Phân loại sương muối
a/ Phân loại sương muối theo quá trình hình thành hay diễn biến của mây ban
đêm.
Theo Lại Văn Chuyển và nnk thì sƣơng muối đƣợc phân loại [3]:
Loại a1: Sƣơng muối khi trời quang suốt đêm
Sƣơng muối thƣờng hình thành ngay sau khi mặt trời lặn rồi tiếp tục
phát triển cho đến sáng sớm, khi nhiệt độ thấp nhất. Lúc này hạt sƣơng muối
đạt tới cực đại. Sau khi mặt trời mọc, sƣơng muối bắt đầu tan.
Loại a2: Sƣơng muối khi trời quang vào nửa trƣớc đêm
Sƣơng muối hình thành ngay sau khi mặt trời lặn rồi phát triển nhanh,
đến giữa đêm đạt tới cực đại. Từ giữa đêm, trời nhiều mây lên, hạt sƣơng
muối tan dần
Loại a3: Sƣơng muối vào những đêm mây thay đổi
Vào những đêm lúc quang mây lúc đầy mây, nhiệt độ lúc đi xuống lúc
dừng lại, sƣơng muối sau khi hình thành, có lúc phát triển rồi có lúc tan đi...
8
b/ Phân loại sương muối theo mùa (chỉ có ở các nước ôn đới).
Loại b1: Sƣơng muối nửa đầu mùa đông
Từ cuối mùa thu thời tiết trở nên mát mẻ, nhiệt độ thấp dần cho đến khi
bƣớc vào mùa đông. Ngay từ khi chớm đông, nhiệt độ trở nên thích hợp với
việc hình thành sƣơng muối. Càng đi sâu vào giữa mùa đông, sƣơng muối
càng nhiều. Đến chính đông, do nền nhiệt độ quá thấp, không còn điều kiện
thích hợp để xuất hiện sƣơng muối.
Loại b2: Sƣơng muối nửa sau mùa đông
Sau thời kì chính đông băng giá, nhiệt độ lại nhích dần lên trở nên thích
hợp với việc hình thành sƣơng muối. Sƣơng muối lại xuất hiện cho đến đầu
mùa xuân.
c/ Phân loại sương muối theo hình thế thời tiết
Loại c1: Sƣơng muối bình lƣu (phong sƣơng)
Sƣơng muối xảy ra trong quá trình hàn triều (gió mùa đông bắc hay
Fron lạnh tràn xuống), nhiệt độ xuống tới 00C hoặc thấp hơn nữa.
Ở các nƣớc Nhật Bản, Trung Quốc, ngƣời ta gọi sƣơng muối bình lƣu
là phong sƣơng. Diễn biến thông thƣờng của sƣơng muối bình lƣu nhƣ sau:
- Gió mùa đông bắc về, nhiệt độ hạ thấp
- Sau khi mặt trời lặn, nhiệt độ hạ thấp đáng kể, trên đất, trên lá cây,
trên ngọn cỏ xuất hiện sƣơng muối.
Đặc điểm của sƣơng muối bình lƣu là hình thành trên diện rộng.
Loại c2: Sƣơng muối bức xạ (tịnh sƣơng)
Vào những ngày nền nhiệt độ khá thấp sau khi gió mùa tràn về, ban
đêm xuống trời quang mây hoặc rất ít mây, gió lặng, hơi khô, mặt đất, mặt cỏ,
9
lá cây bức xạ mạnh, nhiệt độ xuống đến hoặc gần đến 00C, sƣơng muối xuất
hiện.
Sƣơng muối bức xạ không xảy ra trên diện rộng nhƣ sƣơng muối bình
lƣu. Thông thƣờng sƣơng muối bức xạ xảy ra trên địa hình lõm, khuất gió.
Loại c3: Sƣơng muối hỗn hợp
Khi có sự phối hợp tác động giữa điều kiện bức xạ và điều kiện bình lƣu,
nghĩa là sau khi gió mùa đông bắc về, nền nhiệt độ hạ thấp nhanh, vào những
đêm quang mây hoặc rất ít mây, gió nhẹ, nhiệt độ hạ thấp đáng kể, sƣơng
muối hình thành.
Sƣơng muối hỗn hợp xảy ra trên diện rộng, tác hại nghiêm trọng đến
cây trồng.
1.1.1.4. Tác hại của sương muối
Khi nhiệt độ bề mặt thực vật hạ thấp xuống dƣới 0 0C, nƣớc trong
thân cây sẽ đóng băng lại và giãn nở thể tích, phá vỡ các tế bào, các ống dẫn
nhựa cũng ngừng hoạt động không vận chuyển đƣợc các chất dinh dƣỡng
nuôi cây. Vì vậy, ngày hôm sau, sau khi có sƣơng muối, cây trồng bắt đầu
xuất hiện những vết "cháy táp" trên mặt lá. Ngọn cây khô dần, lớp vỏ tróc ra,
cây héo úa rồi chết. Ngay cả khi sƣơng muối chƣa hình thành nhƣng nếu nhiệt
độ không khí xuống rất thấp làm các quá trình sinh lý bị ngừng trệ gây ra hiện
tƣợng héo sinh lý.
1.1.2. Đặc điểm sinh thái cây cà phê
Cây cà phê thƣờng trồng chủ yếu bao gồm bốn giống: cà phê chè (coffea
arabica), cà phê vối (coffea canephora Pierre), cà phê mít (coffea excelsa Clreo)
và cà phê mít dâu da (coffee liberia Bull, in hieru).[1], [2], [3], [8]
10
Cà phê chè đƣợc trồng lâu đời nhất và chiếm tới 70% sản lƣợng cà phê
toàn thế giới. Giống cà phê này có nguồn gốc ở cao nguyên Êtiôpi, cao 15002000m, vĩ tuyến 80N.
Cà phê chè là cây bụi cao 3-4m, ở điều kiện thuận lợi có thể cao 6-7m.
Cà phê vối mới đƣợc phát hiện ở châu Phi và đầu thế kỉ này trên các cánh
rừng thấp thuộc châu thổ sông Công Gô. Cây dễ trồng, năng suất cao, khỏe,
có thể cao đến 8-12m. Cà phê mít đƣợc phát hiện năm 1902 ở Ubangui Chari, ít sâu bệnh, sinh trƣởng khoẻ, cao khoảng 15-20m. Cà phê mít dâu da
nguồn gốc ở Liberia, quả to giống quả dâu da, cao khoảng 15-18m.
Vòng đời cây cà phê gồm ba giai đoạn: giai đoạn sinh trƣởng, từ khi hạt
nảy mầm đến khi cây trƣởng thành, giai đoạn sản xuất suốt thời kì cho quả và
giai đoạn tàn lụi, khi cây già cỗi, hoạt động giảm sút,...
Điều kiện ngoại cảnh quan trọng đối với cà phê nảy mầm là nhiệt độ,
nƣớc, ôxi, pH,...
Nhiệt độ thích hợp cho cà phê nảy mầm là 30-320C, nhiệt độ càng thấp
thời gian nảy mầm càng kéo dài, xuống tới 100C cà phê khó nảy mầm.
Sau khi nảy mầm, rễ ăn xuống đất. Rễ phát triển thuận lợi với nhiệt độ 26320C, quá 380C có hại cho rễ cà phê.
Cà phê chè, cà phê vối bắt đầu ra hoa khi cây đƣợc 24-30 tháng tính từ
khi gieo hạt. Cà phê mít nở hoa chậm hơn 1-2 năm so với cây cà phê chè.
Hoa cà phê thƣờng nở về khuya và hoàn thành vào lúc sáng sớm. Tại
trạm thí nghiệm Tây Hiếu, quan sát thấy 60-70% hoa nở vào khoảng 2-3 giờ
sáng, trong điều kiện nhiệt độ 24-250C, độ ẩm 94-97%. Trong quá trình nở
hoa thụ phấn, gặp thời tiết bất thuận nhƣ sƣơng muối gió Lào tràng hoa bị
chết khô. Sau khi hoa thụ phấn, noãn sào cà phê phát triển thành quả. Từ khi
11
thụ phấn cho đến khi quả chín kéo dài từ 6-8 tháng đối với cà phê chè và 9-10
tháng đối với cà phê vối.... Thực tế, thời tiết cũng ảnh hƣởng đến quá trình
này.
Các yếu tố khí hậu ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát dục của cà phê
là nhiệt độ, mƣa, nắng và gió,... Song nhiệt độ vẫn là yếu tố tác động quan
trọng nhất đối với cà phê.
Đa số giống cà phê đều thích hợp với nhiệt độ trung bình năm khoảng
22-260C, riêng cà phê chè giới hạn đó là 19-260C. Cà phê vối chịu rét kém
nhất. Với nhiệt độ 20C, các vƣờn cà phê vối bị “cháy” phần lớn cành lá. Cà
phê mít sức chịu rét khá hơn nhƣng với nhiệt độ dƣới 2 0C cũng bị hại. Cà phê
chè chịu rét hơn cả. Khi nhiệt độ xuống đến 1-20C trong một vài đêm, chỉ làm
cho một số lá non trên ngọn và rìa tán lá bị “cháy”. Song nhiệt độ xuống đến
00C, -20C, nhiều vƣờn cà phê bị cháy cành tới 1/3 hoặc 1/2 tán cây. Ở một số
khu vực trũng, cà phê chè có thể chết với nhiệt độ đó. Với sƣơng muối, tùy
thuộc loài và tuổi cà phê, tác hại có thể nhiều hay ít. Nhiều vƣờn cà phê chết
hàng loạt. Một số vƣờn cà phê non 1-3 tuổi, qua các đợt sƣơng muối bị chết,
phải phá đi trồng lại.
Nhiệt độ 36-390C cũng ảnh hƣởng xấu đến sinh trƣởng của cây cà phê,
làm cho các lá non bị khô. Về khả năng chịu nóng, cà phê chè hơn hẳn các
chủng loại khác, nhất là cà phê vối.
Liên quan đến sinh trƣởng cây cà phê và chất lƣợng cà phê cần phải kể
tới biên độ ngày của nhiệt độ, chênh lệch giữa nhiệt độ cao nhất vào ban ngày
và nhiệt độ thấp nhất vào ban đêm. Biên độ cao thúc đẩy hoạt động quang
hợp, tích lũy chất khô vào ban ngày và hạn chế tiêu hao vật chất vào ban đêm.
Ngoài nhiệt độ, nƣớc có tính chất quyết định đối với sinh trƣởng và
năng suất cà phê. Cà phê đòi hỏi lƣợng mƣa cao, phân bố đều và mùa khô
12
ngắn. Lƣợng mƣa năm đáp ứng đƣợc yêu cầu của cà phê vối là 15002000mm, của cà phê chè là 1200-1500mm và của cà phê mít có thể ít hơn.
Lƣợng mƣa càng nhiều, mùa khô càng ngắn càng có lợi cho cà phê.
Tuy vậy, một chế độ mƣa gần nhƣ quanh năm không phải lí tƣởng cho cây cà
phê. Các giống cà phê, nhất là cà phê vối, cà phê mít cần có độ ẩm cao.
Những đợt gió mùa đông bắc khô lạnh, với độ ẩm 40-50% và những đợt gió
tây khô nóng, với độ ẩm 30-40% có thể gây hại cho cà phê.
Cà phê thuộc loại cây ƣa bóng mát, cần có biện pháp canh tác tƣơng
ứng, cụ thể là trồng cây che bóng. Tuy vậy, những năm gần đây nhiều tác giả
đã chứng minh rằng, cà phê có thể trồng ngoài nắng, không cần che bóng.
Vai trò của nhiệt độ, nhất là nhiệt độ thấp, gắn liền với vai trò của gió,
đặc biệt là gió mùa đông bắc. Khi xảy ra nhiệt độ thấp, các vƣờn cà phê ở nơi
thoáng gió thƣờng bị thiệt hại nghiêm trọng hơn những vƣờn cà phê kín gió.
Khi gặp sƣơng muối, cây ngừng sinh trƣởng, phần rễ nông bị trồi lên mặt đất
và khô lại, phần rễ cây ăn sâu, có thể bị đứt.
1.2. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SƢƠNG MUỐI
1.2.1. Các nghiên cứu về sƣơng muối trên thế giới
Với mức độ nguy hại của sƣơng muối đối với sản xuất nông nghiệp nói chung
và gieo trồng các cây lƣu niên, cây công nghiệp dài ngày nhƣ cà phê nói
riêng, nhiều nƣớc trên thế giới nhƣ Nga, Trung Quốc, Mỹ, Brazil, …. đã tiến
hành nghiên cứu về sƣơng muối, đánh giá tác hại của thiên tai trong đó có
sƣơng muối, sƣơng giá trên cơ sở các dữ liệu khí tƣợng quan trắc, dữ liệu viễn
thám. Các nghiên cứu ở Nhật Bản (Kurosu et al., 1995); ở Trung Quốc (Shao
et al., 2001, Li et al., 2003, Bingbai et al..., 2005); ở Sri Lan ka (Frei et al.,
1999); ở Ấn Độ (Choudhury and Chakraborty, 2006);....Các nhà nghiên cứu
đã trình bày kết quả theo các hƣớng, bao gồm: phân tích dữ liệu viễn thám là
13
hàm của các thông số sinh lý của cây trồng và thay đổi theo thời gian của
chúng, giải thích các quan sát bằng các mô hình lý thuyết, xác định các thuật
toán phân loại, phát triển hoặc ứng dụng các phƣơng pháp phân loại, xác định
các thông số sinh lý của cây trồng và kết hợp với các mô hình tăng trƣởng để
giám sát trạng thái sinh trƣởng, phát triển, hình thành năng suất và giám sát
các yếu tố khí tƣợng bất lợi nhƣ: sƣơng muối, sƣơng giá, hạn hán...đến sinh
trƣởng phát triển của cây trồng bởi các modul phần mềm, sau đó tích hợp
trong GIS để xây dựng các bản đồ chuyên đề.
Hình 1.1. Mô hình xây dựng bản đồ giám sát sƣơng muối
bằng số liệu viễn thám và số liệu khí tƣợng [15]
Các nƣớc liên minh Châu âu EU đã xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu
giám sát cây trồng (procedures and data storage are part of the Crop Growth
Monitoring System (CGMS), đã sử dụng các số liệu khí tƣợng để xây dựng
bản đồ sƣơng muối ảnh hƣởng đến các cây trồng mùa đông cho từng tháng
trên toàn lãnh thổ (hình 1.2).
14
