- Trang Chủ
- Kĩ thuật Viễn thông
- Sử dụng ảnh vệ tinh landsat nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và lớp phủ - sử dụng đất thành phố Hà Nội
Xem mẫu
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
SỬ DỤNG ẢNH VỆ TINH LANDSAT NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ GIỮA
NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT VÀ LỚP PHỦ - SỬ DỤNG ĐẤT THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Trình Tiến Đức, Lớp K60A,
Đặng Nguyễn Hiền Lương, Lớp K60B,
Trần Diệu Thúy, Lớp K60TN, Khoa Địa lí
GVHD: ThS. Trần Xuân Duy
Tóm tắt: Hà Nội là một trong những đô thị phát triển với tốc độ đô thị hóa nhanh bậc nhất cả nước.
Đô thị hóa đã làm suy giảm diện tích đất nông nghiệp, lớp phủ thực vật đồng thời làm tăng diện tích
đất đô thị và khu công nghiệp, thương mại. Việc chuyển đổi giữa các loại sử dụng đất đặc biệt là mở
rộng đô thị đã ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất, rõ nét nhất là sự tăng lên của nhiệt độ bề mặt đô
thị so với các vùng phụ cận đã gây nên vấn đề môi trường nghiêm trọng với dân cư. Ảnh vệ tinh
Landsat với những ưu điểm nổi bật có thể nghiên cứu về sự thay đổi lớp phủ - sử dụng đất cũng như
khảo sát nhiệt độ bề mặt. Mục đích của nghiên cứu là sử dụng ảnh Landsat để thấy được sự khác
nhau về nhiệt độ giữa các loại lớp phủ - sử dụng đất cũng như phân tích mối quan hệ nhiệt độ bề mặt
và các loại lớp phủ - sử dụng đất thành phố Hà Nội theo chỉ số NDVI, NDBI.
Từ khóa: Lớp phủ - sử dụng đất, nhiệt độ bề mặt, NDVI, NDBI.
I. MỞ ĐẦU
Quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đã tạo cơ sở cho quá trình đô thị hóa diễn ra
mạnh mẽ ở các quốc gia trên thế giới. Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế chung đó với sự
phát triển mạnh mẽ của các đô thị, đặc biệt là thủ đô Hà Nội, một trong hai đô thị lớn nhất,
phát triển sớm nhất cả nƣớc. Hà Nội có tốc độ đô thị hóa cao với tỉ lệ đô thị hóa đạt 30 – 32%
(năm 2010) và ƣớc tính có thể lên đến 55 – 65% vào năm 2020. Quá trình đô thị hóa của Hà
Nội đã phát triển mạnh theo chiều rộng và có sức lan tỏa mạnh ra khu vực xung quanh. Tuy
nhiên, bên cạnh những tác động tích cực mà đô thị hóa mang lại, Hà Nội cũng phải đối mặt với
những thách thức về đời sống, xã hội và môi trƣờng ngày càng nghiêm trọng hơn. Quá trình đô
thị hóa đã làm thay đổi lớp phủ - sử dụng đất đô thị, mà chủ yếu là từ đất nông nghiệp biến
thành đất đô thị, khu công nghiệp, các trung tâm thƣơng mại. Việc chuyển đổi lớp phủ - sử
dụng đất ở thành phố Hà Nội kết hợp với vấn đề ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, môi trƣờng không
khí, chất thải rắn khiến môi trƣờng đô thị ở Hà Nội trở thành “điểm nóng” cản trở sự phát triển
theo hƣớng đô thị bền vững. Sự gia tăng các công trình xây dựng nhân tạo, các bề mặt không
thấm cũng nhƣ sự suy giảm lớp phủ thực vật bề mặt đất dƣới tác động của đô thị hóa đã tác
động không nhỏ đến sự gia tăng nhiệt độ bề mặt thành phố tạo nên hiệu ứng đảo nhiệt đô thị
ngày càng mạnh ở thành phố Hà Nội.
Viễn thám và GIS ngày càng đƣợc ứng dụng trong nhiều ngành, lĩnh vực, từ khí
tƣợng - thủy văn, địa chất, môi trƣờng cho đến nông - lâm - ngƣ nghiệp bởi những ƣu thế
vƣợt trội. Viễn thám đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu đặc điểm lớp phủ và theo
dõi biến động lớp phủ bởi nguồn tƣ liệu rất phong phú và cập nhật. Trong nghiên cứu nhiệt
độ bề mặt, viễn thám nhiệt có khả năng thực hiện phân tích chi tiết sự thay đổi nhiệt độ bề
mặt mà không bị hạn chế bởi số điểm đo nhƣ các trạm khí tƣợng. Nghiên cứu “Sử dụng
ảnh vệ tinh Landsat nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và lớp phủ - sử dụng
đất thành phố Hà Nội” nhằm thấy đƣợc đặc điểm lớp phủ và nhiệt độ bề mặt thành phố
Hà Nội ở các thời điểm khác nhau, từ đó phân tích, đánh giá mối quan hệ giữa lớp phủ và
nhiệt độ bề mặt của thành phố.
249
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
II. NỘI DUNG
1. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu sử dụng trong đề tài là ảnh vệ tinh Landsat 7 ETM+ và Landsat 8, có
độ phân giải là 30 m, tại 3 thời điểm mùa đông và mùa hè năm 2003 và mùa đông 2014.
Tất cả các dữ liệu ảnh đều đƣợc download miễn phí từ website của Cục địa chất Hoa Kỳ
(http://glovis.usgs.gov) sau đó đƣợc xử lí và chuẩn hóa trƣớc khi đƣa vào sử dụng.
1.1. Phương pháp phân loại lớp phủ - sử dụng đất và đánh giá biến động lớp phủ
Nhóm tác giả sử dụng phƣơng pháp phân loại có kiểm định, phân loại theo thuật toán
Maximum Likehood Classification (độ tƣơng tự lớn nhất/xác suất cực đại) để tiến hành
phân loại và chia làm 8 nhóm lớp phủ - sử dụng đất chính là: Đất cát, rừng và khu vực giàu
thực vật, mặt nƣớc, đô thị, khu công nghiệp và thƣơng mại, đất nông nghiệp canh tác, đất
nông nghiệp để trống, đất trống. Sau khi phân loại tiến hành đánh giá độ chính xác bằng
các chỉ số độ chính xác chung, Producer's accuracy, User's accuracy và chỉ số Kappa. Để
xây dựng bản đồ biến động, nhóm tác giả tiến hành chồng xếp các bản đồ hiện trạng lớp
phủ dạng vector. Để thể hiện rõ hơn không gian đô thị thành phố lớp đô thị và khu công
nghiệp, thƣơng mại đƣợc gộp lại trong quá trình đánh giá biến động.
1.2. Phương pháp chiết tách các chỉ số đặc trưng cho lớp phủ từ ảnh vệ tinh
Các chỉ số đặc trƣng cho lớp phủ đƣợc sử dụng trong nghiên cứu là NDVI
(Normalized Difference Vegetation Index - chỉ số khác biệt mức độ tập trung của thực vật)
và chỉ số NDBI (Normalized Difference Built - up Index – chỉ số khác biệt về mức độ các
công trình xây dựng. Các chỉ số trên đƣợc chiết tách từ ảnh vệ tinh theo công thức:
NDVI = (NIR - R)/ (NIR + R)
NDBI = (MIR – NIR)/ (MIR + NIR)
Trong đó: NIR là giá trị phản xạ phổ của bƣớc sóng cận hồng ngoại.
R là giá trị phản xạ phổ trên kênh đỏ.
MIR là giá trị phản xạ phổ của bƣớc sóng hồng ngoại giữa.
1.3. Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt dựa trên kênh nhiệt
Nghiên cứu sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt của ảnh Landsat (kênh 6.1 và 6.2 đối với
ảnh Landsat 7) và (kênh 10,11 của ảnh Landsat 8) để tính toán nhiệt độ bề mặt thành phố
Hà Nội. Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:
(1) Chuyển đổi các giá trị pixcel từ dạng số DN sang dạng bức xạ:
Landsat 7: Radiance = Lλ = (LMax - LMin)/(QCalmax – QCalmin)*( QCalTB – QCalmin) + LMin
Landsat8: Radiance = Lλ = ML* QCal + AL
Trong đó: LMax, LMin là giá trị bức xạ phổ đƣợc tính tƣơng ứng với từng trạng thái
Low gain và High gain.
QCal là giá trị số của kênh nhiệt (DN).
AL là giá trị bức xạ phổ của ảnh.
(2) Tính giá trị nhiệt độ bề mặt: T = K2/ln(K1/Lλ + 1)
Trong đó: T là nhiệt độ hiệu quả tại vệ tinh (Đơn vị: Kelvin)
K1, K2 là hằng số hiệu chỉnh 1 và 2 (Đơn vị: W/m2.Ster.µm)
Lλ là giá trị bức xạ phổ (Đơn vị: W/m2.Ster.µm)
250
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
(3) Chuyển giá trị nhiệt độ bề mặt từ đơn vị Kelvin về đơn vị Celcius (0C)
T (0C) = T (Kelvin) – 273.15
1.4. Phương pháp phân tích hồi quy xác định tương quan giữa lớp phủ và nhiệt độ
bề mặt
Đề tài sử dụng phƣơng pháp phân tích hồi quy tuyến tính đơn để xác định mối quan
hệ giữa lớp phủ - sử dụng đất và nhiệt độ bề mặt đô thị dựa trên chỉ số NDVI, NDBI. Các
chỉ số NDVI và NDBI là biến độc lập còn nhiệt độ bề mặt đất là biến phụ thuộc vào sự
thay đổi của các chỉ số trên với phƣơng trình tổng quát của tƣơng quan hồi quy tuyến tính
đơn là: yx = α + βx
Trong đó: yx là giá trị của biến phụ thuộc đƣợc tính từ mô hình hồi quy (nhiệt độ bề mặt).
β là hệ số góc (độ dốc) của đƣờng thẳng hồi quy phản ánh sự thay đổi của yx khi x
tăng một đơn vị.
α là hệ số tự do phản ánh yx phụ thuộc vào x nhƣ thế nào.
x là biến độc lập (chỉ số NDVI, NDBI).
R2 là hệ số xác định sự phụ thuộc của biến y vào sự thay đổi của biến x và R2 nằm trong
khoảng [0;1]. R2 càng lớn thì sự phụ thuộc của biến y vào biến x càng lớn.
2. Kết quả và thảo luận
2.1. Đặc điểm lớp phủ - sử dụng đất và biến động sử dụng đất thành phố Hà Nội
giai đoạn 2003 - 2014
Sau khi phân loại lớp phủ - sử dụng đất cho các thời điểm, nhóm tác giả tiến hành
đánh giá độ chính xác sau phân loại. Kết quả đƣợc tính toán từ hơn 500 mẫu so sánh (trung
bình 60 - 70 mẫu cho mỗi loại lớp phủ - sử dụng đất). Các điểm mẫu đƣợc đánh giá chính
xác trƣớc khi thành lập bản đồ bản đồ lớp phủ - sử dụng đất.
Bảng 2.1. Kết quả đánh giá độ chính xác sau khi phân loại lớp phủ - sử dụng đất
Mùa đông 2003 Mùa đông 2014
Kiểu lớp phủ - Mùa hè 2003
Mã (13/01/2003) (19/01/2014)
sử dụng đất
User’s Producer’s User’s Producer’s User’s Producer’s
1 Cát 78,05 80,03 84,38 67,50 77.55 85,02
2 Rừng 85,42 81,97 85,42 82,01 88.89 80,00
3 Mặt nƣớc 92,01 91,96 95,83 92,21 86.79 92,12
4 Đô thị 90,70 78,00 89,47 84,76 96.08 81,67
5 KCN, TM 78,57 66,67 78,57 73,33 79.62 71,67
6 NN canh tác 73,44 78,33 67,19 86,00 82.35 84,00
7 NN để trống 67,82 80,03 68,29 70,12 64.16 82,00
8 Đất trống 60,38 64,13 70,11 70,11 72.97 67,53
9 Mây 83,33 100
Độ chính xác chung 77,5 80,0 80,5
Chỉ số Kappa 0,7424 0,7946 0,7768
Kết quả phân loại cho thấy đất nông nghiệp chiếm diện tích lớn nhất và phân bố rộng
khắp trên toàn thành phố. Rừng chiếm diện tích nhỏ, phân bố chủ yếu ở phía Tây và Tây
251
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
Nam ở các huyện Ba Vì, Chƣơng Mỷ, Mỷ Đức và một phần ở phía Tây Bắc thuộc huyện
Sóc Sơn. Đô thị phân bố tập trung ở trung tâm và phía Tây thành phố, một phần nhỏ diện
tích phân bố rải rác ở các huyện. Mặt nƣớc phân bố rải rác ở các sông, hồ tự nhiên và khu
vực trũng ở phía Nam thành phố (các huyện Ứng Hòa, Phú Xuyên, Mỷ Đức). So sánh giữa
các thời điểm cho thấy, trong cùng một năm có sự biến động mạnh mẽ đối với các loại lớp
phủ - sử dụng đất là nông nghiệp, mặt nƣớc chủ yếu do sự thay đổi trong các hoạt động sản
xuất nông nghiệp của ngƣời dân trong khi các loại khác nhƣ rừng, đô thị hầu nhƣ không có
sự biến động đáng kể.
Bảng 2.2. Diện tích các loại lớp phủ - sử dụng đất thành phố Hà Nội
Đơn vị: ha
Mùa đông 2003 Mùa đông 2014
Lớp phủ - sử Mùa hè 2003
(13/01/2003) (19/01/2014)
dụng đất
Diện tích Tỉ lệ DT Diện tích Tỉ lệ DT Diện tích Tỉ lệ DT
Đất cát 2429,90 0,73 2774,98 0,83 1121,90 0,34
Rừng 26619,74 8,01 30990,06 9,32 28699,17 8,63
Mặt nƣớc 77577,59 23,34 31590,60 9,50 68129,45 20,49
Đô thị 27147,08 8,17 27684,15 8,33 46140,86 13,88
KCN, TM 7640,90 2,30 7744,06 2,33 20115,88 6,05
NN canh tác 106190,52 31,94 162419,29 48,86 100107,44 30,11
NN để trống 63633,00 19,14 32980,28 9,92 47053,11 14,15
Đất trống 21192,88 6,38 36249,83 10,90 21071,20 6,34
(Nguồn: tính toán thống kê từ bản đồ)
Hình 2.1. Bản đồ lớp phủ - sử dụng đất thành phố Hà Nội
Trong giai đoạn 2003 - 2014, cơ cấu sử dụng đất của thành phố có nhiều thay đổi với
sự chuyển đổi khá nhanh chóng về diện tích cũng nhƣ quy mô, đặc biệt là đất đô thị. Năm
2003, diện tích đô thị của thành phố Hà Nội là 34787,98 ha (chỉ chiếm 10,6% diện tích) thì
đến năm 2014 diện tích tăng gấp gần 2 lần sau 11 năm lên 66256,74 ha (chiếm đến 20%
diện tích toàn thành phố). Không gian đô thị Hà Nội đƣợc phát triển mở rộng theo hƣớng
từ trung tâm thành phố Hà Nội về phía Đông Bắc, Tây và Tây Nam.
252
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
2.2. Đặc điểm nhiệt độ bề mặt thành phố Hà Nội
Theo kết quả tính toán nhiệt độ trung bình thành phố vào mùa đông năm 2003 là 18.30C,
mùa đông 2014 là 18.70C và mùa hè 2003 là 28.30C. Vào mùa đông, nền nhiệt cao nhất là khu
công nghiệp, khu đô thị trên 19.30C chủ yếu ở khu vực nội thành nhƣ quận Đống Đa, Hoàn
Kiếm…, khu vực phía Bắc, Đông Bắc, Tây Nam do các bề mặt không thấm hấp thụ mạnh năng
lƣợng Mặt trời cộng lƣợng nhiệt lớn phát ra từ sản xuất và sinh hoạt ở khu dân cƣ. Khu vực đất cát
ven sông, đất trống cũng có nền nhiệt cao tƣơng tự do ít có thực vật che phủ. Trong khi các khu
vực có nền nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trung bình là khu vực mặt nƣớc và khu vực có rừng dƣới
16.70C. Sự phân bố nhiệt độ mùa hè tƣơng tự nhƣ vào mùa đông, song nền nhiệt độ ở mức cao hơn
với sự chênh lệch khá lớn. Có thể thấy khu vực có nền nhiệt độ cao hơn trung bình đã đƣợc mở
rộng về phía Đông, Đông Bắc, Tây và Tây Nam thành phố và có xu hƣớng trùng với sự biến động
không gian đô thị của Hà Nội. Sự chuyển đổi mục đích sử dụng đất để mở rộng, phát triển đô thị
làm hiện tƣợng đảo nhiệt đô thị đang diễn ra ngày càng mạnh ở thành phố Hà Nội.
Mùa đông 2003 Mùa đông 2014 Mùa hè 2003
Hình 2.2. Nhiệt độ bề mặt thành phố Hà Nội tại các thời điểm nghiên cứu
2.3. Đặc điểm nhiệt độ bề mặt theo các loại lớp phủ - sử dụng đất thành phố Hà Nội
Bảng 2.3. Nhiệt độ bề mặt của các lớp phủ - sử dụng đất khác nhau
của thành phố Hà Nội trên ảnh vệ tinh tại 3 thời điểm
Nhiệt độ bề mặt (0C)
Kiểu lớp phủ - Mùa đông 2003 Mùa đông 2014
Mùa hè 2003
sử dụng đất (13/01/2003) (19/01/2014)
Min Max Mean Min Max Mean Min Max Mean
Rừng 10,1 22,5 17,4 7,8 25,5 17,6 23,1 35,2 27,9
Mặt nƣớc 13,3 23,4 17,6 11,6 27,3 17,7 23,4 33,0 27,4
Đô thị 13,3 32,7 19,4 12,3 25,6 19,5 24,9 42,2 30,3
KCN, thƣơng mại 5,0 30,0 19,2 15,6 26,9 19,3 23,1 40,2 29,9
NN canh tác 14,6 22,5 18,4 12,3 25,6 18,8 24,3 36,0 28,0
NN để trống 12,7 27,2 18,8 15,6 26,9 19,3 24,3 36,5 29,3
Đất trống 13,3 31,9 19,0 14,3 25,6 19,2 26,0 38,5 29,6
(Nguồn: Tính toán thống kê từ bản đồ)
253
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
Dựa vào bảng số liệu ta thấy, khu vực đô thị là loại hình sử dụng đất có nhiệt độ cao
nhất với nhiệt độ mùa đông là trên 190C và mùa hè là trên 300C. Đây là khu vực có mật độ
xây dựng cao làm tăng khả năng hấp thụ năng lƣợng Mặt trời, chuyển thành nhiệt hiện và
chảy tràn của nƣớc [5] thêm vào đó còn có nhiệt thải ra từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt
của dân cƣ. Rừng và mặt nƣớc, đất nông nghiệp ngập nƣớc là kiểu lớp phủ - sử dụng đất có
nhiệt độ bề mặt trung bình thấp nhất với nhiệt độ trong khoảng 17 – 180C vào mùa đông và
khoảng 27 – 280C vào mùa hè. Đất nông nghiệp đang canh tác có nền nhiệt độ bề mặt
trung bình thấp hơn đất nông nghiệp để trống và đất trống từ 0,4 – 0,80C vào mùa đông và
từ 1 – 20C vào mùa hè. Điều này cho thấy sự khác nhau về nhiệt độ bề mặt giữa các loại
lớp phủ - sử dụng đất đƣợc minh chứng vào mùa hè rõ ràng hơn khi sự chênh lệch nhiệt độ
giữa các lớp phủ - sử dụng đất cao hơn so với mùa đông.
Để thuận tiện cho việc so sánh sự thay đổi nhiệt độ bề mặt theo sự thay đổi lớp phủ -
sử dụng đất, nhóm tác giả đã tiến hành chuyển đổi nhiệt độ trung bình bề mặt thành phố
sang thang phân hóa nhiệt độ [-3; +3]. Theo thang [-3; +3] các giá trị âm là giá thấp hơn
nhiệt độ trung bình bề mặt tƣơng ứng là 1, 2 và 30C và các giá trị dƣơng là giá trị cao hơn
nhiệt độ trung bình bề mặt tƣơng ứng là 1, 2 và 30C. Nhƣ vậy ta có thể dễ dàng so sánh
biến động không gian nhiệt theo thời gian với sự phân bố không gian đô thị.
Mùa đông 2003 Mùa đông 2014 Biến động đô thị 2003 - 2014
Hình 2.3. Bản đồ phân hóa nhiệt độ trung bình bề mặt và bản đồ biến động không gian
đô thị thành phố Hà Nội 2003 - 2014
Trực quan từ bản đồ có thể thấy, thang +2,+3 năm 2014 đƣợc mở rộng rất nhiều so
với 2003 chủ yếu về phía Bắc, Đông Bắc, Tây và Tây Nam và giống với xu hƣớng phát
triển đô thị của thành phố. Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các khu vực năm 2014 rõ rệt hơn
năm 2003. Năm 2003, khu vực có nền nhiệt +1 có diện tích lớn, phân bố rộng khắp địa bàn
thành phố thì đến năm 2014 chỉ còn khiêm tốn. Trong khi khu vực có nền nhiệt -3 năm
2003 có diện tích nhỏ chủ yếu ở vùng đồi núi thì đến năm 2014 đã rõ rệt hơn. Sự mở rộng
thang nhiệt độ cao hơn nhiệt độ trung bình cũng nhƣ sự gia tăng chênh lệch nhiệt độ đã thể
hiện sự biến đổi nhiệt độ trung bình bề mặt của thành phố theo thời gian có sự phù hợp với
sự mở rộng và phát triển của đô thị, khu công nghiệp.
254
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
2.4. Mối quan hệ giữa lớp phủ - sử dụng đất và nhiệt độ bề mặt
Kết quả nghiên cứu cho thấy vào mùa hè chỉ số NDVI và nhiệt độ bề mặt có mối
quan hệ tuyến tính nghịch, tức là nơi có chỉ số thực vật cao thì nhiệt độ bề mặt đô thị thấp và
ngƣợc lại. Trong khi đó, mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và chỉ số xây dựng NDBI luôn là
tƣơng quan tuyến tính thuận, khu vực có mật độ các công trình xây dựng cao hơn nhiệt độ bề
mặt sẽ cao hơn các khu vực có ít hoặc không có các công trình xây dựng [6].
2.4.1. Tương quan giữa nhiệt độ bề mặt và sự thay đổi lớp phủ - sử dụng đất dựa
trên chỉ số NDVI
Mối quan hệ giữa nhiệt độ với các loại lớp phủ - sử dụng đất dựa trên chỉ số NDVI:
Chỉ số NDVI và nhiệt độ bề mặt đất vào mùa đông là tƣơng quan thuận thể hiện ở hệ
số góc dƣơng, tức là các khu vực có chỉ số NDVI cao là khu vực có khả năng giữ nhiệt và
làm khu vực đó ấm hơn. Tuy nhiên mối quan hệ này không chặt chẽ khi hệ số xác định phụ
thuộc tƣơng đối thấp. Trong khi đó vào mùa hè lại có mối tƣơng quan nghịch nhƣng chặt
chẽ hơn thể hiện ở hệ số R2 vào mùa hè 2003 đạt 0.4604 (46% cao gấp hơn 10 lần so với
thời kì mùa đông).
Hình 2.4. Biểu đồ tương quan nhiệt độ bề mặt và chỉ số NDVI thành phố Hà Nội
Mối quan hệ giữa nhiệt độ với từng loại lớp phủ - sử dụng đất dựa trên chỉ số NDVI:
Bảng 2.4. Kết quả xử lí tương quan hồi quy giữa nhiệt độ bề mặt và chỉ số NDVI
theo từng loại lớp phủ - sử dụng đất của thành phố Hà Nội năm 2003
Mùa đông (13/01/2003) Mùa hè 2003
Lớp phủ - sử dụng đất 2
β R β R2
Rừng + 2,3556 0,0214 - 2,6590 0,0973
Mặt nƣớc + 2,3977 0,0855 + 4,9756 0,3948
Đô thị - 5,5798 0,2201 - 8,7901 0,4546
KCN, thƣơng mại - 3,1527 0,0314 - 6,9269 0,2411
NN canh tác + 0,5851 0,0480 - 1,6783 0,0351
NN để trống + 1,0890 0,0080 - 4,2829 0,1776
Đất trống - 0,5984 0,0018 - 3,6670 0,1234
(Nguồn: Thống kê từ biểu đồ)
255
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
2.4.2. Tương quan giữa nhiệt độ bề mặt và sự thay đổi lớp phủ - sử dụng đất dựa
trên chỉ số NDBI
Mối quan hệ giữa nhiệt độ với các loại lớp phủ - sử dụng đất dựa trên chỉ số NDBI:
Nếu nhƣ mối tƣơng quan giữa chỉ số NDVI và nhiệt độ bề mặt đất có sự khác nhau
giữa các mùa thì đối với chỉ số NDBI thì mối tƣơng quan với nhiệt độ bề mặt đất luôn là
tƣơng quan tuyến tính dƣơng với độ dốc khá lớn. Khu vực có chỉ số NDBI càng cao thì
nhiệt độ bề mặt đô thị càng cao và ngƣợc lại. Theo phân tích, hệ số xác định R2 đạt 39%
(tháng 1/2003), 48% (tháng 1/2014) và 63.9% (mùa hè 2003), có nghĩa là sự thay đổi nhiệt
độ bề mặt đất có thể do 39 – 64% sự thay đổi của chỉ số NDBI.
Hình 2.5. Biểu đồ tương quan nhiệt độ bề mặt và chỉ số NDBI thành phố Hà Nội
Mối quan hệ giữa nhiệt độ với từng loại lớp phủ - sử dụng đất dựa trên chỉ số NDVI:
Bảng 2.5. Kết quả xử lí tương quan hồi quy giữa nhiệt độ bề mặt và chỉ số NDBI theo
từng loại lớp phủ - sử dụng đất của thành phố Hà Nội năm 2003
Mùa đông (13/01/2003) Mùa hè 2003
Lớp phủ - sử dụng đất 2
β R β R2
Rừng + 6,9564 0,2121 + 6,6165 0,3965
Mặt nƣớc + 0,8109 0,0119 + 4,0593 0,3948
Đô thị + 3,9502 0,3845 + 6,9802 0,5646
KCN, thƣơng mại + 4,0165 0,3293 + 6,7616 0,4969
NN canh tác + 2,0739 0,0978 + 5,0110 0,3050
NN để trống + 3,0936 0,2442 + 4,8963 0,2887
Đất trống + 4,8490 0,3267 + 5,045 0,3483
(Nguồn: Thống kê từ biểu đồ)
III. KẾT LUẬN
Lớp phủ - sử dụng đất của thành phố Hà Nội có sự biến động mạnh mẽ, trong thời
gian nghiên cứu 2003 – 2014, diện tích đô thị ở thành phố Hà Nội tăng gần 2 lần và chủ
yếu đƣợc chuyển đổi từ đất nông nghiệp và rừng.
Nhiệt độ bề mặt đô thị có sự khác nhau giữa các loại lớp phủ - sử dụng đất ở thành phố
Hà Nội, đặc biệt vào mùa hè và có xu hƣớng tăng lên rõ rệt. Nhiệt độ cao tập trung ở khu vực
đô thị cao hơn từ 2 -30C so với khu vực mặt nƣớc và lớp phủ rừng.
256
- KỈ YẾU HỘI NGHỊ SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NĂM HỌC 2013-2014
Lớp phủ - sử dụng đất với nhiệt độ bề mặt có mối quan hệ chặt chẽ dựa trên các chỉ
số đặc trƣng. Chỉ số NDVI có tƣơng quan thuận với nhiệt độ bề mặt đất vào mùa đông tuy
nhiên lại có tƣơng quan tuyến tích nghịch vào mùa hè. Mối quan hệ giữa NDBI và nhiệt độ
bề mặt đất luôn là mối tƣơng quan thuận và ít bị thay đổi theo mùa giống nhƣ NDVI và đặc
biệt thể hiện rõ ở đô thị, khu công nghiệp, thƣơng mại và lớp phủ rừng, mặt nƣớc. Mối
tƣơng quan này cho ta thấy vai trò của thảm thực vật đối với sự cân bằng nhiệt độ ở đô thị
cũng nhƣ tác động của các công trình xây dựng đến sự gia tăng của nhiệt độ bề mặt cũng
nhƣ hiện tƣợng đảo nhiệt đô thị.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Trần Thị Ân, Nguyễn Thị Diệu, Trƣơng Phƣớc Minh, Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt
đất thành phố Đà Nẵng từ dữ liệu vệ tinh Landsat 7 ETM+, Hội thảo ứng dụng GIS
toàn quốc, 2011.
[2] Nguyễn Ngọc Thạch, Cơ sở viễn thám, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại
học Quốc gia Hà Nội. NXB Nông nghiệp, Hà Nội, 2005.
[3] Lê Văn Trung, Nguyễn Thanh Minh, Trích lọc giá trị nhiệt bề mặt (LST) từ ảnh vệ
tinh Landsat 7 ETM+, Đặc san Viễn thám và Địa tin học của Trung tâm Viễn thám -
Bộ Tài nguyên Môi trƣờng, số 3, 2007.
[4] Valor, E. and Caselles, V., Mapping land surface emissivity from NDVI: application
to European, African, and South American areas, Remote Sensing of Environment,
57, 167-184, 1996.
[5] Trần Thị Vân, Hoàng Thái Lan, Lê Văn Trung, Nghiên cứu thay đổi nhiệt độ bề mặt đô
thị dưới tác động của quá trình đô thị hóa ở thành phố Hồ Chí Minh bằng phương pháp
viến thám, Tạp chí Khoa học về Trái đất, 33, 347-359, 2010.
[6] Andrew Farina, Master in Geographical Information Science “Exploring the
relationship between land surface temperature and vegetation abundance for urban
heat island mitigation in Seville, Spain”, 9-10, 19-37, 2012.
[7] Maria Bobrinskaya, Master‟s of Science Thesis in Geoinformatics “Remote Sensing
for Analysis of Relationships between Land Cover and Land Surface Temperature in
Ten Megacities”, 12-19, 2008.
257
nguon tai.lieu . vn
