Luận án: Giám sát rừng ngập mặn ven biển Bắc Việt Nam bằng Viễn thám quang học và Radar

;00 BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN TRỌNG CƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM QUANG HỌC VÀ RADAR TRONG GIÁM SÁT RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN Ở MỘT SỐ TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG HÀ NỘI, 2022 i BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN TRỌNG CƯƠNG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM QUANG HỌC VÀ RADAR TRONG GIÁM SÁT RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN Ở MỘT SỐ TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng Mã số: 9620211 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG Người hướng dẫn khoa học: Hướng dẫn 1: PGS.TS Trần Quang Bảo Hướng dẫn 2: PGS.TS Nguyễn Hải Hoà HÀ NỘI, 2022 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án tiến sĩ Lâm nghiệp “Nghiên cứu sử dụng tư liệu viễn thám quang học và Radar trong giám sát rừng ngập mặn ven biển ở một số tỉnh phía Bắc Việt Nam” chuyên ngành: Quản lý tài nguyên rừng, mã số 9620211 là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong Luận án là hoàn toàn trung thực, khách quan và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào của các tác giả khác. Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ Luận án Tiến sĩ về lời cam đoan của mình Hà nội, tháng 05 năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Trọng Cương i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện Luận án tiến sĩ, tác giả đã gpặ không ít khó khăn nhưng với sự nỗ lực của bản thân, sự động viên, giúp đỡ tận tình của các Thầy, Cô giáo, các đồng nghiệp và gia đình, đến nay Luận án đã hoàn thành nội dung nghiên cứu theo mục tiêu đặt ra Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai thầy hướng dẫn khoa học là PGS.TS Trần Quang Bảo và PGS.TS Nguyễn Hải Hòa đã định hướng, hỗ trợ, động viên và cung cấp những cơ sở lý luận và thực tiễn quan trọng để tác giả hoàn thành Luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn đến các quý thầy, cô, các chuyên gia: GS.TS Vương Văn Quỳnh, PGS.TS Phùng Văn Khoa, PGS.TS Đồng Thanh Hải, TS Phạm Văn Duẩn, TS Đỗ Quý Mạnh, TS Lê Phú Tuấn, TS Vũ Văn Trường, ThS Phạm Ngọc Hải đã giúp đỡ, định hướng và cung cấp nhiều tài liệu có giá trị khoa học và thực tiễn Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp và cá nhân NGND.TS Trần Văn Chứ, Hiệu trưởng, Phòng Đào tạo Sau đại học, Phòng Hành chính tổng hợp đã giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả thực hiện luận án. Tác giả xin cảm ơn Viện Sinh thái rừng và Môi trường đã hỗ trợ và cung cấp các số liệu để tác giả hoàn thành luận án Cuối cùng, xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn tới toàn thể gia đình và những người thân đã luôn động viên và tạo điều kiện thuận lợi về vật chất, tinh thần cho tôi trong suốt thời gian qua Trân trọng! Hà nội, tháng 5 năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Trọng Cương ii CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Từ viết Nghĩa tiếng Việt tắt Thiết bị đo phổ phản xạ và bức xạ nhiệt ASTER tiên tiến Kênh ảnh có bước sóng nhìn thấy từ 450- BLUE 510 nm Bộ NN Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn và PTNT CMRI Chỉ số rừng ngập mặn kết hợp Đường kính thân cây tại vị trí cách mặt đất D1.3 1,3m ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long DEM Mô hình số độ cao DNVI Chỉ số Thảm thực vật Bình thường Phân biệt FAO Tổ chức nông lương liên hợp quốc GIS Hệ thống thông tin địa lý GLMC Ma trận mức độ đồng xuất hiện màu xám GPS Hệ thống định vị toàn cầu Kênh ảnh có bước sóng nhìn thấy từ 500- GREEN 575 nm Hvn Chiều cao từ mặt đất đến đỉnh sinh trưởng Vệ tinh độ phân giải siêu cao IKONOS của IKONOS Hoa Kỳ LANDS Chương trình quan trắc trái đất bằng vệ AT tinh của Hoa Kỳ MFI Chỉ số rừng ngập mặn MFI MI Chỉ số rừng ngập mặn MI MKA Mẫu Khóa ảnh MLC Phân loại xác suất cực đại Chỉ số xác suất thực vật rừng ngập mặn MPVI MRI Chỉ số phân tích rừng ngập mặn MVI Chỉ số thực vật rừng ngập mặn NASA Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc tế Chỉ số thực vật khác biệt chuẩn hóa NDVI Chỉ số thảm thực vật đất ngập nước NDWVI NIR Kênh ảnh có bước sóng cận hồng ngoại OTC Ô tiêu chuẩn PAC Phân tích thành phần chính QUICKB IRD RADAR Ảnh vệ tinh độ phân giải siêu cao của Hoa Kỳ Viễn thám siêu cao tần hoặc hệ thống chụp ảnh sử dụng sóng điện từ trường siêu cao tần Combine Mangrove Recognition Index Mangrove Forest Nghĩ Index Mangrove Index a tiếng Mekong Delta Maxximum Likelihood Classification Anh Digital Elavation Model Mangrove Probability Vegetation Discriminant Normalized Vegetation Index Advanced Spaceborne Index Mangrove Recognition Index Thermal Food and Agriculture Organization Mangrove Vegetation Index Emission and of the United Nations National Aeronautics and Space ReflectanceRa Geographic Information System Administration diometer Grey Level Co Occurrence Matrix Normalized Difference Vegetation Global Positioning System Index Normalized Difference Wetland Ministry Vegetation Index of Near Infrared Reflectance Agricultur e and Food Principal Component Analysis Industry Radio Detection and Ranging iii Từ viết Nghĩa tiếng Việt Nghĩa tiếng Anh tắt Kênh ảnh có bước sóng nhìn thấy từ 640 – RED 760 nm RF Thuật toán Rừng ngẫu nhiên Random Forest RGB Tổ hợp màu Đỏ Xanh Lam Red: Green:Blue RNM Rừng ngập mặn Mangroves RoF Rừng luân phiên Rotation Forest SAR Radar độ mở tổng hợp Synthetic Aperture Radar SAVI Chỉ số thực vật có hiệu chỉnh L Soil Adjusted Vegetation Index Vệ tinh quan sát trái đất thuộc Chương trình Sentinel Copernicus của Cơ quan Không gian Châu Âu SPOT Vệ tinh độ phân giải cao của Pháp Chương trình thành lập mô hình số độ cao Shuttle Radar Topography Mission SRTM bằng bay quét Radar trên tàu con thoi của Hoa Kỳ SVM Thuật toán máy vector hỗ trợ Support Vector Machine SWIR Kênh ảnh có bước sóng ngắn hồng ngoại Short Wavelength Infrared UAV Thiết bị bay không người lái Unmanned Aerial Vehicle iv MỤC LỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.iii DANH MỤC BẢNG BIỂU.

viii DANH MỤC HÌNH ẢNH, SƠ ĐỒ. x TRANG THÔNG TIN VỀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN.xii MỞ ĐẦU. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÂN BỐ VÀ HIỆN TRẠNG RỪNG NGẬP MẶN.

Nghiên cứu phân bố và hiện trạng rừng ngập mặn trên thế giới. Phân bố và hiện trạng RNM tại Việt Nam. NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CẤU TRÚC RỪNG NGẬP MẶN. Đặc điểm sinh thái của hệ sinh thái ngập mặn và rừng ngập mặn trên thế giới.

Đặc điểm sinh thái của rừng ngập mặn Việt Nam. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC ĐIỂM QUANG PHỔ CỦA RỪNG NGẬP MẶN TRÊN CÁC TƯ LIỆU VIỄN THÁM. Đặc điểm quang phổ của Rừng ngập mặn trên các dữ liệu viễn thám quang học 14 1. Tổng quan nghiên cứu về đặc điểm phản xạ của rừng ngập mặn trong dữ liệu Radar.

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ SỬ DỤNG CÁC TƯ LIỆU SỬ DỤNG ĐỂ THÀNH LẬP RỪNG NGẬP MẶN. Sử dụng ảnh máy bay trong thành lập bản đồ rừng ngập mặn. Sử dụng tư liệu viễn thám có độ phân giải trung bình. Sử dụng ảnh tư liệu viễn thám có độ phân giải cao.

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CHỈ SỐ PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN 26 1. Tổng quan về phương pháp phân loại rừng ngập mặn. Các chỉ số sử dụng trong nghiên cứu thành lập bản đồ Rừng ngập mặn. TỔNG QUAN VỀ KẾT HỢP TƯ LIỆU ẢNH QUANG HỌC VÀ ẢNH RADAR TRONG GIÁM SÁT RỪNG NGẬP MẶN.33 ĐÁNH GIÁ CHUNG.

35 CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA KHU VỰC VEN BIỂN PHÍA BẮC. Khu vực 1: Ven biển Đông Bắc. Khu vực 2: Ven biển đồng bằng sông Hồng.

ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU. Đặc điểm cơ bản về tự nhiên, kinh tế xã hội của tỉnh Quảng Ninh. Đặc điểm cơ bản về tự nhiên, kinh tế xã hội của tỉnh Thái Bình. Đặc điểm cơ bản về tự nhiên, kinh tế xã hội của Thành phố Hải Phòng.43 CHƯƠNG 3: MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. Khu vực nghiên cứu.

Thời gian nghiên cứu. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Cơ sở phương pháp luận.

Phương pháp nghiên cứu đặc điểm phân bố và sinh thái của rừng ngập mặn các tỉnh phía Bắc. Phương pháp lựa chọn tư liệu ảnh vệ tinh thích hợp để phân loại rừng ngập mặn khu vực phía Bắc. Phương pháp phân loại rừng ngập mặn các tỉnh ven biển phía Bắc. Phương pháp phân loại rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu từ các tư liệu viễn thám.

Phương pháp đánh giá biến động rừng ngập mặn một số tỉnh ven biển phía bắc giai đoạn 2016 – 2020. 59 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. ĐẶC ĐIỂM HIỆN TRẠNG CỦA RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC PHÍA BẮC. Phân bố rừng ngập mặn các tỉnh ven biển phía Bắc.

Đặc điểm sinh thái của rừng ngập mặn các tỉnh ven biển miền Bắc. LỰA CHỌN TƯ LIỆU VIỄN THÁM THÍCH HỢP ĐỂ PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN VEN BIỂN CÁC TỈNH PHÍA BẮC. Đặc điểm phản xạ của rừng ngập mặn và các trạng thái lớp phủ khu vực nghiên cứu trên các tư liệu viễn thám. Đánh giá khả năng giám sát rừng ngập mặn của các tư liệu ảnh.

Thảo luận và lựa chọn tư liệu ảnh viễn thám phù hợp để phân loại rừng ngập mặn cho các tỉnh ven biển phía Bắc. KẾT QUẢ LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN CÁC TỈNH VEN BIỂN PHÍA BẮC. Lựa chọn phương pháp tổ hợp ảnh để phân loại rừng ngập mặn. Lựa chọn phương pháp phân loại rừng ngập mặn.

Kết hợp các loại tư liệu quang học và radar để phân loại rừng ngập mặn. PHÂN LOẠI RỪNG NGẬP MẶN KHU VỰC NGHIÊN CỨU TỪ CÁC TƯ LIỆU VIỄN THÁM. Kiểm tra phân bố các giá trị chỉ số với từng trạng thái lớp phủ. Tính các giá trị của chỉ số đối với từng trạng thái trên các tư liệu ảnh.

Thành lập ngưỡng phân loại rừng ngập mặn từ các chỉ số thực vật. Phân loại rừng ngập mặn từ các ngưỡng chỉ số cho một số tỉnh ven biển phía Bắc 93 4. ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỘNG RỪNG NGẬP MẶN MỘT SỐ TỈNH VEN BIỂN PHÍA BẮC GIAI ĐOẠN 2016 – 2020. Biến động diện tích rừng ngập mặn khu vực nghiên cứu từ các tư liệu viễn thám và khi kết hợp hai tư liệu với nhau.

Kết quả xác định các vị trí biến động trên ảnh ở khu vực phân bố rừng ngập mặn 102 4.