NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ XU THẾ BIẾN ĐỔI LƯỢNG MƯA TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN GIAI ĐOẠN 2002-2022

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ VIỄN THÁM ĐÁNH GIÁ XU THẾ BIẾN ĐỔI LƯỢNG MƯA TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN GIAI ĐOẠN 2002-2022

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

            Dữ liệu lượng mưa là tiêu chí cần thiết khi phân tích, nghiên cứu phát triển nông nghiệp và phòng chống thiên tai. Do đó, công tác quan trắc mưa, xây dựng cơ sở dữ liệu và đánh giá xu thế biến đổi lượng mưa qua các giai đoạn có vai trò hết sức quan trọng. Trong quan trắc mưa, có ba phương pháp chính: Đo mưa tại chỗ bằng dụng cụ đo mưa; Sử dụng hệ thống radar thời tiết và Công nghệ viễn thám. Mỗi phương pháp đều có ưu, khuyết điểm riêng nên trong thực tế cả 3 phương pháp đều được sử dụng rộng rãi (Trương Thành Nam và cs, 2019). Tuy nhiên, hiện nay việc sử dụng công nghệ viễn thám đã, đang được phát triển mạnh mẽ, trở thành công cụ hữu ích xây dựng cơ sở dữ liệu (CSDL) lượng mưa, giúp cho việc phân tích, đánh giá và dự báo nhằm giảm thiểu thiệt hại do thiên tai, nhất là trong tình hình tác động của biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng.

            Hệ thống cung cấp dữ liệu mưa trực tuyến toàn cầu G-WADI PERSIANN-CCS GeoServer được phát triển trong khuôn khổ chương trình hợp tác giữa Trung tâm Khí tượng Thủy văn và Viễn thám (Center for Hydrometeorology & Remote Sensing - CHRS) tại Đại học California - Irvine, và Chương trình Thủy văn Quốc tế (International Hydrological Programme - IHP) thuộc Liên Hiệp Quốc. Chương trình hợp tác này đã xây dựng một hệ thống dữ liệu mưa trực tuyến toàn cầu nhằm phục vụ cho công tác quan trắc mưa, dự báo các thiên tai liên quan đến mưa và giúp quản lý, sử dụng hợp lý và hiệu quả hơn nguồn tài nguyên nước trên toàn cầu (Nguyễn Lê Duy và cs, 2020; Nguyễn Xuân Lâm và cs, 2013).

            Tỉnh Thái Nguyên là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế của khu Việt Bắc và vùng trung du miền núi Đông Bắc với địa hình chủ yếu là đồi núi thấp, phân bố thấp dần từ Bắc xuống Nam, diện tích đồi núi cao trên 100m chiếm 2/3 diện tích toàn tỉnh, còn lại là vùng có độ cao dưới 100m (Trương Thành Nam và cs, 2017). Giai đoạn 2011-2020, Thái Nguyên đạt được những thành tựu đáng kể trong phát triển kinh tế và nâng cao đời sống nhân dân. Những năm gần đây, dưới tác động của biến đổi khí hậu, trong đó sự biến động bất thường lượng mưa gây ra nhiều tác động tiêu cực, có hướng gia tăng gây ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất của người dân và phát triển kinh tế trên địa bàn toàn tỉnh (UBND tỉnh Thái Nguyên, 2022).

            Khí hậu Thái Nguyên có sự thay thế của các hoàn lưu lớn theo mùa, kết hợp với đặc điểm địa lý cụ thể đã tạo ra khí hậu nóng ẩm, mưa mùa, có mùa đông lạnh. Có hệ thống sông suối khá dày cùng với 2 con sông chính là sông Cầu, sông Công và hơn 4000 ao hồ lớn nhỏ. Do biến đổi khí hậu tác động gây ra sự biến động mạnh của lượng mưa và sự gia tăng các hiện tượng khí hậu, thời tiết cực đoan như lũ lụt, hạn hán,… bởi vậy biến đổi khí hậu tác động trực tiếp đến tài nguyên nước tỉnh Thái Nguyên (Vũ Anh Tuân và cs, 2019).

            Nhằm xây dựng dữ liệu tham chiếu, xem xét khi phân tích, nghiên cứu phát triển nông nghiệp và phòng chống thiên tai trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên. Đề tài đã nghiên cứu khai thác lượng mưa từ hệ thống quan trắc lượng mưa trực tuyến toàn cầu (G-WADI PERSIANN-CCS GeoServer) xây dựng CSLD lượng mưa địa bàn cấp xã, huyện và cấp tỉnh trong 20 năm, từ 2002 - 2022.

II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Địa điểm và dữ liệu nghiên cứu

Dữ liệu nghiên cứu được thu thập bao gồm: tài liệu có liên quan đến điều kiện tự nhiên; KTXH; hệ thống bản đồ hành chính và các tài liệu khác của tỉnh Thái Nguyên; số liệu lượng mưa tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2020-2022.

Số liệu lượng mưa được thu thập từ cơ sở dữ liệu mưa trực tuyến toàn cầu G-WADI PERSIANN-CCS GeoServer. Vị trí khai thác dữ liệu lượng mưa xác định bằng tọa độ tâm điểm theo đơn vị hành chính cấp xã toàn địa bàn tỉnh Thái Nguyên, số lượng tâm điểm cấp xã là 178 tương ứng với 178 đơn vị xã, phường trên địa bàn toàn tỉnh.

Bảng 1. Vị trí tọa độ tâm điểm cấp xã khai thác lượng mưa

2.2. Phương pháp nghiên cứu

* Phương pháp phân tích, xử lý số liệu, biên tập và trình bày bản đồ: Sử dụng các phần mềm của Hệ thống thông tin địa lý (GIS): ArcGIS, Mapinfor để phân tích dữ liệu lượng mưa và trình bày bản đồ các năm từ 2002-2022 và các giai đoạn 2002-2005; 2005-2010; 2011-2015; 2016-2020; 2021-2022.

III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu lượng mưa giai đoạn 2002-2022

3.1.1. Lượng mưa giai đoạn 2002-2022 cấp xã

            Lượng mưa tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2002-2022 được khai thác từ hệ thống dữ liệu mưa trực tuyến toàn cầu G-WADI PERSIANN-CCS GeoServer (hình 1). Dữ liệu lượng mưa tỉnh qua các từ năm trong giai đoạn 2002-2022 được phản ảnh đến cấp xã, lượng mưa trung bình qua 20 năm từ 2002 đến 2022 được trình bày tại bảng 2.

Bảng 2. Lượng mưa trung bình năm 2002-2022 cấp xã

            Kết quả lượng mưa trung bình cấp xã qua các năm cho thấy phân bố thấp nhất tại xã Bình Long, huyện Võ Nhai năm 2003 là 694mm, phân bố cao nhất tại xã Minh Đức, thành phố Phổ Yên vào năm 2017 là 2060mm. Lượng mưa trung bình từ năm 2002-2022 ít nhất tại tại xã Nghinh Tường, huyện Võ Nhai là 1105mm và nhiều nhất tại xã Ký Phú, huyện Đại Từ là 1504mm.

Hình 1. Khai thác dữ liệu lượng mưa từ  G-WADI PERSIANN-CCS GeoServer

3.1.2. Lượng mưa giai đoạn 2002-2022 cấp huyện

            Dữ liệu lượng mưa giai đoạn 2002-2022 cấp huyện được trình bày tại bảng 3 và cho thấy lượng mưa trung bình năm nhỏ nhất tại huyện Võ Nhai năm 2003 với 757mm. Lượng mưa trung bình năm lớn nhất tại thành phố Sông Công năm 2008 với lượng mưa 1858mm.

Bảng 3. Lượng mưa qua các năm 2002-2022 cấp huyện

            Lượng mưa tỉnh các giai đoạn từ 2002-2022 đơn vị cấp huyện được trình bày tại bảng 4 cho thấy, lượng mưa phân bố thấp nhất tại huyện Võ Nhai với 1.009mm vào giai đoạn 2011-2015, lượng mưa phân bố nhiều nhất tại thành phố Sông Công với 1.558mm vào giai đoạn 2016-2020.

Bảng 4. Lượng mưa các giai đoạn từ 2002-2022 cấp huyện

3.1.3. Lượng mưa giai đoạn 2002-2022 tỉnh Thái Nguyên

            Dữ liệu lượng mưa các năm và các giai đoạn từ 2002-2022 tỉnh Thái Nguyên được trình bày tại bảng 5 cho thấy, từ năm 2002 đến năm 2022 lượng mưa tập trung nhiều nhất vào năm 2008 với trung bình năm là 1.730mm, ít nhất vào năm 2003 với trung bình năm là 859mm. 

Bảng 5. Lượng mưa các giai đoạn từ 2002-2022 tỉnh Thái Nguyên

3.2. Xây dựng bản đồ lượng mưa tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2002-2022

            Bản đồ lượng mưa được được trình bày các yếu tố địa lý (ranh giới hành chính, thuỷ hệ, độ cao, địa danh ...) và các yếu tố chuyên đề (lượng mưa phản ánh bằng cấp độ màu sắc). Kết quả xây dựng và biên tập bản đồ gồm 22 bản đồ từng năm từ 2002 đến 2022 và các giai đoạn 2002-2005; 2005-2010; 2011-2015; 2016-2020; 2021-2022,  liên kết với hệ thống bản đồ là CSDL lượng mưa của đơn vị hành chính cấp xã, cấp huyện và toàn tỉnh Thái Nguyên (hình 2).

3.3. Đánh giá xu thế biến đổi lượng mưa tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2002-2022

            Qua kết quả nghiên cứu cho thấy, diễn biến lượng mưa có xu hướng phân phối không đồng đều cho các khu vực trong toàn tỉnh Thái Nguyên trong các năm và các giai đoạn phân tích từ năm 2002-2022. Trong cả 3 giai đoạn 2006-2010, 2011-2015, 2016-2020 lượng mưa phân bổ tập trung chủ yếu tại Tây Nam của tỉnh tại các huyện Đại Từ; thành phố Sông Công và thành phố Phổ Yên, tập trung nhiều nhất tại vùng núi Tam Đảo của huyện Đại Từ. Giai đoạn 2021-2022 lượng mưa phân bố tập trung chủ yếu phía Tây, Tây Bắc tại các huyện Định Hóa, Phú Lương và Đại Từ của tỉnh với lượng mưa thấp nhất 1.170mm, cao nhất là 1.494mm và trung bình là 1.330mm. Lượng mưa phân bố ít nhất tại Bắc, Đông Bắc tại các huyện Võ Nhai, Phú Bình với lượng mưa trung bình thấp nhất từ 1143mm đến 1241mm, trung bình là 1192mm (hình 3)

IV. KẾT LUẬN

            Tỉnh Thái Nguyên là một trong những trung tâm chính trị, kinh tế của khu Việt Bắc và vùng trung du miền núi Đông Bắc. Những năm gần đây, do có sự biến động bất thường lượng mưa gây ra nhiều tác động tiêu cực, có hướng gia tăng gây ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất của người dân và phát triển kinh tế nông nghiệp trên địa bàn toàn tỉnh.

            Qua nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám đánh giá xu thế biến đổi lượng mưa trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2002-2022 cho thấy lượng mưa có xu hướng phân phối không đồng đều cho các khu vực trong toàn tỉnh Thái Nguyên trong các năm và các giai đoạn. Trong cả 3 giai đoạn 2006-2010, 2011-2015, 2016-2020 lượng mưa phân bổ tập trung chủ yếu tại Tây Nam của tỉnh tại các huyện Đại Từ; thành phố Sông Công và thành phố Phổ Yên, tập trung nhiều nhất tại vùng núi Tam Đảo của huyện Đại Từ. Giai đoạn 2021-2022 lượng mưa phân bố tập trung chủ yếu phía Tây, Tây Bắc tại các huyện Định Hóa, Phú Lương và Đại Từ của tỉnh với lượng mưa thấp nhất 1.170mm, cao nhất là 1.494mm và trung bình là 1.330mm. Lượng mưa phân bố ít nhất tại Bắc, Đông Bắc tại các huyện Võ Nhai, Phú Bình với lượng mưa trung bình thấp nhất từ 1143mm đến 1241mm, trung bình là 1192mm.

            Kết quả nghiên cứu, xây dựng CSDL lượng mưa của địa bàn tỉnh Thái Nguyên từ năm 2002-2022 là dữ liệu tham chiếu, xem xét khi phân tích, nghiên cứu phát triển nông nghiệp và phòng chống thiên tai trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Nguyễn Lê Duy, Lê Văn Thơ, Trương Thành Nam, Nguyễn Hùng Cường (2022). Nghiên cứu ứng dụng Hệ thống thông tin địa lý (GIS) và phương trình mất đất phổ dụng (RUSLE) đánh giá xói mòn đất tiềm năng tại lưu vực Sông Công tỉnh Thái Nguyên. Kỷ yếu Hội nghị Khoa học Sử dụng hiệu quả và bền vững tài nguyên đất, Đại học Cần Thơ 2022, trang 44.

2. Nguyễn Xuân Lâm, Lê Quốc Hưng, Lê Minh Sơn (2013). Khai tác dữ liệu lượng mưa gần thời gian thực từ dữ liệu viễn thám phục vụ công tác giám sát, dự báo và cảnh báo lũ lụt trong hệ thống phân tích lũ lụt tich hợp - IFAS. Tạp chí Khoa học đo đạc và Bản đồ, trang 25-34, số 17-9/2013.

3. Trương Thành Nam, Nguyễn Ngọc Nông, Lê Văn Thơ (2017). Kết quả nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu đất dốc từ dữ liệu độ cao toàn thế giới (ASTER GDEM) phụ vục công tác đánh giá tiềm năng đất đai và đề xuất giải pháp sử dụng đất dốc huyện Định Hóa, tỉnh Thái Nguyên. Tạp chí Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn, tr.196-202, số tháng 10/2017.

4. Trương Thành Nam, Phạm Văn Tuấn (2019). Building the database of sloping land and stratification of terrain elevation from elevation data of world data (ASTER GDEM): A case study in the northern of Vietnam. Kỷ yếu Hội thảo quốc tế tại Viện Địa lý "Quan trắc Trái đất và Tai biến thiên nhiên (International Conference on Earth Observations & Natural Hazards - ICEO&NH)", trang 183-187. ISBN: 978-604-913-923-9.

5. UBND tỉnh Thái Nguyên (2022). Báo cáo Quy hoạch tỉnh Thái Nguyên thời kỳ 2021-2030, tầm nhìn đến năm 2050.

6. Vũ Anh Tuân, Lê Thị Thu Hằng, Nguyễn Hồng Quảng (2019). Nghiên cứu giám sát hạn hán sử dụng dữ liệu vệ tinh, khu vực tỉnh Ninh Thuận. Kỷ yếu hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2019, trang 624-636.

Trương Thành Nam, Trương Hoàng Ngọc Lâm

Nguyễn Khắc Hải, Đỗ Thị Vân Chi, Trần Đình Quý, Lưu Thảo Nguyên