Đánh giá độ chính xác bốc thoát hơi nước bề mặt bằng mô hình Makkink dựa vào bức xạ mặt trời trích xuất từ ảnh MODIS

Nội dung của bài viết về sử dụng ảnh vệ tinh MODIS để ước tính lượng bốc thoát hơi nước bề mặt điạ hình khu vực miền Bắc Việt Nam theo mô hình Makkink dựa vào bức xạ Mặt Trời đi tới, được trích xuất từ ảnh MODIS. Kết quả thu được sẽ so sánh với ET tính từ số liệu bức xạ đi tới trên 14 trạm khí tượng.

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC BỐC THỐT HƠI NƯỚC BỀ MẶT BẰNG MƠ HÌNH MAKKINK DỰA VÀO BỨC XẠ MẶT TRỜI TRÍCH XUẤT TỪ ẢNH MODIS Lương Chính Kế1, Lương Minh Chính2 Hội Trắc - Địa Bản Đồ - Viễn Thám Việt Nam, email: lchinhke@gmail.com Bộ mơn Cơng trình giao thơng, Trường Đại học Thủy lợi GIỚI THIỆU CHUNG CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP Việc xác định lượng nước tiêu thụ khu vực địa hình nơng nghiệp rộng lớn dự án thủy lợi quan trọng việc quản lý, quy hoạch điều tiết nguồn tài nguyên nước ngành thủy văn nông nghiệp Hiện tượng bốc nước (ET) q trình quan trọng, đóng vai trị thiết yếu việc trao đổi lượng khối lượng thủy quyển, khí sinh [7] Trong khu vực định, ET thay đổi theo mùa, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết [2] Có 50 phương pháp truyền thống để tính lượng bốc nước địa hình, dựa vào số liệu quan trắc thực địa, nhiệt độ, tốc độ gió, xạ Mặt Trời [8] Phương pháp vật lý theo mơ hình Pennman - Motheith, FAO - 56 [1] đòi hỏi nhiều số liệu thực địa, nhìều khó tiếp cận thực tế Vì vây, số phương pháp đơn giản, phương pháp Makkink, Priestley - Taylor [4, 8] dựa vào số đo xạ áp dụng, thỏa mãn yêu cầu thực tiễn Ứng dụng viễn thám vệ tinh để ước tính ET ứng dụng quy mô rộng, nhiệm vụ cụ thể đời sống Nội dung báo sử dụng ảnh vệ tinh MODIS để ước tính lượng bốc nước bề mặt điạ hình khu vực miền Bắc Việt Nam theo mơ hình Makkink dựa vào xạ Mặt Trời tới, trích xuất từ ảnh MODIS Kết thu so sánh với ET tính từ số liệu xạ tới 14 trạm khí tượng Mơ hình FAO-56 PM (PennmanMotheith) cần nhiều thông số đo thực địa, có độ xác cao chi phí cho số đo thực địa cao Trong thực tế, mô hình Makkink (1957) đơn giản nhiều, sử dụng rộng rãi:  Rs b (1) ET  a    Trong đó: Δ – tham số góc đường cong áp suất nước (slope vapour pressure curve); γ – số ứng đáp địa hình (psychrometric constant); Rs – xạ Mặt Trời tới bề mặt địa hình, λ – hệ số biến đổi (W/m2/h) (mm/h ) hay (W/m2/ngày ) (mm/ngày ); a, b – hệ số thực nghiệm có giá trị 0,61 0,12 [4] Hệ số a, b Hasen (Hà Lan) xác định vào năm 1984 có giá trị 0,70 [8] Hợp tác ĐH Uppsala (Thụy Điển) ĐH Louisiana (Hoa Kỳ) khảo sát năm 1999, nhận giá trị 0,77 0,20 [8] Hệ số a, b trung bình ba kết khảo sát 0,693 0,027 sử dụng tính tốn phần thực nghiệm Trong phương pháp truyền thống, Rs tính dựa vào cơng thức Angstrom Cơng thức Viện Khí Tượng Tủy Văn Viêt Nam cụ thể hóa mơ hình thực nghiệm cho mùa năm, hàm số nắng thực n, có dạng: Rs = p + n.q (2) Trong đó: p, q - hệ số thực nghiệm tuyến tính, theo mùa năm 466 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Từ tư liệu ảnh vệ tinh, Rs trích xuất theo [6]: m0 ,678 Rs  Ra  ,7  (3) Trong đó: Ra - xạ mặt trời đỉnh khí xác định theo [5]; m - tỷ phần khối lượng khơng khí tính theo [3] Phần thực nghiệm đây, mơ hình Makkink tính ET (1) thực cho hai trường hợp (2) (3), nhận a = 0,693 b = 0,027; sau so sánh, đánh giá Ảnh hiệu chỉnh hình học hệ quy chiếu VN-2000 Dữ liệu quan trắc từ 14 trạm khí tượng khu vực miến Bắc bảng Bảng Dữ liệu số trạm quan trắc KT No Trạm K/T Độ Nhiệt Tốc cao độ, độ Áp suất trạm TTĐ tbgió (kPa) (m) (oC) (m/s) Ha Giang 123 27.5 0.5 100.027 Lao Cai 93 24 0.75 100.343 … … … … THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Dữ liệu đầu vào Ảnh vệ tinh MODIS Aqua sử dụng thực nghiệm vào ngày 10/10/2008 với độ phân giải không gian 1000 mét mức xử lý 1A (hình 1) … … Lang - Ha Noi 21 … … … 22.1 1.25 101.103 … … … 13 Hoi Xuan 234 24.4 1.5 98.856 14 Thanh Hoa 23.4 2.25 101.272 3.2 Kết 3.2.1 Tính Rs * Đại lượng Rs từ số liệu khí tượng (Rs-kt) tính theo (2) dựa vào nắng thực n 14 trạm quan trắc cho tháng 9, 10 11 có dạng: Rs-kt = 6,0 + 0,035*n Kết tính ghi bảng 2, cột * Rs tính từ Modis theo (3) cột 3; hiệu số cột sai số tuyệt đối Rs tính từ Modis so với tính từ trạm khí tượng ghi cột Sai số tuỵệt đối lớn trạm Thanh Hóa 12%, nhỏ tạị trạm Lai châu; trung bình xấp xỉ 6% Sai số trung phương đạt 22,5(W/m2/h), tương đương 6,95% Hình Modis (10/11/2008) Bảng Tính Rs ET từ số liệu khí tượng từ ảnh Modis RS-kt No Trạm KT 1 Ha Giang Lao Cai … … Ha Noi … … (W/m2/h) 324.38 323.46 … 323.98 … SS (W/m2/h) (W/m2/h) đối (%) 322.38 2.00 0.62 322.41 1.05 0.32 … … … 299.36 24.63 7.60 … … … RS-M [(2)-(3)] 467 SS tg (mm/h) (mm/h) (mm/h) đối (%) 10 0.25 0.26 0.00 -1.00 0.24 0.24 -0.01 -3.48 … … … … 0.24 0.22 0.01 4.12 … … … … ET-kt ET-M [(7)-(8)] SS đối (%) 11 1.00 3.48 … 4.12 … Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020 ISBN: 978-604-82-3869-8 Bảng (tiếp theo) RS-kt No Trạm KT (W/m2/h) 13 Hoi Xuan 14 Thanh hoa Trung bình 321.64 324.25 324.38 RS-M [(2)-(3)] SS SS ET-kt ET-M [(7)-(8)] SS tg (W/m2/h) (W/m2/h) đối (mm/h) (mm/h) (mm/h) đối đối (%) (%) (%) 10 11 296.59 25.05 7.79 0.24 0.23 0.01 4.76 4.76 286.70 37.54 11.58 0.23 0.21 0.02 8.04 8.04 305.58 18.80 Sai số trung phương (sstp) 5.77 0.24 22.539 6.95% 3.2.2 Tính ET 0.00 2.15 3.86 0.0103 4.38% KẾT LUẬN * Đại lượng ET (mm/h) tính từ xạ Rs trạm khí tượng Modis ghi cột Sai số tương đối tuyệt đối theo (%) từ hiệu số ET-khí tượng ET-modis thống kê cột 9, 10, 11 bảng Sai số tuyệt đối lớn ET từ Modis so với số liệu khí tượng trạm Thanh Hóa nhỏ trạm Lai Châu, trung bình xấp xỉ 4% Sai số trung phương đạt 0,01 (mm/h), tương đương 4.38% ET tính cho hai trường hợp nhận a = 0,693; b = 0,027 trị trung bình ba khảo sát Mỹ, Hà Lan Thụy Điển Kết xử lý ảnh trích xuất phân bố không gian xạ Mặt Trời tới Rs (W/m2/h) lượng bốc thoát nước ET (mm/h) từ ảnh Modis (hình 2) Hình Phân bố khơng gian Rs-modis; Bản đồ phân bố lượng bốc thoát nước ET-modis (1:1 000 000) 0.23 Kết khảo sát cho thấy mơ hình ước tính ET Makinkk dựa vào xạ tới trích xuất từ ảnh Modis so với số liệu tính tốn từ số đo thực địa 14 trạm khí tượng có độ tin cậy cao Như vậy, để sai số trung phương ET khơng vượt q 10% địi hỏi xạ tới Rs trích xuất từ ảnh cần đạt 15%, tức sai số trung phương Rs trích xuất từ Modis không lớn 50 (W/m2/h) Khảo sát cho thấy tiềm Viễn Thám vệ tinh nông nghiệp, thủy văn lớn trước áp lực biến đổi khí hậu, quy mơ sản xuất cánh đồng mẫu lớn ngày gia tăng theo hướng phát triển kinh tế hàng hóa nơng nghiệp bền vững TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] FAO Irrigation and Drainage Paper 56, FAO, 1998 ISBN 92-5-104219-5 [2] Hanson RL, 1991 Evapotranspiration and droughts, In: Paulson RW, Chase EB, Roberts RS, Moody DW, Compilers, National Water Summary 1988-89hydrologic events and floods and droughts: U.S Geological Survey Water-Supply Paper 2375, pp 99–104 [3] Kreith F Kleider J F 1994 Principles of solar engineering McGraw-Hill New York [4] Makkink G F., 1957.Testingthe Penman formula by means of Lysineters, J Inst Water Engineers 11, pp.277-288 [5] Markvart T., Kleider 1994 Solar electricity John Wiley & Sons, Chichester, UK [6] Meinel A., Mainel M 1976 Applied solar energy; an introduction Addison-Wesley 468 ... xử lý ảnh trích xuất phân bố khơng gian xạ Mặt Trời tới Rs (W/m2/h) lượng bốc nước ET (mm/h) từ ảnh Modis (hình 2) Hình Phân bố khơng gian Rs -modis; Bản đồ phân bố lượng bốc thoát nước ET -modis. .. 000) 0.23 Kết khảo sát cho thấy mơ hình ước tính ET Makinkk dựa vào xạ tới trích xuất từ ảnh Modis so với số liệu tính tốn từ số đo thực địa 14 trạm khí tượng có độ tin cậy cao Như vậy, để sai số... vậy, để sai số trung phương ET không vượt 10% địi hỏi xạ tới Rs trích xuất từ ảnh cần đạt 15%, tức sai số trung phương Rs trích xuất từ Modis khơng lớn 50 (W/m2/h) Khảo sát cho thấy tiềm Viễn