Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.

Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông Cầu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ o0o NGUYỄN VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC BỐC HƠI DO BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI LƯU VỰC SÔNG CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ o0o NGUYỄN VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC BỐC HƠI DO BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI LƯU VỰC SÔNG CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 62.52.05.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TSKH LƯƠNG CHÍNH KẾ TS ĐÀO NGỌC LONG HÀ NỘI, NĂM 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng thân tơi Tồn trình nghiên cứu tiến hành cách khoa học, số liệu, kết trình bày luận án xác, trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Văn Hùng ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận án“Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc xạ Mặt Trời Lưu vực Sông Cầu”, Tôi nhận nhiều giúp đỡ, tạo điều kiện tập thể lãnh đạo, nhà khoa học, cán bộ, chuyên viên Cục Viễn thám quốc gia; tập thể Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Đo đạc Bản đồ Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn chân thành giúp đỡ Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TSKH Lương Chính Kế, TS Đào Ngọc Long thầy giáo trực tiếp hướng dẫn bảo cho Tơi hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp Tôi công tác Cục Viễn thám quốc gia, Viện Khoa học Đo đạc Bản Đồ, Trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội gia đình động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ Tơi suốt q trình thực hoàn thành luận án Tác giả luận án Nguyễn Văn Hùng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ .xii MỞ ĐẦU .1 Tính cấp thiết luận án Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 6.1 Ý nghĩa khoa học: 6.2 Ý nghĩa thực tiễn: .4 Luận điểm bảo vệ luận án .4 Những điểm luận án CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỐC THOÁT HƠI NƯỚC DO BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Các khái niệm bốc thoát nước yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát nước .6 1.1.1 Các khái niệm bốc thoát nước 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát nước 1.2 Tổng quan phương pháp truyền thống xác định lượng bốc thoát nước .10 1.2.1 Nhóm phương pháp trực tiếp xác định lượng bốc thoát nước thực địa 10 1.2.2 Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng .11 1.3 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát nước lượng xạ Mặt Tr ời 13 1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 13 1.3.2 Tổng quan kết nghiên cứu nước .17 1.4 Đánh giá kết nghiên cứu nước giới 19 1.5 Những vấn đề phát triển luận án 23 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT DỰA VÀO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI CHIẾT XUẤT TỪ TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 24 2.1 Đặc tính phản xạ phổ đối tượng tự nhiên 24 2.1.1 Đặc tính phản xạ phổ thực vật .24 iv 2.1.2 Khả phản xạ phổ thổ nhưỡng .26 2.1.3 Khả phản xạ phổ nước 28 2.1.4 Sự phản xạ phổ đối tượng đô thị 30 2.2 Cơ sở khoa học ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Tr ời .31 2.2.1 Phương pháp cân lượng bề mặt đất 31 2.2.2 Vai trò tư liệu viễn thám việc xác định tham số để tính lượng bốc thoát nước .32 2.2.2.1 Xác định tham số tính xạ rịng hấp thụ bề mặt đất .32 2.2.2.2 Xác định tham số tính Thơng nhiệt bề mặt đất 33 2.2.2.3 Xác định tham số tính lượng nhiệt cảm ứng H .33 2.2.2.4 Xác định tham số tính lượng nhiệt ẩn LE 33 2.3 Phương pháp viễn thám xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất .35 2.3.1 Chiết xuất lượng xạ rịng trung bình ngày hấp thụ mặt đất 35 2.3.1.1 Hiệu chỉnh xạ ảnh vệ tinh .35 2.3.1.2 Tính tốn suất phân sai bề mặt đất α 41 2.3.1.3 Bức xạ sóng ngắn (RS↓) 41 2.3.1.4 Bức xạ sóng dài (RL↑ ) 42 2.3.1.5 Bức xạ tới sóng dài RL↓ 44 2.3.1.6 Bức xạ ròng hấp thụ bề mặt đất trung bình Rni 45 2.3.1.7 Bức xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bề mặt đất Rnd 45 2.3.1.8 Phương pháp FAO-56 PM tính xạ rịng trung bình ngày .45 2.3.2 Xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo ngày .46 2.3.2.1 Xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo Phương pháp số cân lượng xạ bề mặt giản lược S-SEBI 46 2.3.2.2 Tính tốn bốc nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp Priestley-Taylor 48 2.4 Đề xuất ứng dụng phương pháp xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám 49 2.4.1 Lựa chọn phương pháp S-SEBI 49 2.4.2 Đề xuất giải pháp nâng cao độ xác phương pháp S- v SEBI 51 2.5 Kết luận Chương .51 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT CỦA LƯU VỰC SÔNG CẦU BẰNG SỬ DỤNG TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT-7 52 3.1 Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên 52 3.1.1 Vị trí địa lý 52 3.1.2 Đặc điểm địa hình 52 3.1.3 Đặc điểm khí hậu 54 3.1.4 Thổ nhưỡng 58 3.1.5 Thảm phủ thực vật 59 3.1.6 Mạng lưới sông suối 59 3.2 Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu sử dụng tư liệu ảnh LANDSAT-7 theo phương pháp lựa chọn S-SEBI 59 3.2.1 Dữ liệu đầu vào 59 3.2.2 Đề xuất quy trình tính tốn lượng bốc nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI .63 3.2.3 Chiết xuất lượng xạ rịng trung bình ngày hấp thụ bề mặt đất Rnd từ ảnh LANDSAT-7 65 3.2.3.1 3.2.3.2 3.2.3.3 3.2.3.4 3.2.3.5 3.2.4 3.2.5 3.2.6 3.2.7 Tiền xử lý ảnh viễn thám 65 Tạo ảnh suất phân sai bề mặt đất α .65 Tạo ảnh số thực vật NDVI 67 Tạo ảnh phát xạ bề mặt εo 68 Tính ảnh nhiệt độ bề mặt Ts nhiệt độ khơng khí Ta 68 3.2.3.6 Tạo ảnh xạ rịng hấp thụ bề mặt đất trung bình ngày .73 Xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa Lưu vực Sông Cầu dựa vào lượng xạ rịng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh viễn thám theo phương pháp SSEBI 78 3.2.4.1 Tỷ phần bốc thoát nước tức thời ETFi 78 3.2.4.2 Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất trung bình ngày ETa (mm/ngày) 79 Thành lập phương trình xác định hệ số “liên hệ c” 82 Khảo sát xác định tham số a sử dụng phương pháp Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam .87 Khảo sát bốc thoát nước tham chiếu ETo theo phương pháp FAO-56 PM từ lượng xạ ròng chiết xuất từ phương pháp khác .90 3.2.8 Khảo sát mối quan hệ bốc thoát nước tham chiếu vi ETo_Rnd_VT với tham số Albedo, NDVI, Ts_DEM Rnd_ VT tính toán từ ảnh viễn thám 93 3.2.9 Tính ảnh bốc nước tham chiếu ETo_Rnd_VT dựa vào số thực vật NDVI 94 3.2.10 Xác định hệ số trồng Kc 97 3.2.11.Khảo sát bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với tham số ETo_Rnd_VT , Rnd_VT, Ts_DEM, NDVI, Albedo chiết xuất từ ảnh viễn thám .103 3.2.12.Khảo sát mối quan hệ bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với tham số khí tượng đo đạc thực địa 104 3.2.13.So sánh đánh giá bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp S-SEBI từ xạ rịng trung bình ngày tính tốn theo phương pháp khác .107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 113 TÀI LIỆU THAM KHẢO 114 PHỤ LỤC - Phụ lục 1.1: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO1 (trong xạ Mặt Trời tới Rs xác định theo Ăngstrom – công thức 2.32b), ngày 04/11/2000 - Phụ lục 1.2: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO2 (trong xạ Mặt Trời tới Rs xác định theo công thức thực nghiệm Việt Nam – công thức 2.32c), ngày 04/11/2000 .- Phụ lục 1.3: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh LANDSAT Rnd_VT – cơng thức 2.31), ngày 04/11/2000 - Phụ lục 2.1: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO1 (trong xạ Mặt Trời tới Rs xác định theo Ăngstrom – công thức 2.32b), ngày 23/11/2001 - Phụ lục 2.2: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO2 (trong xạ Mặt Trời tới Rs xác định theo công thức thực nghiệm Việt Nam – công thức 2.32c), ngày 23/11/2001 .- Phụ lục 2.3: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng xạ rịng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh LANDSAT Rnd_VT – công thức 2.31), ngày 23/11/2001 - - vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt E T ET ETo Evaporation Transpiration Evapotranspiration Reference evapotranspiration Bốc nước Thoát nước Bốc thoát nước Bốc thoát nước tham chiếu Bốc thoát nước tham chiếu xác định theo phương pháp FAO-56 PM sử dụng xạ rịng chiết xuất từ ảnh viễn thám Bốc nước tiềm Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp SSEBI (khi chưa hiệu chỉnh tham số) Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp SSEBI (sau hiệu chỉnh nhiệt độ Ts DEM) Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp SSEBI (sau hiệu chỉnh tham số ) Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp Priestley-Taylor Phương pháp số cân lượng xạ bề mặt giản lược Phương pháp Chỉ số cân lượng bề mặt Phương pháp cân lượng bề mặt cho đất Phương pháp hệ thống cân lượng bề mặt Phương pháp lập Bản đồ bốc nước kiểm định nội hóa Mơ hình mã hai nguồn Tỷ phần bốc thoát nước tức thời Nhiệt độ bề mặt đất ETo_Rnd_VT PET ETa Potential evapotranspiration Actual evapotranspiration ETa_VT1 ETa_VT2 ETa_VT3 ETa_PT Actual evapotranspirationPriestley Taylor S-SEBI Simplified Surface Energy Balance Index SEBI Surface Energy Balance Index Surface Energy Balance Algorithms for Land Surface Energy Balance System Mapping Evapotranspiration with Internalized Calibration SEBAL SEBS METRIC TSM ETFi Two-sources models Evapotranspiration Fraction Ts Surface Temperature viii Ta Near Surface Temperature Rn Rs NDVI Net Radiation Short radiation Normalized Difference Vegetation Index Albedo surface Surface Emissivity Crop coefficient Land + Satellite Gross Domestic Product Food and Agriculture Organization of the United56 Penman – Monteith α 𝜀𝑜 Kc LANDSAT GDP FAO - 56 PM (RMSE) SSTP (MAE) SSTĐTB Root mean square error Mean absolute error Nhiệt độ khơng khí gần mặt đất Bức xạ rịng Bức xạ sóng ngắn Chỉ số thực vật NDVI Suất phân sai bề mặt đất Phát xạ bề mặt Hệ số trồng Ảnh vệ tinh NASA, MỸ Tổng sản phẩm quốc nội Phương pháp xác định bốc thoát nước tham chiếu tiêu chuẩn Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc đề xuất năm 1990 Sai số trung phương Sai số tuyệt đối trung bình