Luận văn nghiên cứu và đánh giá độ dày quang học sol khí từ ảnh vệ tinh dựa trên các trạm quan trắc

1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ BÙI THỊ MAI k l NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DÀY QUANG HỌC SOL KHÍ TỪ ẢNH VỆ TINH DỰA TRÊN CÁC TRẠ M QUAN TRẮC l é l l é l l l k l LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN l l l l Hà Nộ i, 2017 l z l l BÙI THỊ MAI k l NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ ĐỘ DÀY QUANG HỌC SOL KHÍ l é l é l TỪ ẢNH VỆ TINH DỰA TRÊN CÁC TRẠ M QUAN TRẮC l l l k l l Ngà nh c : Cô ng nghệ thô ng p p c p c v p c t i n Ch u yê n ngà nh : Kỹ th uậ t phầ n v l z p h m p mềm Mã số l k l p c p v h v s p 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN l l l l l l l NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS BÙI QUA NG HƯNG l l l l TS NGUYỄN THỊ NHẬT THANH l Hà Nộ i, 2017 l z l l l i LỜI CA M ĐOAN k é l Tô i x i n c am đo a n đâ y cô n g t rì nh n gh iê n u kho a họ c độ c lậ p củ a r iê n g tô i dướ i hướ n g dẫ n củ a TS N g u yễ n Thị Nhậ t Th a nh TS Bù i Q u a n g Hư n g Cá c số l iệ u sử dụ n g phâ n tí ch t ro n g l uậ n vă n có n g uồ n gố c rõ rà n g Cá c kế t q uả n gh iê n u t ro n g l uậ n vă n tơ i tự tìm h iể u, phâ n tí ch mộ t cá ch t r u n g thự c, ch q u a n Cá c kế t q uả nà y chư a từ n g đượ c cô n g bố t ro n g bấ t kỳ n gh iê n u c z v z g z p h z x p y p z p x l l c p p z h l h v o p v x g p c h p c g e l p c y m i y x p l p p m p s h p p v p v g x v v p c e c h p z v p c v e m p p c p c y v h p i z p l l z p c x p s @ h v p h p v c v e p h x p p 3 v v o y s z c l @ i p c o e e p v c z e p h p c h p x p x v h p o v o o z p c m v p c Họ c v iê n i z p BÙI THỊ MAI k p l c h 3 Hà nộ i, n gà y 12 thá n g 12 nă m 2017 p c p p z c c e LỜI CẢ M ƠN k l T râ n t rọ n g cảm n cá c thầ y cô g iáo t ro n g Kho a Cô n g n ghệ thô n g t i n, t rườ n g Đạ i họ c Cô n g n ghệ - Đạ i họ c q uố c g i a Hà Nộ i tạo nhữ n g đ iề u k iệ n tố t nhấ t để tô i thự c h iệ n l uậ n vă n Đặ c b iệ t, x i n đượ c bà y tỏ lò n g b iế t n châ n nh nhấ t đế n thầ y cô hướ n g dẫ n củ a tô i: Cô N g u yễ n Thị Nhậ t Th a nh thầ y Bù i Q u a n g Hư n g đị nh hướ n g dẫ n dắ t tơ i hồ n nh l uậ n vă n Đồ n g thờ i, t râ n t rọ n g cảm n đế n a nh Phạm Vă n Hà, a nh T rầ n T uấ n V i nh cá c nh v iê n t ro n g t r u n g tâm FI MO g iú p đỡ, n g gó p c u n g cấp nhữ n g t r i thứ c vô cù n g q uý bá u cũ n g nhữ n g ý k iế n xá c đá n g cho tô i t ro n g s uố t thờ i g i a n q u a N gh iê n u nà y đượ c tà i t rợ bở i Q uỹ Phá t t r iể n kho a họ c cô n g n ghệ Q uố c g i a (NAFOSTED) t ro n g đề tà i mã số 102.99-2016.22 e é z v x v m p v z v p p z e p c c p c p y p p p p c c z o z s p h i p p p g p p v p v e z c c s o v x z h p v p i c l z h m p c v c p p m c v e c z z v x x 3 z x z v z p v e p p v c v h h h p p p m l e v v l p p c p p p p k v p p p z v v z e c @ l Hà nộ i, n gà y 12 thá n g 12 nă m 2017 p z p c m v p c Họ c v iê n i z p BÙI THỊ MAI k p l c p p p p c p c e p l c p v v v p p c p v p v x c p z p h p v v e e c z z @ o e p p h m h p v p v p c c z c c p v z p l z v i i c c p x @ i p v h c p p é p h p v c p y p p v v i i x z @ h p z c p l y p e l p z p v x p v z p p h z p p s c c v h c e p p p c v z e z @ h l v m z v i v 3 p v é g p z x x c p p p p p g l é p i l c h z l MỤC LỤC k LỜI CA M ĐOAN .I LỜI CẢ M ƠN II MỤC LỤC .III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VII DANH MỤC CÁC HÌ NH VẼ, ĐỒ THỊ .VIII MỞ ĐẦU k é l k l k l k l k l k k l l é é Đặ t vấ n đề, đị nh hướ n g n gh iê n u .1 é v i p p p p p c p c z p h Mụ c t iê u củ a l uậ n vă n k v z h x y h p i p Phạm v i phươ n g phá p n gh iê n u .2 l i z i s p c s s p c z p h Kế t cấ u củ a l uậ n vă n v h x y h p i p CHƯƠ NG TỔNG QUAN VỀ SOL KHÍ .4 l l l 1.1 Tổ n g q u a n ô nh iễm khơ n g khí 1.2 Tổ n g q u a n so l khí .5 p c p h c h 1.2.1 1.2.2 1.2.3 1.3 x p x i p p i l z y l o p c o o Khá i n iệm N g uồ n gố c sả n s i nh so l khí .6 Tá c độ n g củ a so l khí lê n T rá i đấ t z l c p z h l p c p p c l p l x z l p y l y o y o p e z p v Độ dà y q u a n g họ c so l khí .8 é g m 1.3.1 1.3.2 1.3.3 h x p c l y o Khá i n iệm Phươ n g phá p q u a n t rắ c Mố i q u a n hệ g iữ độ dà y q u a n g họ c so l khí nh iễm khơ n g khí 10 z p z p k l c z s h x s h p c x p z v e p g m h x p c l y o i p z l o p c o CHƯƠ NG 2: CÁC SẢ N PHẨ M ẢNH VỆ TINH 11 l 2.1 l p s l l l y o x k G iớ i th iệ u MODIS 11 Cá c sả n phẩm so l khí củ a MODIS 12 Sả n phẩm so l khí MODIS km ( MOD04_3K MYD04_3K) 15 Sả n phẩm đ iểm chá y củ a MODIS ( MCD14 ML) 16 z z v z l h p i k s l p s l l p s l p l y y o o z x k k l o m x k l k i k k k Cá c sả n phẩm so l khí củ a VIIRS 18 l 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.3 l Sả n phẩm so l khí củ a MODIS 11 2.1.1 2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2 k p s l l y o x G iớ i th iệ u VIIRS 18 Cá c sả n phẩm so l khí củ a VIIRS 18 Sả n phẩm so l khí EDR AOD 20 z z v z l p h p i s s l l l l y y o x o Dữ l iệ u so l khí củ a AERONET .21 y z h l y o x l 2.3.1 2.3.2 G iớ i th iệ u AERONET 21 Dữ l iệ u so l khí từ cá c t rạm AERONET 22 z z v y z z h h i l l y o v 3 v e l l CHƯƠ NG 3: PHƯƠ NG PHÁP ĐÁ NH GIÁ ĐỘ DÀY QUA NG HỌC SOL KHÍ24 l 3.1 l é l é l Mô tả bà i toá n .24 k 3.2 v @ z v p Cá c n gh iê n u l iê n q u a n .26 p 3.2.1 3.2.2 3.3 c z p h y z p h x p T rê n g iớ i 26 T ro n g nướ c 27 e p e v p c c z p z Phươ n g phá p t iề n xử lý l iệ u 28 p 3.3.1 3.3.2 c s s v z p p y g y z h T iề n xử l iệ u ả nh vệ t i nh 28 T iề n xử lý l iệ u q u a n t rắ c l iệ u cá c đ iểm chá y .31 z p p g z p p y y z h g p y z i h v h x z p p v e i g y z h 3 p z l m 3.4 Phươ n g phá p tí ch hợ p l iệ u .32 3.5 Phươ n g phá p đá nh g iá độ dà y q u a n g họ c so l khí 34 p c p s c s s v s s p p c g y z p z h g m h x p c l y o CHƯƠ NG 4: THỰC NGHIỆ M VÀ KẾT QUẢ 37 l l k 4.1 Kh u vự c n gh iê n u 37 4.2 Cà i đặ t thự c n gh iệm 41 h i z p p v 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.3 c z v p p c h z l Ch uẩ n bị l iệ u 42 Cà i đặ t xử lý l iệ u 45 Cơ sở l iệ u 50 Tí ch hợ p l iệ u AOD từ vệ t i nh AOD từ AERONET 51 h p z @ p g v l y i p g y z s z h y g y z h h g y z h v i v z p i v l Tậ p l iệ u 53 s 4.4 g y z h Đá nh g iá ch u n g .55 é p c 4.4.1 4.4.2 4.5 z h p c Đá nh g iá AOD củ a MODIS 55 Đá nh g iá AOD củ a VIIRS .59 é é p c z x p c z x k Đá nh g iá tổ n g hợ p VIIRS MODIS 62 é p c z v p c s i k 4.5.1 Đá nh g iá AOD từ VIIRS MODIS th eo từ n g q uố c g i a .62 4.5.2 Đá nh g iá AOD từ VIIRS MODIS vớ i AERONET AOD th eo kh u vự c nh thị nô n g thô n 67 4.5.3 Mố i q u a n hệ g iữ AOD từ VIIRS, MODIS AERONET vớ i tì nh hì nh chá y t ro n g kh u vự c 69 v p v é p c z v i k v é p c z v i k i i p k m v e p c p c v z o h h v p z c h c z x l v e o h i p x i e p c z v k i l i z v p p KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THA M KHẢO .82 PHỤ LỤC 1: THỐNG KÊ DỮ LIỆU CÁC TRẠ M AERONET PHỤ LỤC 2: CÁC TẬP DỮ LIỆU Ả NH MODIS K M 14 l k l k l k l k PHỤ LỤC 3: CÁC TẬP DỮ LIỆU Ả NH SOL KHÍ VIIRS 18 l PHỤ LỤC 4: CÀI ĐẶT VÀ XỬ LÝ DỮ LIỆU 20 é 4.1 Dow n lo a d cá c sả n phẩm .20 p 4.1.1 y g 3 l p s l Dow n lo a d MOD04_3K MYD04_3K – sả n phẩm so l khí MODIS km 20 Dow n lo a d GAERO_VAOOO – sả n phẩm so l khí VIIRS km 22 Dow n lo a d l iệ u AERONET 23 Dow n lo a d MCD14 ML - l iệ u cá c đ iểm chá y củ a MODIS 25 o 4.1.2 4.1.3 4.1.4 4.2 x p y x g k p y x g p y x g g p y x g k i k l p s l l y o k l l y z h p s l l y o o l l k g y z h 3 p z l m x k Cá c chươ n g t rì nh xử lý 26 3 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 p c v e p p y Chươ n g t rì nh xử lý ả nh MODIS km 26 Chươ n g t rì nh xử lý ả nh VIIRS km .27 Chươ n g t rì nh xử lý l iệ u AERONET 30 Chươ n g t rì nh xử lý l iệ u cá c đ iểm chá y 31 p c v e p p y p k o p c v e p p y p p c v e p p y g y z h p c v e p p y g y z h o l l l 3 p z l m 4.3 Cá c bả n g t ro n g sở l iệ u .32 4.4 Chươ n g t rì nh tí ch hợ p l iệ u 39 @ p p c c v v e e p p c v 3 l g s y g z y h z h DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT l k Ký h iệ u z T iế n g A nh h z p c T iế n g V iệ t Độ dà y q u a n g họ c so l khí p z p c z AOD A e roso l o p t i c a l d e p th AOD A e roso l o p t i c a l Th i c k n e ss e e e MODIS l e y l s y v s z v z x y x g e s y v z é o p e l l k g l VIIRS e x e c z x v p e e c s l e y v h v e z e g z l e v e z FI MO k l z z e AERONET l @ v p c l y o m h x p c l y o e v z @ z p p e e p x h c p v e p i x y e p e x e e g l x c z p c x g z l e v v e e l v e e e c e p z k x v v e e e l h y g z v e p z g z l p z s y y c z z p e x e m e p v h h l z l l e z e y g e y h p z c p v p l c p p c z p l c v l v z s p v e p c @ v z l e o Mạ n g lướ i cá c t rạ m q u a n t rắ c so l khí mặ t đấ t k p c y y z o l v v p e l h x p v e v Hệ thố n g ch uẩ n hó a l iệ u vệ t i nh Com p r eh e ns i v e L a r g e A r r a yD a t a S t ew a r dsh i p S ys t em Hệ thố n g q uả n lý l iệ u d iệ n rộ n g N a t io n a l O c e a n i c a n d A tmosph e r i c A dm i n is t r a t io n Cụ c Đị a chấ t Hả i dươ n g họ c Q uố c g i a N av y A e roso l A n a l ys is a n d P r e d i c t io n S ys t e m Hệ thố n g Phâ n tí ch Dự báo củ a Hả i q uâ n p x x z v e x l y e z p l i x z e z v e s l z e x h e i z p m v v p g h p y x z c e m l e v x y z g e e z m l l v z l p c o p c i v e k v p c h p x g y z h i v z p e x m v p c h p y g y z h g z p e p c l e l p e e v x x e g p y p y p z e e x x p e l e l z p l s g y p z v z l v x z x z y x e l e v e x g e l h p p e v e z y s z x s x e g p z v e m e l x p v e v z e p e x l x e s v v e x z v l e l l e l l e g l v y e v x NAAPS v c y z x l NOAA p PHO to mé t r i e po u r l e T r a i t em e n t O pé r a t io n n e l d e No rm a l i s a t io n S a t e l l i t a i r e v e CLASS c Cơ q u a n Hà n g khô n g Vũ t rụ củ a Mỹ x s l p N a t io n a l A e ro n a u t i cs a n d S p a c e A dm i n is t r a t io n l PHOTO NS z T r u n g tâm Cơ n g n ghệ tí ch hợ p l iê n n gà nh G iám sá t h iệ n t rườ n g l NASA @ e p k l g l C e n t e r of M u l t i d i s c i p l i n a r y I n t e g r a t e d T e ch no lo g i e s fo r F i e l d Mo n i to r i n g AE roso l RO bo t i c NETwo r k p l x V i s i b l e I nf r a r e d Im a g i n g R a d iom e t e r Cả m b iế n gắ n t rê n tà u So um i-NPP Suite h l h Cả m b iế n đượ c gắ n t rê n vệ t i nh T e r a/Aq u a p x m Độ dà y q u a n g họ c so l khí é Mo d e r a t e R eso l u t io n Im a g i n g S p e c t ro r a d iom e t e r k g v x v x z p p g é x h v 3 p x v c z i z p h p c x c z g v i @ p TOA To p Of A t mos ph e r e GAERO VIIRS A e roso l EDR E l l i pso i d G eo lo c a t io n Tậ p l iệ u vị t rí đị a lý củ a VIIRS VIIRS A e roso l Op t i c a l Th i c k n ess EDR Tậ p l iệ u độ dà y q u a n g họ c so l khí củ a VIIRS s e y VAOOO v y z s l z o p e l e g l e e z l l e l s e e é y y l e y x s v z v Đỉ nh khí q u yể n p o s h g y z h m p i v e p x y x p z x y s l y g o y z h x p g m h x p c DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU l k l Bả n g 4.1: Thố n g kê cá c t rạm AERONET t ro n g vù n g n gh iê n u 40 p c p c o 3 v e l l v e p c i p c p c z p h Bả n g 4.2: D a nh mụ c cá c bả n g t ro n g sở l iệ u 51 p c x p l 3 @ p c v e p c l g y z h Bả n g 4.3: Thố n g kê l iệ u MODIS, VIIRS 53 p c p c o g y z h k Bả n g 4.4: Đá nh g iá MODIS AOD n kh u vự c n gh iê n u th eo cá c năm 56 p c é p c z k v p o h i p c z p h v e 3 p l Bả n g 4.5: Phâ n bố g iá t rị MODIS AOD 57 p c p @ c z v e k Bả n g 4.6: Đá nh g iá MODIS AOD n kh u vự c th eo cá c thá n g t ro n g năm 58 p c é p c z k v p o h i v e 3 v p c v e p c p l Bả n g 4.7: VIIRS AOD t r u n g bì nh q u a cá c năm 60 p c v e h p c @ p h x 3 p l Bả n g 4.8: Tỷ lệ % VIIRS AOD AERONET AOD .61 p c y i l Bả n g 4.9: Đá nh g iá MODIS VIIRS AOD th eo cá c q uố c g i a 63 p c é p c z k i v e 3 h c z x Bả n g 4.10: Đá nh g iá AOD th eo kh u vự c nh thị nô n g thô n 68 p c é p c z v e o h i v p v i p p c v p