1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT SỰ BỐC - THOÁT HƠI NƯỚC CỦA LỚP PHỦ KHU VỰC TÂY BẮC VIỆT NAM TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH

26 0 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình Giám Sát Sự Bốc - Thoát Hơi Nước Của Lớp Phủ Khu Vực Tây Bắc Việt Nam Từ Dữ Liệu Ảnh Vệ Tinh
Tác giả Lê Hùng Chiến
Người hướng dẫn PGS.TS Trần Xuân Trường, PGS. TS Doãn Hà Phong
Trường học Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
Chuyên ngành Kỹ Thuật Trắc Địa - Bản Đồ
Thể loại Luận Án Tiến Sĩ
Năm xuất bản 2022
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 26
Dung lượng 2,86 MB

Nội dung

Kỹ Thuật - Công Nghệ - Công nghệ - Môi trường - Công nghệ thông tin BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT LÊ HÙNG CHIẾN NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH GIÁM SÁT SỰ BỐC - THOÁT HƠI NƯỚC CỦA LỚP PHỦ KHU VỰC TÂY BẮC VIỆT NAM TỪ DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH Ngành: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA - BẢN ĐỒ Mã số: 9.520503 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ HÀ NỘI, 2022 Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất Người hướng dẫn khoa học 1. PGS.TS Trần Xuân Trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất. 2. PGS. TS Doãn Hà Phong, Viện Khoa học khí tượng thủy văn và biến đổi khí hậu. Phản biện 1: PGS.TS Trần Vân Anh Phản biện 2: TS Chu Hải Tùng Phản biện 3: PGS. TS Trịnh Lê Hùng Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi ……giờ…..ngày….tháng…...năm 2022 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Bốc hơi nước E (Evaporation) là sự trở lại của hơi nước vào trong khí quyển thông qua sự khuếch tán của các phân tử nước từ đất, thảm thực vật, khối nước và các bề mặt ẩm ướt khác. Thoát hơi T (Transpiration) là hiện tượng hơi nước thoát ra không khí từ bề mặt lá, thân cây như một phản ứng sinh lý của cây trồng để chống lại sự khô hạn xung quanh nó, sự mất nước từ thảm thực vật gọi là sự thoát hơi nước của thực vật. Tổng lượng nước mất đi qua sự khuếch tán của các phân tử nước vào trong khí quyển thường được gọi là sự thoát hơi nước. Thực tiễn đã có nhiều mô hình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước khác nhau đã được áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam. Mỗi mô hình đều có những ưu, nhược điểm và phù hợp với các điều kiện địa hình, khí hậu và thực trạng bề mặt lớp phủ. Việc lựa chọn mô hình để ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước từ bề mặt lớp phủ cho khu vực cụ thể cần căn cứ vào yêu cầu dữ liệu đầu vào của các mô hình, tính ưu việt của các mô hình đó và phù hợp về trình độ khoa học công nghệ hiện tại. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Lựa chọn, đề xuất được mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế (ETa) phù hợp với điề u kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ khu vực Tây Bắc Việt Nam. - Xây dựng được quy trình, chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ với các tham số được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 kết hợp thông tin độ cao địa hình khu vực Tây Bắ c Việt Nam. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án: bốc thoát hơi nước của bề mặt lớp phủ; ảnh vệ tinh Landsat 8; mô hình SEBAL; mô hình Priestley - Taylor; năng lượng bức xạ ròng mặt trời và các tham số đượ c tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8. 4. Phạm vi nghiên cứu + Về không gian: Nghiên cứu được tiến hành thực nghiệm tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việ t Nam; + Về thời gian: Nghiên cứu thực nghiệm xác định hệ số a, b của mô hình Priestley-Taylor từ chuỗi dữ liệu khí tượng giai đoạn 2015-2021. Thực nghiệm ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ tại thời điểm ngày 0172015, ngày 0462017 và ngày 1882021; + Về dữ liệu ảnh vệ tinh: Nghiên cứu được thực nghiệm với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8. 5. Nội dung nghiên cứu của luận án - Tổng quan về vấn đề nghiên cứu, tổng hợp công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, các mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu khí tượng và dữ liệu ảnh vệ tinh; - Cơ sở khoa học của việc ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh; - Mô hình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước với các tham số phù hợp với điều kiện điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hoà Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam; - Xây dựng quy trình giám sát lượng bốc, thoát hơi nước bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mô hình viễ n thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor; - Xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợ p mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor trên nền Google Earth Engine; - Xác định lượng bốc, thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor với hệ số tuyến tính a, b tính từ chuỗi dữ liệu khí tượng đo trực tiếp cho 2 các thời điểm ngày 0172015, ngày 0462017 và ngày 1882021, so sánh đánh giá kết quả với lượng bốc thoát hơi nước từ các trạm khí tượng thuỷ văn. 6. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp, phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu, phương pháp viễ n thám, phương pháp thực nghiệm, phương pháp so sánh, phương pháp mô hình hóa. 7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học: Có thể sử dụng kết hợp mô hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor để xác định lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việ t Nam với điều kiện địa hình chia cắt mạnh, nhiều tiểu vùng khí hậu, chênh cao lớn và bề mặt lớp phủ với nhiề u các trạng thái cây trồng khác nhau. Các tham số phục vụ ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ bề mặt lớp phủ (năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày Rnd, nhiệt độ bề mặt Ts, nhiệt hóa hơi tiềm ẩn λ, hằng số Psychrometric γ, độ dốc đườ ng cong áp suất hơi nước bão hòa của không khí Δ) được tính trực tiếp từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM mà không cần sử dụng số liệu khí tượng đo trực tiếp. Tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ tin học, tự động hóa trong việc ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước của bề mặt lớp phủ. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là tư liệu về lý thuyết và thực nghiệm việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 kết hợp thông tin độ cao từ DEM để chiết xuất, tính toán các tham số phục vụ tính lượng bốc thoát hơi nướ c từ bề mặt lớp phủ. Giúp cho các cơ quan quản lý về nông, lâm nghiệp, tài nguyên môi trường sử dụng nguồn nước một cách hiệu quả, phòng tránh giảm nhẹ các thiệt hại do hạn hán, cháy rừng trong sản xuấ t nông, lâm nghiệp. Kết quả nghiên cứu của luận án đã khẳng định tính hiệu quả, khả thi của việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, rút ngắn thời gian ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước tại tỉ nh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam và có thể ứng dụng rộng rãi cho các khu vực khác tại Việt Nam, mở rộ ng các ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, thủy lợi, quản lý nguồn nước. 8. Luận điểm bảo vệ Luận điểm 1: Giá trị của các tham số năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày (Rnd), nhiệt ẩ n quá trình bốc thoát hơi nước (λ), hằng số Psychrometric (γ), độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa (Δ) đượ c tính toán từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao (DEM) có thể thay thế các tham số đượ c tính từ dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm khí tượng, thủy văn phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình, khu vực Tây Bắc Việt Nam. Luận điểm 2: Hệ số tuyến tính a, b của mô hình Priestley - Taylor được xác định bằng phương pháp thực nghiệm từ chuỗi dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thuỷ văn. Các tham số đượ c tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao (DEM) sử d ụng trong mô hình, quy trình, chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ đã đề xuất hoàn toàn phù hợp và đảm bảo độ chính xác với điều kiện địa hình, khí hậu, bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình, khu vực Tây Bắc Việt Nam. 9. Những điểm mới của luận án - Đề xuất được hệ số a, b của mô hình Priestley - Taylor phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ với nhiều các trạ ng thái cây trồng khác nhau của khu vực Tây Bắc Việt Nam. 3 - Đề xuất được mô hình, qui trình và xây dựng được chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước lớp phủ bề mặt từ các tham số được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình, khu vực Tây Bắc Việt Nam không cần sử dụng số liệu từ các trạm quan trắc khí tượng thủy văn. 10. Cấu trúc của luận án Cấu trúc luận án gồm phần mở đầu, 03 chương nội dung và kết luận kiến nghị. Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Nội dung chương 1 trình bày các vấn đề khái niệm cơ bản bốc thoát hơi nước, các phương pháp và mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu khí tượng và dữ liệu ảnh vệ tinh, tổng quan về các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ, đánh giá chung về các kết quả nghiên cứu và xác định các vấn đề cần thảo luận phát triển trong luận án. 1.1. Các khái niệm bốc thoát hơi nước 1.1.1 Bốc hơi nước (E) Bốc hơi nước E (Evaporation) là quá trình mà nước lỏng được chuy ển thành hơi nước (hóa hơi) và được loại bỏ khỏi bề mặt, là công đoạn đầu tiên trong vòng tuần hoàn mà nước chuyển từ thể l ỏng thành hơi nước trong khí quyển. Nguyên nhân chính của sự bốc hơi nước là sự chênh lệch về áp suất hơi nước ở bề mặ t và áp suất của khí quyển xung quanh. Nước bốc hơi từ nhiều loại bề mặt, chẳng hạn như hồ, sông, vỉa hè, đấ t trống và thảm thực vật. Tuy nhiên, sự bốc hơi phổ biến nhất được dùng để nói tới sự mất nước từ các bề mặ t của khối nước, đất trống hay từ các đối tượng không có sự sống khác (Allen và cộng sự 1990). 1.1.2 Thoát hơi nước (T) Thoát hơi T (Transpiration) là hiện tượng hơi nước thoát ra không khí từ bề mặt lá, thân cây như một phản ứng sinh lý của cây trồng để chống lại sự khô hạn xung quanh nó. Quá trình thoát hơi xảy ra bên trong thân, lá do sự trao đổi hơi với khí quyển được điều khiển bởi lỗ khí khổng của lá. Gần như toàn bộ lượng nước do cây trồng hấp thụ sẽ bị mất đi do thoát hơi nước và chỉ một phần nhỏ được sử dụng trong cây sinh trưởng phát triển. Do đó, sự mất nước từ thảm thực vật gọi là sự thoát hơi nước của thực vật, tổng lượng nước mất đi qua sự khuếch tán của các phân tử nước vào trong khí quyển thường được gọi là sự thoát hơi nước (Allen và cộng sự 1990). 1.1.3. Bốc thoát hơi nước ET (Evaporation Transpiration) Sự bốc hơi và thoát hơi nước xảy ra đồng thời và không có cách nào dễ dàng để phân biệt giữa hai quá trình. Ngoài lượng nước sẵn có trong lớp đất mặt, sự bốc hơi từ đất trồng trọt chủ yếu được xác định bởi phần bức xạ mặt trời đến bề mặt đất. Tỷ lệ này giảm dần trong thời kỳ sinh trưởng khi cây trồng phát triển và tán cây che phủ ngày càng nhiều diện tích mặt đất. Khi cây trồng còn nhỏ, nước bị mất chủ yếu do bốc hơi từ đất, giai đoạn cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt che phủ hoàn toàn bề mặt đất, khi đó quá trình thoát hơi nước là nguồn chính trong quá trình bốc thoát hơi nước (Allen và cộng sự 1990). 1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc thoát hơi nước Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự bốc thoát hơi là năng lượng bức xạ mặt trời, độ ẩm không khí, nhiệt độ, vận tốc gió và thực vật bề mặt lớp phủ. 1.1.8. Lượng bốc thoát hơi thực tế ET (Actual evapotransporation) Lượng thoát hơi nước qua lá trong quá trình phát triển của cây trồng cộng với lượng bốc hơi nước qua mặt thoáng trong thời kỳ đó (Allen và cộng sự 1990). 4 1.1.9. Mô hình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước Mô hình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước: là sự ước tính, theo dõi, quan sát lượng bốc thoát hơi nước có tính chủ động, thường xuyên, liên tục theo một quy trình, mô hình đã được xây dựng sẵn. Quy trình, mô hình được xây dựng dựa trên việc đề xuất có chủ định của các yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng bốc thoát hơi nước. 1.2. Phương pháp xác lượng bốc thoát hơi nước sử dụng dữ liệu khí tượng 1.2.1. Các phương pháp đo trực tiếp Phương pháp quan trắc bốc hơi bằng ống Piche là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, nội dung phương pháp được mô tả như sau: Ống bốc hơi Piche là một ống thủy tinh dài từ 17 đến 30cm, đường kính 1 cm, có khắc vạch, một đầu kín, một đầu hở được đậy bằng một mặt giấy xốp tròn mầu trắng có nẹp kim loại để giữ. Phương pháp thủy tiêu kế (Lysimeter) là một thiết bị dùng để xác định giá trị bốc thoát hơi tham chiếu (ET0 ) của một cây trồng theo một điều kiện tưới chủ động. Bằng cách đo thể tích nước hay trọng lượng ta có thể xác định lượng bốc thoát hơi dựa vào phương trình cân bằng nước. 1.2.2. Các mô hình sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời (radiaton-based models) 1.2.2.1. Mô hình Makkink Năm 1957 mô hình Makkink đã được đề xuất và sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay do đã giảm bớt một số các thông số đo ngoại nghiệp mà phương pháp FAO Penman đang sử dụng. 1.2.2.2. Mô hình Priestley-Taylor Năm 1972, Priestley - Taylor đề xuất mô hình tính l ượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ mặt trời Mô hình Priestley-Taylor là mô hình tính lượng bốc thoát hơi nước được dùng khá phổ biến trên thế giới.

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT

Trang 2

Công trình được hoàn thành tại Bộ môn Đo ảnh và Viễn thám, Khoa Trắc địa - Bản đồ và Quản lý đất đai, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Người hướng dẫn khoa học

1 PGS.TS Trần Xuân Trường, Trường Đại học Mỏ - Địa chất

2 PGS TS Doãn Hà Phong, Viện Khoa học khí tượng thủy văn và biến

đổi khí hậu

Phản biện 1: PGS.TS Trần Vân Anh Phản biện 2: TS Chu Hải Tùng Phản biện 3: PGS TS Trịnh Lê Hùng

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Mỏ - Địa chất vào hồi ……giờ… ngày….tháng… năm 2022

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc Gia, Hà Nội hoặc Thư viện Trường Đại học Mỏ - Địa chất

Trang 3

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Bốc hơi nước E (Evaporation) là sự trở lại của hơi nước vào trong khí quyển thông qua sự khuếch tán của các phân tử nước từ đất, thảm thực vật, khối nước và các bề mặt ẩm ướt khác Thoát hơi T (Transpiration) là hiện tượng hơi nước thoát ra không khí từ bề mặt lá, thân cây như một phản ứng sinh lý của cây trồng để chống lại sự khô hạn xung quanh nó, sự mất nước từ thảm thực vật gọi là sự thoát hơi nước của thực vật Tổng lượng nước mất đi qua sự khuếch tán của các phân tử nước vào trong khí quyển thường được gọi là sự thoát hơi nước Thực tiễn đã có nhiều mô hình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước khác nhau đã được áp dụng trên thế giới và ở Việt Nam Mỗi mô hình đều có những ưu, nhược điểm và phù hợp với các điều kiện địa hình, khí hậu và thực trạng bề mặt lớp phủ Việc lựa chọn mô hình để ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước

từ bề mặt lớp phủ cho khu vực cụ thể cần căn cứ vào yêu cầu dữ liệu đầu vào của các mô hình, tính ưu việt của các mô hình đó và phù hợp về trình độ khoa học công nghệ hiện tại

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Lựa chọn, đề xuất được mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế (ETa) phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ khu vực Tây Bắc Việt Nam

- Xây dựng được quy trình, chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ với các tham số được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 kết hợp thông tin độ cao địa hình khu vực Tây Bắc Việt Nam

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án: bốc thoát hơi nước của bề mặt lớp phủ; ảnh vệ tinh Landsat 8; mô hình SEBAL; mô hình Priestley - Taylor; năng lượng bức xạ ròng mặt trời và các tham số được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8

+ Về dữ liệu ảnh vệ tinh: Nghiên cứu được thực nghiệm với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8

5 Nội dung nghiên cứu của luận án

- Tổng quan về vấn đề nghiên cứu, tổng hợp công trình nghiên cứu trong và ngoài nước, các mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu khí tượng và dữ liệu ảnh vệ tinh;

- Cơ sở khoa học của việc ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh;

- Mô hình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước với các tham số phù hợp với điều kiện điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hoà Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam;

- Xây dựng quy trình giám sát lượng bốc, thoát hơi nước bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mô hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor;

- Xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor trên nền Google Earth Engine;

- Xác định lượng bốc, thoát hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor với hệ số tuyến tính a, b tính từ chuỗi dữ liệu khí tượng đo trực tiếp cho

Trang 4

các thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021, so sánh đánh giá kết quả với lượng bốc thoát hơi nước từ các trạm khí tượng thuỷ văn

6 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp, phương pháp phân tích, tổng hợp số liệu, phương pháp viễn thám, phương pháp thực nghiệm, phương pháp so sánh, phương pháp mô hình hóa

7 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học:

Có thể sử dụng kết hợp mô hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor để xác định lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam với điều kiện địa hình chia cắt mạnh, nhiều tiểu vùng khí hậu, chênh cao lớn và bề mặt lớp phủ với nhiều các trạng thái cây trồng khác nhau

Các tham số phục vụ ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ bề mặt lớp phủ (năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày Rnd, nhiệt độ bề mặt Ts, nhiệt hóa hơi tiềm ẩn λ, hằng số Psychrometric γ, độ dốc đường cong

áp suất hơi nước bão hòa của không khí Δ) được tính trực tiếp từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM mà không cần sử dụng số liệu khí tượng đo trực tiếp Tạo cơ sở khoa học cho việc ứng dụng công nghệ tin học, tự động hóa trong việc ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước của bề mặt lớp phủ

Ý nghĩa thực tiễn:

Kết quả nghiên cứu của luận án là tư liệu về lý thuyết và thực nghiệm việc sử dụng ảnh vệ tinh Landsat

8 kết hợp thông tin độ cao từ DEM để chiết xuất, tính toán các tham số phục vụ tính lượng bốc thoát hơi nước

từ bề mặt lớp phủ Giúp cho các cơ quan quản lý về nông, lâm nghiệp, tài nguyên môi trường sử dụng nguồn nước một cách hiệu quả, phòng tránh giảm nhẹ các thiệt hại do hạn hán, cháy rừng trong sản xuất nông, lâm nghiệp

Kết quả nghiên cứu của luận án đã khẳng định tính hiệu quả, khả thi của việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 nhằm nâng cao hiệu quả kinh tế, rút ngắn thời gian ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam và có thể ứng dụng rộng rãi cho các khu vực khác tại Việt Nam, mở rộng các ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, thủy lợi, quản lý nguồn nước

8 Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Giá trị của các tham số năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày (Rnd), nhiệt ẩn quá

trình bốc thoát hơi nước (λ), hằng số Psychrometric (γ), độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa (Δ) được tính toán từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao (DEM) có thể thay thế các tham số được tính

từ dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm khí tượng, thủy văn phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình, khu vực Tây Bắc Việt Nam

Luận điểm 2: Hệ số tuyến tính a, b của mô hình Priestley - Taylor được xác định bằng phương pháp

thực nghiệm từ chuỗi dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thuỷ văn Các tham số được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao (DEM) sử dụng trong mô hình, quy trình, chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ đã đề xuất hoàn toàn phù hợp và đảm bảo độ chính xác với điều kiện địa hình, khí hậu, bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình, khu vực Tây Bắc Việt Nam

9 Những điểm mới của luận án

- Đề xuất được hệ số a, b của mô hình Priestley - Taylor phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ với nhiều các trạng thái cây trồng khác nhau của khu vực Tây Bắc Việt Nam

Trang 5

- Đề xuất được mô hình, qui trình và xây dựng được chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước lớp phủ bề mặt từ các tham số được tính toán từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình, khu vực Tây Bắc Việt Nam không cần sử dụng số liệu từ các trạm quan trắc khí tượng thủy văn

10 Cấu trúc của luận án

Cấu trúc luận án gồm phần mở đầu, 03 chương nội dung và kết luận kiến nghị

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Nội dung chương 1 trình bày các vấn đề khái niệm cơ bản bốc thoát hơi nước, các phương pháp và mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu khí tượng và dữ liệu ảnh vệ tinh, tổng quan

về các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước

bề mặt lớp phủ, đánh giá chung về các kết quả nghiên cứu và xác định các vấn đề cần thảo luận phát triển trong luận án

1.1 Các khái niệm bốc thoát hơi nước

1.1.1 Bốc hơi nước (E)

Bốc hơi nước E (Evaporation) là quá trình mà nước lỏng được chuyển thành hơi nước (hóa hơi) và được loại bỏ khỏi bề mặt, là công đoạn đầu tiên trong vòng tuần hoàn mà nước chuyển từ thể lỏng thành hơi nước trong khí quyển Nguyên nhân chính của sự bốc hơi nước là sự chênh lệch về áp suất hơi nước ở bề mặt

và áp suất của khí quyển xung quanh Nước bốc hơi từ nhiều loại bề mặt, chẳng hạn như hồ, sông, vỉa hè, đất trống và thảm thực vật Tuy nhiên, sự bốc hơi phổ biến nhất được dùng để nói tới sự mất nước từ các bề mặt của khối nước, đất trống hay từ các đối tượng không có sự sống khác (Allen và cộng sự 1990)

1.1.2 Thoát hơi nước (T)

Thoát hơi T (Transpiration) là hiện tượng hơi nước thoát ra không khí từ bề mặt lá, thân cây như một phản ứng sinh lý của cây trồng để chống lại sự khô hạn xung quanh nó Quá trình thoát hơi xảy ra bên trong thân, lá do sự trao đổi hơi với khí quyển được điều khiển bởi lỗ khí khổng của lá Gần như toàn bộ lượng nước

do cây trồng hấp thụ sẽ bị mất đi do thoát hơi nước và chỉ một phần nhỏ được sử dụng trong cây sinh trưởng

phát triển Do đó, sự mất nước từ thảm thực vật gọi là sự thoát hơi nước của thực vật, tổng lượng nước mất đi

qua sự khuếch tán của các phân tử nước vào trong khí quyển thường được gọi là sự thoát hơi nước (Allen và cộng sự 1990)

1.1.3 Bốc thoát hơi nước ET (Evaporation Transpiration)

Sự bốc hơi và thoát hơi nước xảy ra đồng thời và không có cách nào dễ dàng để phân biệt giữa hai quá trình Ngoài lượng nước sẵn có trong lớp đất mặt, sự bốc hơi từ đất trồng trọt chủ yếu được xác định bởi phần bức xạ mặt trời đến bề mặt đất Tỷ lệ này giảm dần trong thời kỳ sinh trưởng khi cây trồng phát triển và tán cây che phủ ngày càng nhiều diện tích mặt đất Khi cây trồng còn nhỏ, nước bị mất chủ yếu do bốc hơi từ đất, giai đoạn cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt che phủ hoàn toàn bề mặt đất, khi đó quá trình thoát hơi nước

là nguồn chính trong quá trình bốc thoát hơi nước (Allen và cộng sự 1990)

1.1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc thoát hơi nước

Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự bốc thoát hơi là năng lượng bức xạ mặt trời, độ ẩm không khí, nhiệt độ, vận tốc gió và thực vật bề mặt lớp phủ

1.1.8 Lượng bốc thoát hơi thực tế ET (Actual evapotransporation)

Lượng thoát hơi nước qua lá trong quá trình phát triển của cây trồng cộng với lượng bốc hơi nước qua mặt thoáng trong thời kỳ đó (Allen và cộng sự 1990)

Trang 6

1.1.9 Mô hình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước

Mô hình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước: là sự ước tính, theo dõi, quan sát lượng bốc thoát hơi nước có tính chủ động, thường xuyên, liên tục theo một quy trình, mô hình đã được xây dựng sẵn Quy trình, mô hình được xây dựng dựa trên việc đề xuất có chủ định của các yếu tố chính ảnh hưởng đến lượng bốc thoát hơi nước

1.2 Phương pháp xác lượng bốc thoát hơi nước sử dụng dữ liệu khí tượng

1.2.1 Các phương pháp đo trực tiếp

Phương pháp quan trắc bốc hơi bằng ống Piche là phương pháp đơn giản, dễ thực hiện, nội dung phương pháp được mô tả như sau: Ống bốc hơi Piche là một ống thủy tinh dài từ 17 đến 30cm, đường kính 1

cm, có khắc vạch, một đầu kín, một đầu hở được đậy bằng một mặt giấy xốp tròn mầu trắng có nẹp kim loại

để giữ

Phương pháp thủy tiêu kế (Lysimeter) là một thiết bị dùng để xác định giá trị bốc thoát hơi tham chiếu (ET0) của một cây trồng theo một điều kiện tưới chủ động Bằng cách đo thể tích nước hay trọng lượng ta có thể xác định lượng bốc thoát hơi dựa vào phương trình cân bằng nước

1.2.2 Các mô hình sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời (radiaton-based models)

1.2.2.1 Mô hình Makkink

Năm 1957 mô hình Makkink đã được đề xuất và sử dụng rộng rãi cho đến ngày nay do đã giảm bớt

một số các thông số đo ngoại nghiệp mà phương pháp FAO Penman đang sử dụng

Năm 1965, Monteith đã phát triển mô hình của Penman 1948 thành mô hình tính lượng bốc thoát hơi nước

áp dụng cho các khu vực có diện tích lớn

1.2.3.3 Mô hình FAO 56 Penman – Monteith

Mô hình FAO 56 Penman – Monteith nằm trong nhóm mô hình kết hợp và là một trong những mô hình chính xác nhất để xác định lượng bốc thoát hơi nước trong các thời gian khác nhau

1.3 Các mô hình xác ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh

1 Cân bằng năng lượng bề mặt đất EB (Energy Balance), đây là mô hình sử dụng phản xạ, bức xạ bề mặt lớp phủ trên ảnh vệ tinh trong dải phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại của phổ điện từ, nhiệt độ bề mặt từ kênh ảnh nhiệt hồng ngoại

Trang 7

2 Phản xạ dựa trên hệ số cây trồng (Kc) và phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu

ET0, trong đó hệ số cây trồng Kc liên quan đến chỉ số thực vật bắt nguồn từ giá trị phản xạ tán lá

1.3.1 Mô hình cân bằng năng lượng bề mặt đất SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land)

Nguyên lý của mô hình SEBAL (Bastiaanssen và cộng sự 1998) là sử dụng phương trình cân bằng năng lượng bề mặt đất Lượng bốc thoát hơi nước ET được tính toán từ ảnh vệ tinh và dữ liệu khí tượng Ảnh

vệ tinh cung cấp thông tin trong một khoảng thời gian tức thời, mô hình SEBAL tính lượng bốc thoát hơi nước tức thời tại thời điểm chụp ảnh Mô hình SEBAL có thể tính toán lượng bốc thoát hơi nước cho vùng bằng phẳng, khu vực nông nghiệp với độ chính xác tin cậy

1.3.2 Mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt SEBI (Surface Energy Balance Index)

Bản chất của mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt là dựa trên sự tương phản giữa vùng ẩm ướt

và vùng khô, (Choudhury và Menenti 1993) đã đề xuất mô hình SEBI để tính toán lượng bốc thoát hơi nước

từ những vùng nhỏ dễ bay hơi

1.3.3 Mô hình Hệ thống cân bằng năng lượng bề mặt SEBS (Surface Energy Balance System)

Một mô hình nổi tiếng là hệ thống cân bằng năng lượng bề mặt (SEBS), (Su 2002, 2001, 2005, Su và cộng sự 2003) thiết kế sửa đổi từ mô hình SEBI cho việc ước tính cân bằng năng lượng bề mặt sử dụng dữ liệu viễn thám, được đặt tên là SEBS

1.3.4 Mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt đơn giản S-SEBI (Simplified Surface Energy Balance Index)

Một phương pháp mới nhận được từ đơn giản hóa mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt (SEBI), được gọi là mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt đơn giản (S-SEBI), đã được phát triển để tính thông lượng nhiệt bề mặt từ dữ liệu viễn thám (Roerink và cộng sự 2000) Tương phản giữa bề mặt (albedo) độ phụ thuộc lớn nhất về phản xạ và nhiệt độ bề mặt nhỏ nhất với vùng khô và ẩm, là cơ sở chính của phương pháp này để phân vùng năng lượng sẵn có thành năng lượng nhiệt hợp lý và năng lượng nhiệt ẩn

1.4 Các kết quả nghiên cứu trên thế giới liên quan đến đề tài

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu được công bố trên các tạp chí khoa học trên thế giới đã khẳng định khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong việc ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ bề mặt lớp phủ là hoàn toàn khả thi Phương pháp viễn thám có thể thay thế phương pháp truyền thống trong điều kiện về địa hình, khí hậu tương đồng trong toàn khu vực đặc biệt thích hợp với bề mặt lớp phủ là cây trồng trong sản xuất nông nghiệp, phương pháp viễn thám cũng phù hợp với các vùng không thể bố trí các trạm đo đạc trực tiếp dữ liệu khí tượng ở ngoại nghiệp Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu của (Ghaderi và các cộng sự 2020), (Bruno và cộng sự 2018), (Cha và cộng sự 2020) cũng đã chỉ ra việc ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh kết hợp với mô hình sử dụng dữ liệu khí tượng sẽ cho kết quả ước tính lượng bốc thoát hơi nước với kết quả chính xác hơn, phù hợp với khu vực có địa hình phức tạp, chênh cao lớn, chia cắt mạnh có nhiều tiểu vùng khí hậu và bề mặt lớp phủ không đồng nhất

1.5 Các kết quả nghiên cứu trong nước liên quan đến lĩnh vực của đề tài

Tổng hợp các kết quả nghiên cứu cho thấy các phương pháp ước tính lượng bốc thoát hơi nước mà các nghiên cứu đề xuất, tiếp cận là Fao 56 - Penman – Monteith, Markkink, Preistley - Taylor, và mô hình viễn thám S-SEBI Dữ liệu viễn thám chủ yếu là ảnh Modis và ảnh Landsat 7, chưa có nhiều nghiên cứu sử dụng các phương pháp kết hợp giữa ảnh vệ tinh và mô hình sử dụng dữ liệu khí tượng Các nghiên cứu sử dụng tham số a, b của mô hình đã đề xuất hoặc thử nghiệm các hệ số a, b theo các trường hợp khác nhau, mà chưa

có cơ sở khoa học để đề xuất hệ số a, b phù hợp của mô hình đặc biệt là các nghiên cứu thử nghiệm cho các khu vực có điều kiện địa hình chia cắt, nhiều tiểu vùng khí hậu, chênh cao lớn, bề mặt lớp phủ với nhiều trạng

Trang 8

thái cây trồng khác nhau Đây cũng là khoảng trống để đề tài luận án tiếp cận nghiên cứu xác định lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ cho khu vực Tây Bắc Việt Nam

1.6 Đánh giá chung về các phương pháp và mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ bề mặt lớp phủ

Đối với các mô hình sử dụng dữ liệu khí tượng để xác định lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu (ET0) phần lớn các nghiên cứu đều tiếp cận phương trình FAO 56 - Penman- Monteith Để xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế ETa, các nghiên cứu tập trung vào các mô hình Priestley – Taylor và mô hình Markkink

Khẳng định tính ưu việt của việc ứng dụng công nghệ ảnh vệ tinh trong việc xác định lượng bốc thoát hơi nước cho khu vực rộng lớn trong các điều kiện thiếu số liệu khí tượng đo trực tiếp với chi phí thấp và hiệu quả kinh tế cao

Thực tế, trên thế giới và ở Việt Nam đã có những các phương pháp và mô hình sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh để ước tính lượng bốc thoát hơi nước của bề mặt lớp phủ Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu nào kết hợp giữa

mô hình viễn thám và mô hình sử dụng dữ liệu khí tượng trong việc xác định lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ Chính vì vậy, cần có các nghiên cứu thực nghiệm kết hợp giữa các mô hình trong việc ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước cho các khu vực có điều kiện địa hình, khí hậu, hiện trạng lớp phủ cụ thể

1.7 Một số vấn đề thảo luận phát triển trong luận án

Thực nghiệm xác định hệ số a, b của mô hình Priestley – Taylor phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu,

bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam

Xây dựng quy trình ước tính lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor với hệ số tuyến tính xác định bằng thực nghiệm Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế ETa bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor cho các thời điểm khác nhau tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam

Chương 2 CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH PHỤC VỤ ƯỚC TÍNH,

GIÁM SÁT LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC BỀ MẶT LỚP PHỦ

Nội dung chương 2 trình bày khái quát về về công nghệ viễn thám, đặc điểm vai trò và khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat 8, cơ sở khoa học của việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong tính toán các tham

số phục vụ ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ Cơ sở khoa học của việc xác định hệ

số tuyến tính a, b của mô hình Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu khu vực Tây Bắc Xây dựng quy trình, chương trình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mô hình SEBAL và mô hình Priestley-Taylor

2.1 Khái quát về viễn thám

2.2 Đặc điểm của ảnh vệ tinh Landsat 8

Vệ tinh Landsat 8 đã được Mỹ phóng thành công lên quỹ đạo vào ngày 11/02/2013 với tên gọi đầy đủ Landsat Data Continuity Mission (LDCM)

2.3 Vai trò của dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 trong việc chiết xuất, tính toán các tham số phục vụ ước tính lượng bốc thoát hơi nước

Các giá trị (Rnd – Năng lượng bức xạ ròng mặt trời đến bề mặt đất (MJ/m2/ngày); Δ – Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa của không khí (kPa/0C), γ – Hằng số Psychrometric (kPa/0C), λ - Giá trị nhiệt tiềm ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (MJ/kg)) phục vụ tính toán lượng bốc thoát hơi nước theo mô hình Priestley – Taylor là hàm của các tham số được tính toán từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8

Trang 9

2.4 Khả năng ứng dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 trong việc ước tính lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ

Giá trị năng lượng bức xạ ròng là hiệu số giữa bức xạ mặt trời đi tới bề mặt đất và năng lượng bức xạ, phản xạ, phát xạ từ bề mặt đất trở về khí quyển

Rn = RS↓ - α RS↓ + RL↓ - RL↑ - (1-εo)RL↓ (2.1)

2.4.1 Tính giá trị năng lượng bức xạ ròng mặt trời (Rn) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8

Hình 2.1 Sơ đồ tính toán bức xạ ròng hấp thụ bởi mặt đất R n theo mô hình SEBAL

2.4.2 Xác định giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước λ từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8

Theo Allen và cộng sự 1998, tiêu chuẩn FAO 56 giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ)

là năng lượng cần thiết để thay đổi một đơn vị khối lượng nước từ thể lỏng thành hơi trong một quá trình có

áp suất không đổi và nhiệt độ không đổi

Suất phân sai bề

mặt α (surface

albedo) F04

Bức xạ phổ của các kênh ảnh L λ (Spectran

radiance) F01

Hệ số phản xạ của các kênh ảnh 𝜌 λ

Tia phát xạ sóng dài 𝑅𝐿↑ (Out going

longwave) F08

Chỉ số thực vật (NDVI) Chỉ số (SAVI)

temperature) F07

Tia tới sóng dài

𝑅𝐿↓ (Incoming longwave)

𝑅𝑛𝑖 = (1 − 𝛼)𝑅𝑆↓+ 𝑅𝐿↓− 𝑅𝐿↑− (1 − 𝜀0)𝑅𝐿↓

F09

Ảnh viễn thám Landsat 8 (DN)

Tính giá trị năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày

Rnd F10

Trang 10

2.4.3 Xác định hằng số Psychrometric (γ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao DEM

Theo Allen và cộng sự 1998, hằng số Psychrometric được tính toán thông qua hàm Fi của các tham số sau:

Trong đó: P – Áp suất khí quyển (kPa); Cp – Giá trị nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi (Cp = 1,013

10-3 (MJ/kg/0C)); ε – Tỷ lệ khối lượng phân tử của hơi nước/không khí khô (ε = 0,622); λ - Giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (MJ/kg)

2.4.4 Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 xác định giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ)

Để tính lượng bốc thoát hơi nước, trước hết cần phải xác định độ dốc đường cong (góc dốc) của đồ thị thể hiện quan hệ giữa áp suất hơi bão hòa và nhiệt độ (∆)

2.5 Tính giá trị của các tham số từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ

2.5.1 Tính giá trị năng lượng bức xạ ròng Rni từ ảnh vệ tinh Landsat 8 theo mô hình SEBAL

Các bước chiết xuát năng lượng bức xạ ròng từ ảnh vệ tinh Landsat 8 được thực hiện theo sơ đồ hình 2.6

2.5.2 Tính giá trị bức xạ ròng trung bình ngày Rnd từ Rni được tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8

Sau khi tính được năng lượng bức xạ ròng tại thời điểm i (Rni) từ ảnh vệ tinh Landsat 8 từ mô hình SEBAL Yêu cầu đặt ra là phải tính được năng lượng bức xạ ròng trung bình theo ngày từ năng lượng bức xạ ròng tại thời điểm i

𝑅𝑛𝑖 = 𝑅𝑛,𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛(𝜋𝑡/𝑁) (2.22)

2.5.3 Tính bức xạ ròng trung bình ngày R nd từ số liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm quan trắc theo

mô hình FAO 56 – Penman - Monteith

Allen và cộng sự 1998, đã đề xuất công thức tính năng lượng bức xạ ròng theo ngày dựa trên số liệu

đo đạc trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng thủy văn như sau:

Rnd = Rns – Rnl (2.29) Trong đó: Rns – Bức xạ ròng sóng ngắn mặt trời (MJ/m2/ ngày); Rns – Bức xạ ròng sóng dài mặt trời (MJ/m2/ ngày)

2.5.4 Tính giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8

Giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ) được tính cho từng pixel ảnh theo công thức sau:

λ = 2.501 – 0.002361ˣTs (2.36)

2.5.5 Tính giá trị hằng số Psychrometric (γ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM

Hằng số Psychrometric được tính toán thông qua tiêu chuẩn FAO 56 Penman - Monteith như sau:

𝛾 =𝐶𝑝 𝑃

2.5.6 Tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8

Giá trị độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa ∆ phụ thuộc vào tham số nhiệt độ không khí, tiêu chuẩn FAO 56 Penman - Monteith đã xác định độ dốc của đường cong áp suất hơi nước bão hòa bằng công thức sử dụng nhiệt độ không khí như sau:

𝛥 =

4098 [0,6108 𝐸𝑋𝑃 (𝑇17,27 𝑇𝑆

𝑎+ 237,3)]

Trang 11

2.6 Xác định hệ số a, b của mô hình Priestley – Taylor phù hợp với địa hình khí hậu khu vực Tây Bắc Việt Nam

Theo công thức tính lượng bốc thoát hơi nước (1.3) mô hình Priestley – Taylor các hệ số a, b của mô hình được đề xuất theo kết quả tính thực nghiệm cho từng khu vực khác nhau

Aiaj + Bibj + Li = 0 (2.40) Chỉ số j tương ứng với mỗi thời điểm, chỉ số i tương ứng với vị trí các trạm khí tượng thuỷ văn, hệ

và mô hình Priestley-Taylor với các hệ số a, b được tính toán từ thực nghiệm để ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ khu vực Tây Bắc Việt Nam

2.7.2 Quy trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley - Taylor

Quy trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước theo mô hình Priestley – Taylor với các tham

số được chiêt xuất từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao được tiến hành qua các bước chính như sau:

Trang 12

Hình 2.2 Quy trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước thực tế ET a theo mô hình Priestley - Taylor từ dữ

liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM

2.8 Xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước sử dụng kết hợp mô hình SEBAL và mô hình Priestley-Taylor trên nền Google Earth Engine

Google Earth Engine (GEE) là một nền tảng dựa trên kỹ thuật điện toán đám mây để phân tích không gian địa lý trên quy mô toàn cầu GEE mang đến khả năng tính toán khổng lồ của Google để giải quyết nhiều vấn

Chỉ số diện tích lá (LAI)

B3

Suất phân sai tại đỉnh khí

quyển α toa (Albedo-top of

atmosphere)

B4

Hệ số phát xạ bề mặt εNB và ε0 (Surface emissivities)

B5

Nhiệt độ bề mặt T S

(Surface temperature)

B6 Ảnh vệ tinh Landsat 8 (DN)

Suất phân sai bề mặt α (Surface albedo)

B9

Tia tới sóng dài 𝑅𝐿↓

(Incoming longwave)

Biên tập bản đồ bốc thoát hơi nước

B13

Trang 13

đề xã hội bao gồm phá rừng, hạn hán, thảm họa, bệnh tật, an ninh lương thực, quản lý nước, giám sát khí hậu

và bảo vệ môi trường

Chương 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN

Nội dung chương 3 trình bày khái quát về điều kiện tự nhiên, hiện trạng đất đai, bề mặt lớp phủ, dữ liệu về khí tượng, ảnh vệ tinh tại tỉnh Hòa Bình phục vụ nghiên cứu Thực nghiệm xác định hệ số tuyến tính của mô hình Priestley-Taylor từ chuỗi dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm khí tượng Hòa Bình, Sơn La Thực nghiệm ước tính và xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley-Taylor với hệ số a, b xác định từ thực nghiệm tại các thời điểm ngày 01/7/2015 ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021

3.1 Điều kiện tự nhiên của tỉnh Hòa Bình

3.1.1 Vị trí địa lý

Hòa Bình là tỉnh miền núi thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam vị trí địa lý của tỉnh nằm trong khoảng 20°19'

- 21°08' vĩ độ Bắc, 104°40' - 105°48' kinh độ Đông tiếp giáp với vùng đồng bằng sông Hồng

Hình 3.1 Vị trí địa lý của tỉnh Hòa Bình

3.1.5 Thực trạng về cơ cấu tài nguyên đất tỉnh Hòa Bình

Theo số liệu thống kê của UBND tỉnh Hòa Bình năm 2019 diện tích tự nhiên toàn tỉnh là 459.062 ha;

Ngày đăng: 05/03/2024, 10:35

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

  • Đang cập nhật ...

TÀI LIỆU LIÊN QUAN