Luận văn thạc sĩ Chính sách công: Nghiên cứu đặc trưng và diễn biến mưa, nhiệt độ trên tỉnh An Giang

BĐKH : Biến đổi khí hậu EPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ Environmental Protection Agency GEO-IR : Ảnh hồng ngoại từ vệ tinh địa tĩnh Geostationary Earth Orbiting – Infrared GDA : Phân

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -oOo -

LÊ THỊ KIM ÁNH

NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VÀ DIỄN BIẾN MƯA, NHIỆT ĐỘ TRÊN TỈNH AN GIANG

Chuyên ngành: CHÍNH SÁCH CÔNG Mã số: 8340402

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TP HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2024

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THỊ VÂN

Cán bộ nhận xét 1: TS Phạm Thị Mai Thy

Cán bộ nhận xét 2: TS Trần Thống Nhất Luận văn thạc sĩ đã được bảo vệ tại trường Đại Học Bách Khoa, ĐHQG TPHCM ngày 19 tháng 07 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm : 1 Chủ tịch hội đồng: PGS.TS Võ Lê Phú

2 Cán bộ nhận xét 1: TS Phạm Thị Mai Thy 3 Cán bộ nhận xét 2: TS Trần Thống Nhất 4 Ủy viên hội đồng: PGS.TS Trần Thị Vân 5 Thư ký hội đồng: TS Hà Quang Khải Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS Võ Lê Phú

TRƯỞNG KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do- Hạnh phúc

-oOo - NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh : 20/7/1987 Nơi sinh: An Giang Chuyên ngành: Chính sách công Mã số: 8340402

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG VÀ DIỄN BIẾN MƯA,

NHIỆT ĐỘ TRÊN TỈNH AN GIANG (Research on characteristics and changes of rain and temperature in An Giang province)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1 Nhiệm vụ: Đánh giá các đặc trưng mưa và nhiệt độ trong giai đoạn hiện

nay và phân tích diễn biến của chúng theo thời gian và không gian từ số đo mặt đất kết hợp tư liệu viễn thám, từ đó đề xuất giải pháp ứng phó và giảm

nhẹ tác động từ điều kiện mưa nhiệt cho tỉnh An Giang 2 Nội dung:

- Tổng quan các tài liệu, cơ sở khoa học, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về nhiệt độ và lượng mưa

- Nghiên cứu đặc tính dữ liệu vệ tinh trích xuất nhiệt độ bề mặt đất và đo mưa, kết hợp giải thuật tính toán để trích xuất dữ liệu

- Phân tích đặc điểm của nhiệt độ và mưa giai đoạn 2001-2021, xem xét sự thay đổi theo không gian và thời gian kết hợp định lượng giá trị

- Đề xuất các giải pháp ứng phó và giảm nhẹ tác động từ điều kiện mưa nhiệt cho tỉnh An Giang

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/01/2024 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/06/2024 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN THỊ VÂN

TPHCM, ngày 19 Tháng 07 năm 2024

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS Trần Thị Vân TS Nguyễn Hoàng Anh

TRƯỞNG KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN

Cô Trần Thị Vân, người đã cung cấp cho tôi những tài liệu tham khảo bổ ích và trực tiếp hướng dẫn phương pháp cũng như nội dung của đề tài Cô thường xuyên góp ý, đề xuất những ý tưởng và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn của mình

Quý thầy cô Khoa Môi Trường và Tài Nguyên, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt những kiến thức quý báu trong suốt những năm học tập ở trường

Trong quá trình thực hiện, mặc dù đã cố gắng hết sức để hoàn thiện luận văn, trao đổi và tiếp thu ý kiến đóng góp của Quý Thầy Cô và bạn bè, tham khảo nhiều tài liệu song cũng không thể tránh khỏi sai sót Tôi rất mong nhận được những thông tin đóng góp, phản hồi quý báu từ quý Thầy Cô

Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến tất cả mọi người

Lê Thị Kim Ánh

Nhiệt độ không khí và lượng mưa là hai yếu tố đặc trưng cho sự khác biệt của các vùng khí hậu Qua theo dõi mưa và nhiệt trung bình sẽ biết được diễn biến của khí hậu vùng nhất định Luận văn trình bày nghiên cứu đặc điểm và diễn biến mưa nhiệt cho tỉnh An Giang giai đoạn 2001-2021 Dữ liệu sử dụng là số đo quan trắc tại trạm Châu Đốc và dữ liệu vệ tinh MOD11A1 và vệ tinh GEO, để phân tích diễn biến theo thời gian và không gian Kết quả cho thấy, trong giai đoạn nghiên cứu nhiệt độ không khí trung bình năm trên toàn tỉnh An Giang gần như không khác nhau nhiều, dao động từ 25,6ºC-30,6ºC Xu thế biến đổi nhiệt độ trung bình trong 21 năm của giai đoạn 2001-2021 tăng với tốc 0,02ºC mỗi năm Về mưa thì có lượng mưa tích lũy năm trung bình 21 năm là 1483 mm, thấp nhất là 1403 mm, cao nhất là 1516 mm Về không gian phân bố thì có sự khác biệt lớn giữa các năm và có xu hướng gia tăng với mức tăng là 20 mm/năm TX Tịnh Biên được phát hiện là nơi có nhiệt độ trung bình năm cao nhất và lượng mưa tích lũy năm ít nhất toàn tỉnh Luận văn cũng đã đưa ra một số đề xuất giải pháp ứng phó và giảm nhẹ tác động ảnh hường từ hai yếu tố này Kết quả nghiên cứu hỗ trợ tốt cho công tác điều hành và chuẩn bị các điều kiện ứng phó với tình hình thời tiết và khí hậu biến đổi hiện nay, nhằm bảo đảm dân sinh và sản xuất trên địa bàn tỉnh

ABSTRACT

Air temperature and precipitation are two factors that characterize the differences in climatic regions By monitoring average rain and temperature, you will know the evolution of the climate in a certain region The thesis presents research on the characteristics and developments of thermal rain for An Giang province in the period 2001-2021 The data used are monitoring measurements at Chau Doc station and MOD11A1 satellite and GEO satellite data, to analyze developments in time and space The results showed that during the research period, the average annual air temperature across An Giang province was not much different, ranging from 25.6ºC-30.6ºC The 21-year average temperature change trend for the period 2001-2021 increases at a rate of 0.02ºC per year Regarding rain, the average cumulative annual rainfall over 21 years is 1483 mm, the lowest is 1403 mm, the highest is 1516 mm Regarding spatial distribution, there is a large difference between years and an increasing trend of 20 mm/year Tinh Bien town was found to be the place with the highest average annual temperature and the least accumulated annual rainfall in the whole province The thesis also proposed some solutions to cope with and mitigate the impacts of these two factors The research results provide good support for the management and preparation of conditions to respond to the current changing weather and climate situation, in order to ensure people's livelihood and production in the province

LỜI CAM ĐOAN

-oOo -

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của PGS.TS Trần Thị Vân Ngoại trừ những nội dung đã được trích dẫn, các số liệu, kết quả được trình bày trong luận văn này là hoàn toàn chính xác, trung thực và chưa từng được công bố trong các công trình nghiên cứu nào khác trước đây

Tôi xin lấy danh dự của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này

Tp Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 07 năm 2024

Học viên

Lê Thị Kim Ánh

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục tiêu nghiên cứu 2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

Nội dung nghiên cứu 4

Phương pháp thực hiện 4

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 6

6.1 Ý nghĩa khoa học 6

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 6

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8

1.1 ĐẶC TRƯNG NHIỆT ĐỘ VÀ BIẾN ĐỔI 8

Khái niệm 8

Nhiệt độ toàn cầu đi kèm biến đổi khí hậu 8

1.2 ĐẶC TRƯNG MƯA 11

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 13

Nghiên cứu trên thế giới 13

Nghiên cứu ở Việt Nam 17

1.4 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 19

Vị trí địa lý 19

Địa hình, địa mạo 20

Khí hậu, thời tiết 20

Thủy văn 22

Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC 24

Cơ sở viễn thám quan trắc nhiệt 24

Cơ sở viễn thám quan trắc mưa 25

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.4 QUY TRÌNH THỰC HIỆN NGHIÊN CỨU 32

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

3.2 ĐẶC ĐIỂM VÀ DIỄN BIẾN MƯA THEO THỜI GIAN 393.3 ĐẶC TRƯNG MƯA, NHIỆT THEO KHÔNG GIAN 45

Kiểm chứng kết quả và chuyển đổi dữ liệu vệ tinh sang dữ liệu mặt đất 45 Đặc trưng nhiệt theo không gian 48 Đặc trưng mưa theo không gian 553.4 GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ VÀ GIẢM NHẸ TÁC ĐỘNG TỪ

ĐIỀU KIỆN MƯA NHIỆT 57

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

BĐKH : Biến đổi khí hậu EPA : Cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (Environmental Protection

Agency) GEO-IR : Ảnh hồng ngoại từ vệ tinh địa tĩnh (Geostationary Earth

Orbiting – Infrared) GDA : Phân tích khác biệt về địa lý (Geographical Differential

Analysis) GPM : Số đo mưa toàn cầu (Global Precipitation Measurement) GIS : Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information Systems) LEO : Vệ tinh quỹ đạo thấp (Low Earth Orbit)

LST : Nhiệt độ bề mặt đất (Land surface temperature) KTTV : Khí tượng thủy văn

Bảng 2.1 Các kênh ảnh được sử dụng để tính nhiệt độ bề mặt đất 33 Bảng 3.1 Nhiệt độ (oC) trung bình tháng nhiều năm giai đoạn 2001-021 40 Bảng 3.2 Lượng mưa tháng (mm) trung bình nhiều năm giai đoạn

2001-2021 45 Bảng 3.3 Tỉ trọng (%) lượng mưa của mùa mưa, mùa khô và tháng

9-10 so với tổng lượng mưa năm giai đoạn 2001-2021 trạm Châu Đốc 46 Bảng 3.4 Tập số liệu dùng để đánh giá tương quan giữa dữ liệu thực

đo và dữ liệu vệ tinh 51 Bảng 3.5 Tương quan giữa dữ liệu thực đo và dữ liệu vệ tinh 52 Bảng 3.6 Thống kê nhiệt độ không khí trung bình năm và lượng mưa

tích lũy năm trích xuất từ ảnh vệ tinh sau chuyển đổi 55 Bảng 3.7 Thống kê giá trị trung bình 21 năm từ ảnh vệ tinh sau

chuyển đổi/hiệu chỉnh về giá trị thực đo 58

Hình 1.1 Vị trí tỉnh An Giang 24 Hình 2.2: Quy trình thực hiện nghiên cứu 38 Hình 3.1 Nhiệt độ trung bình tháng giai đoạn 2001-2021 trạm Châu Đốc 41 Hình 3.2 Xu thế nhiệt độ trung bình năm trong giai đoạn 2001-2021 tại trạm

Châu Đốc 42 Hình 3.3 Xu thế nhiệt độ trung bình tháng trong giai đoạn 2001-2021 tại trạm

Châu Đốc 43 Hình 3.4 Lượng mưa trung bình tháng nhiều năm giai đoạn 2001-2021 tại trạm

Châu Đốc 45 Hình 3.5 Xu thế lượng mưa tích lũy năm giai đoạn 2001-2021 tại trạm Châu

Đốc 47 Hình 3.6 Xu thế a) số tháng không có mưa, b) số tháng lượng mưa <10mm và

c) số tháng có lượng mưa < trung bình năm giai đoạn 2001-2021 trạm Châu Đốc 48 Hình 3.7 Xu thế lượng mưa tháng giai đoạn 2001-2021 trạm Châu Đốc 49 Hình 3.8 Tương quan giữa dữ liệu thực đo trạm Châu Đốc và (a) dữ liệu vệ tinh

MODIS LST, (b) dữ liệu mưa vệ tinh PERSSIAN-CCS 52 Hình 3.9 Phân bố không gian nhiệt độ không khí trung bình năm từ ảnh vệ tinh

sau chuyển đổi của giai đoạn 2001-2021 54 Hình 3.10 Phân bố đặc trưng (a) nhiệt độ trung bình năm và (b) mưa tích lũy

năm theo không gian trong 21 năm của giai đoạn 2001-2021 57 Hình 3.11 Phân bố không gian mưa tích lũy năm từ ảnh vệ tinh sau chuyển đổi

của giai đoạn 2001-2021 59 Hình 3.12 Xu thế của khoảng cách giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của mưa tích lũy

năm 61

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của đề tài

Nhiệt độ không khí và lượng mưa là hai yếu tố đặc trưng cho sự khác biệt của các vùng khí hậu Qua theo dõi chỉ số mưa và nhiệt dộ trung bình hàng tháng, mùa và năm sẽ biết được diễn biến của khí hậu vùng nhất định Ngoài ra, sự biến đổi của lượng mưa theo thời gian và khu vực sẽ ảnh hưởng đến chu trình thủy văn và tài nguyên nước dẫn tới làm thay đổi các giá trị trung bình của nhiệt độ và mưa ở các khu vực đó Theo báo cáo Chỉ số rủi ro khí hậu toàn cầu năm 2020 của tổ chức môi trường Germanwatch (Đức) mới được công bố, Việt Nam đứng thứ sáu về mức độ dễ bị tổn thương bởi rủi ro khí hậu Các hiện tượng khí hậu cực đoan như: bão, lũ lụt, áp thấp nhiệt đới, sạt lở bờ biển, ngày càng tác động đến đời sống và sản xuất dân sinh Trong xu thế ấm lên toàn cầu, nhiệt độ và lượng mưa có sự thay đổi ở một số khu vực trên thế giới, trong đó có Việt Nam Cụ thể tại Việt Nam trong 50 năm qua, nhiệt độ trung bình tăng 0,7oC, lượng mưa trên các khu vực phía Bắc có xu thế giảm, song tăng từ vĩ tuyến 17 trở vào Do vậy, việc khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên khí hậu có ý nghĩa quan trọng trong sự phát triển của mỗi vùng, mỗi địa phương

Trung bình mỗi tỉnh thành chỉ có từ 1 đến vài ba trạm khí tượng, số đo tại đây chỉ thể hiện tình hình khí tượng tại điểm đo với bán kính lan tỏa không lớn, và thường thì được dùng để thông báo tình hình thời tiết cho toàn tỉnh hoặc một khu vực Số liệu đo từ nguồn này có thuận lợi là độ phân giải thời gian cao (đo hàng ngày và đo nhiều đợt trong ngày) và dữ liệu được ghi chép trong thời gian dài, nhưng độ phân giải không gian thì thô do số điểm đo ít và thưa thớt, không thể cung cấp dữ liệu khí hậu chi tiết để có thể nhận dạng các khu vực nhỏ giữa các trạm quan sát trong một khu vực đô thị Vì vậy, chúng không đảm bảo tính chính xác cho toàn vùng

Trong khi đó, việc sử dụng viễn thám để nghiên cứu vấn đề này có rất nhiều tiềm năng do ảnh vệ tinh có khả năng cung cấp được nhiều thông tin hữu ích trên

một phạm vi rộng lớn và theo chu kì Ngoài ra, viễn thám còn là một kỹ thuật nổi bật hơn các phương pháp thông thường trong quá trình đánh giá nhờ khả năng cung cấp thông tin nhanh chóng và chi phí hợp lí Do đó, việc áp dụng viễn thám trong nghiên cứu về sự thay đổi nhiệt độ và lượng mưa là hoàn toàn phù hợp, công nghệ này có thể hỗ trợ trong việc phân tích đặc trưng mưa để theo dõi lượng mưa, hỗ trợ cho việc cảnh báo, xây dựng các chính sách quản lý môi trường bền vững ở hiện tại và tương lai

Bên cạnh đó, điều kiện tự nhiên, môi truờng, khí hậu và các hiện tượng thời tiết cực đoan như hạn hán, lũ lụt có sự thay đổi rõ rệt, gây thiệt hại lớn đến sản xuất nông nghiệp – nguồn thu nhập chính của người dân Vì vậy, việc đánh giá sự thay đổi của nhiệt độ và lượng mưa có vai trò quan trọng trọng việc cung cấp thông tin khí hậu, phục vụ phát triển bền vững kinh tế–xã hội tại khu vực này

Với các lý do trên, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ viễn thám kết hợp quan trắc mặt đất để đánh giá biến đổi các yếu tố liên quan khí hậu thủy văn như mưa và niệt độ là cần thiết, nhằm giúp hiểu biết sâu sắc thêm các điều kiện khí hậu cho khu vực, để có được các giải pháp đề xuất quản lý môi trường và phát triển sản xuất dân sinh trong đó có sản xuất nông nghiệp Kết quả nghiên cứu sẽ hỗ trợ tốt cho công tác quy hoạch phát triển khu vực bền vững hơn trong bối cảnh biến

đổi khí hậu hiện nay Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu đặc trưng và diễn biến mưa,

nhiệt độ trên tỉnh An Giang” được thực hiện

Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá các đặc trưng mưa và nhiệt độ trong giai đoạn hiện nay và phân tích diễn biến của chúng theo thời gian và không gian từ số đo mặt đất kết hợp tư liệu viễn thám, từ đó đề xuất giải pháp ứng phó và giảm nhẹ tác động từ điều kiện mưa nhiệt cho tỉnh An Giang

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

• mưa và nhiệt độ từ số liệu quan trắc mặt đất và dữ liệu vệ tinh

• Số liệu quan trắc tại trạm Khí tượng quốc gia Châu Đốc được thu thập từ Cục Thống kê của tỉnh

• Dữ liệu vệ tinh tải miễn phí bao gồm

o Sản phẩm của MODIS là ảnh MOD11A2 cho trích xuất số đo nhiệt độ bề mặt đất LST

o Ảnh vệ tinh GEO được xây dựng trên thuật toán PERSSIAN-CCS cho trích xuất số liệu về mưa

Phạm vi nghiên cứu: tỉnh An Giang

Thời gian nghiên cứu: Khảo sát trong vòng 21 năm giai đoạn 2001 – 2021

Giai đoạn được chọn nhằm để phù hợp cho việc thống nhất bộ dữ liệu trong nghiên cứu vừa mang yếu tố không gian và thời gian Trong nghiên cứu này học viên sử dụng dữ liệu vệ tinh có độ phân giải 1km (ảnh MODIS) và 4km (ảnh vệ tinh mưa GEO) cho cấp tỉnh An Giang Dữ liệu mưa PERSIANN-CCS độ phân giải cao 4km chỉ có từ năm 2001 cho đến giữa năm 2022 Vì vậy để thống nhất bộ dữ liệu học viên đã lựa chọn giai đoạn nghiên cứu này

Các yếu tố khí tượng/khí hậu thường có quy mô diễn biến trên không gian rộng, vì vậy khái niệm các cấp độ của độ phân giải không gian trong khí tượng/khí hậu được định nghĩa khác với các giám sát về tài nguyên và độ phân giải 1km, 4km được xem là độ phân giải cao trong nghiên cứu về khí hậu

Giới hạn nghiên cứu: Trong nghiên cứu này luận văn tập trung khảo sát các

đặc trưng như sau:

• Theo thời gian, dữ liệu trạm đo Châu Đốc được sử dụng để phân tích theo tháng, mùa và năm

• Theo không gian, dữ liệu vệ tinh được phân tích theo nhiệt độ trung bình năm và mưa tích lũy năm để hiểu biết được sự khác biệt của mưa và nhiệt độ diễn biến giữa các vùng địa lý (trên toàn tỉnh và các ranh giới hành chánh huyện/thị)

Nội dung nghiên cứu

(1) Tổng quan các tài liệu, cơ sở khoa học, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về mưa nhiệt, về các vệ tinh giám sát mưa nhiệt

(2) Nghiên cứu đặc tính dữ liệu vệ tinh trích xuất nhiệt độ bề mặt đất và đo mưa, kết hợp giải thuật tính toán để trích xuất dữ liệu

(3) Phân tích đặc điểm của nhiệt độ và mưa giai đoạn 2001-2021, xem xét sự thay đổi theo không gian và thời gian kết hợp định lượng giá trị

(4) Đề xuất các giải pháp ứng phó và giảm nhẹ tác động từ điều kiện mưa nhiệt cho tỉnh An Giang

Phương pháp thực hiện

(1) Phương pháp tổng quan tài liệu, thu thập dữ liệu

Phương pháp này dùng để tổng hợp thông tin tài liệu về vấn đề nghiên cứu trong đề tài Các thông tin được thu thập từ các bài báo khoa học, luận văn, luận án, các sách, tập san cũng như từ các nguồn thông tin đáng tin cậy trên mạng Internet và các cơ quan quản lý liên quan như: Sở Tài Nguyên Môi Trường, Chi cục Bảo vệ môi trường…

Các thông tin và số liệu trong đề tài cần thu thập bao gồm: • Các nghiên cứu trong và ngoài nước và việc ứng dụng viễn thám và các

phương pháp trong tính toán nhiệt độ bề mặt và mưa • Số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, diễn biến nhiệt độ, lượng

mưa ở tỉnh An Giang • Dữ liệu lượng mưa nhiệt nhiều năm 2001-2021

(2) Phương pháp viễn thám

Phương pháp viễn thám trong nghiên cứu này bao gồm 2 nhánh:

- Viễn thám hồng ngoại nhiệt xác định nhiệt độ bề mặt dựa trên nguyên lý

bức xạ Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến cường độ bức xạ phát ra từ vật đen Dải

sóng 3-4 μm, đặc biệt là 8-14 μm là có giá trị đối với sự cảm nhận nhiệt của Trái Đất Phương pháp chi tiết sẽ được trình bày theo các đề mục bên dưới

- Viễn thám hồng ngoại xác định lượng mưa từ mây dựa trên thuật toán

PERSIANN-CCS Ảnh vệ tinh GEO cho thông tin về nhiệt độ bề mặt (phía trên) của các đám mây để tính toán lượng mưa với nhận định rằng cường độ mưa tỉ lệ nghịch với nhiệt độ bề mặt đám mây – hay đám mây có nhiệt độ bề mặt càng thấp thì gây mưa càng lớn Thuật toán tính mưa từ dữ liệu viễn thám sử dụng mạng thần kinh nhân tạo với hệ thống phân loại mây PERSIANN-CCS được phát triển dựa vào thuật toán PERSIANN có bổ sung kỹ thuật phân loại mây để nâng cao kết quả tính toán

(3) Phương pháp GIS

GIS với chức năng tích hợp sẽ thực hiện việc chồng ghép những lớp thông tin khác nhau thông qua việc sử dụng nhiều nguồn dữ liệu được xây dựng trên bản đồ cơ sở địa hình, giúp phân tích đánh giá định lượng tương quan giữa các yếu tố tham gia Ngoài ra, nó cho phép chiết xuất những lớp thông tin khác nhau để làm việc riêng với chúng, cũng như cho phép tìm kiếm, xử lý và cho ra những mối quan hệ giữa những lớp chuyên đề khác nhau

Trong quá trình xử lý của nghiên cứu này, các dữ liệu GIS về ranh giới hành chính (thành phố, huyện), thủy hệ và đường giao thông sẽ được chuyển đổi vào hệ thống xử lý ảnh nhằm để làm mặt nạ và phân tích tính thống kê Lớp ranh giới hành chính được dùng để tính thống kê trung bình các đối tượng lớp phủ trong cùng đơn vị hành chính để xây dựng tập số liệu tính tương quan hồi quy Phần mềm sử dụng cho quá trình phân tích sẽ là ArcGIS

(4) Phương pháp thống kê

Phương pháp thống kê được sử dụng chủ yếu trong đề tài là phương pháp phân tích đạc điểm, xu hướng biến động, phương pháp phân tích tương quan

Phương pháp phân tích tương quan: đánh giá mối quan hệ giữa hai biến

thông qua việc xem xét hệ số tương quan giữa chúng tính được từ tập số liệu

mẫu Giá trị tuyệt đối của hệ số tương quan càng lớn thì mối quan hệ tuyến tính giữa hai biến càng chặt chẽ Hệ số tương quan dương thể hiện mối quan hệ cùng chiều, hệ số tương quan âm thể hiện mối quan hệ ngược chiều giữa hai biến Phương pháp tương quan được vận dụng để nghiên cứu mối quan hệ giữa các hiện tượng hoặc giữa các biến Trị số của một biến nào đó biến thiên do ảnh hưởng của một loạt các biến khác, trong đó có một số biến có ảnh hưởng đáng kể cần quan tâm nghiên cứu Các biến được chọn lựa có mối liên hệ với nhau và có ý nghĩa nhất, các biến khác không quan tâm và coi như không đổi trong quá trình phân tích

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

6.1 Ý nghĩa khoa học

Trong khi đó, các trạm quan trắc mặt đất từ trạm khí tượng còn hạn chế do mật độ phân bố trạm khá thưa thớt, mỗi tỉnh thành chỉ có từ 1-2 trạm Chúng chỉ phản ánh điều kiện khí tượng/khí hậu của khu vực cục bộ xung quanh trạm đo Bên cạnh đó, các trạm quan trắc tự động lượng mưa cũng là vấn đề, do kinh phí lắp đặt cao và công tác bảo trì cũng không được chú ý Đo đạc mặt đất các số liệu mưa nhiệt cũng chỉ thực hiện bằng sức người, không thường xuyên và chỉ cũng vài điểm đo rời rạc, thưa mỏng Phương pháp thu thập lượng mưa từ Hệ thống G-WADI PERSIANN-CCS GeoServe và dữ liệu nhiệt độ từ sản phẩm vệ tinh MODIS là nguồn tư liệu hữu ích cho các nghiên cứu trên vùng không gian Kết quả của đề tài sẽ minh chứng khả năng của công nghệ vũ trụ giám sát hiện trạng bề mặt trước nguy cơ của biến đổi khí hậu, hỗ trợ con người bằng cách không cần tiếp xúc trực tiếp, đi đến tận nơi cũng có thể biết mọi sự thay đổi trên bề mặt Trái Đất Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ đóng góp một phần cơ sở khoa học cho việc minh chứng cho khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong giám sát tài nguyên khí hậu với điều kiện biến đổi khí hậu như hiện nay

6.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của đề tài góp phần hoàn thiện phương pháp phân tích thu thập lượng mưa nhiệt theo không gian và thời gian, chỉ ra được những đặc điểm của yếu tố khí hậu đặc trưng để giúp chính quyền địa phương có cái nhìn tổng quan về tình trạng này để đưa ra những chính sách và quy hoạch tài nguyên hợp lý, góp phần giảm nhẹ thiên tai, thích ứng với tình trạng biến đổi khí hậu như hiện nay

Đề tài cũng cung cấp cơ sở dữ liệu, bản đồ để làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu có liên quan trong tương lai

• Ánh sáng mặt trời có thể làm tăng nhiệt độ của không khí và mặt đất • Khối lượng của vật thể cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ Vật nặng có thể

giữ lại nhiệt lâu hơn so với vật nhẹ • Độ ẩm của không khí ảnh hưởng đến khả năng giữ nhiệt của môi

trường Không khí ẩm có thể giữ nhiệt lâu hơn so với không khí khô • Thời tiết có thể làm thay đổi nhiệt độ môi trường Ví dụ như một trận

bão có thể làm giảm nhiệt độ của một khu vực • Độ cao cũng ảnh hưởng đến nhiệt độ của môi trường Ở độ cao cao

hơn, nhiệt độ sẽ giảm theo độ cao • Vật liệu cũng có thể ảnh hưởng đến nhiệt độ Ví dụ như kim loại có thể

dẫn nhiệt tốt hơn so với nhựa

Nhiệt độ toàn cầu đi kèm biến đổi khí hậu

• Nhiệt độ Trái đất đã tăng 0,14 ° F (0,08 ° C) mỗi thập kỷ kể từ năm 1880 và tốc độ ấm lên trong 40 năm qua cao hơn hai lần: 0,32 ° F (0,18 ° C) mỗi thập kỷ kể từ năm 1981

• Năm 2020 là năm ấm nhất thứ hai trong kỷ lục dựa trên dữ liệu nhiệt độ của NOAA và các khu vực đất liền ấm kỷ lục

• Tính trung bình trên đất liền và đại dương, nhiệt độ bề mặt năm 2020 ấm hơn 1,76 ° F (0,98 ° C) so với mức trung bình của thế kỷ 20 là 57,0 ° F (13,9 ° C) và ấm hơn 2,14 ° F (1,19 ° C) so với thời kỳ tiền công nghiệp thời kỳ (1880-1900)

• Bất chấp sự kiện La Niña diễn ra vào cuối năm đã làm nguội một vùng rộng lớn của Thái Bình Dương nhiệt đới, năm 2020 chỉ đến 0,04 độ F (0,02 độ C) so với năm 2016 cho năm ấm nhất được ghi nhận

• 10 năm ấm nhất được ghi nhận đã xảy ra kể từ năm 2005

• Từ năm 1900 đến 1980, một kỷ lục nhiệt độ mới được thiết lập trung bình cứ sau 13,5 năm; từ năm 1981–2019, kỷ lục mới được thiết lập 3 năm một lần

Nhìn vào các chỉ số về nhiệt độ Trái đất, có thể thấy, trong những năm qua, nhiệt độ tăng liên tục, đó là một phần của biến đổi khí hậu nhưng con người và hệ sinh thái là những đối tượng chịu ảnh hưởng đầu tiên

Với kích thước to lớn và khả năng chứa nhiệt của các đại dương toàn cầu, cần một lượng nhiệt năng lớn để nâng nhiệt độ bề mặt trung bình hàng năm của Trái đất lên dù chỉ là một lượng nhỏ Sự gia tăng khoảng 2 độ F (1 độ C) của nhiệt độ bề mặt trung bình toàn cầu xảy ra kể từ thời kỳ tiền công nghiệp (1880-1900) có vẻ nhỏ, nhưng nó có nghĩa là sự gia tăng đáng kể nhiệt tích lũy

Nhiệt độ tăng thêm đó đang thúc đẩy nhiệt độ khu vực và theo mùa lên đến cực đoan , làm giảm lượng tuyết phủ và băng biển , tăng cường lượng mưa lớn và thay đổi phạm vi môi trường sống cho thực vật và động vật — mở rộng một số và thu hẹp một số khác Như bản đồ bên dưới cho thấy, hầu hết các khu vực đất liền đã ấm lên nhanh hơn hầu hết các khu vực đại dương và Bắc Cực đang ấm lên nhanh hơn hầu hết các khu vực khác (Climate.gov)

1.1.2.1 Nhiệt độ toàn cầu năm 2020

Theo Báo cáo Khí hậu Toàn cầu năm 2020 từ Trung tâm Thông tin Môi trường Quốc gia NOAA, mỗi tháng của năm 2020 ngoại trừ tháng 12 đều nằm trong top 4 thời tiết ấm nhất được ghi nhận trong tháng đó Vào tháng 12, sự hiện diện của sự kiện La Niña mạnh vừa phải đã làm mát vùng biển nhiệt đới Thái Bình Dương và làm giảm độ ấm trung bình toàn cầu

Mặc dù La Niña, năm 2020 được xếp hạng là năm ấm thứ hai trong kỷ lục 141 năm đối với bề mặt đất liền và đại dương kết hợp, và các khu vực đất liền nóng nhất trong kỷ lục Nhiều khu vực của châu Âu và châu Á ấm kỷ lục , bao gồm hầu hết Pháp và miền bắc Bồ Đào Nha và Tây Ban Nha, hầu hết bán đảo Scandinavi, Nga và đông nam Trung Quốc Một phần lớn hơn của địa cầu cũng ấm hơn nhiều so với mức trung bình, bao gồm hầu hết Đại Tây Dương và Ấn Độ Dương Sức nóng lan đến tận Nam Cực, nơi trạm đóng tại Căn cứ Esperanza, ở mũi Bán đảo Nam Cực, dường như đã thiết lập một nhiệt độ cao kỷ lục mới mọi thời đại là 65,1 độ F (18,4 độ C) vào ngày 6 tháng 2 năm 2020 (Climate.gov)

1.1.2.2 Sự thay đổi nhiệt độ toàn cầu trong quá khứ và tương lai

Mặc dù sự ấm lên không đồng đều trên khắp hành tinh, nhưng xu hướng tăng của nhiệt độ trung bình trên toàn cầu cho thấy nhiều khu vực đang ấm lên

hơn là lạnh đi Theo Báo cáo khí hậu thường niên năm 2020 của NOAA, nhiệt

độ đất liền và đại dương kết hợp đã tăng với tốc độ trung bình 0,13 độ F (0,08 độ C) mỗi thập kỷ kể từ năm 1880; tuy nhiên, tốc độ tăng trung bình kể từ năm 1981 (0,18 ° C / 0,32 ° F) đã gấp hơn hai lần tốc độ đó

Dựa trên phân tích toàn cầu của NOAA, 10 năm ấm nhất được ghi nhận đều xảy ra kể từ năm 2005 và 7 trong số 10 năm xảy ra chỉ kể từ năm 2014 Mức độ ấm lên của Trái đất trong tương lai phụ thuộc vào lượng khí carbon dioxide và các khí nhà kính khác mà chúng ta thải ra trong những thập kỷ

tới Ngày nay, các hoạt động của con người như đốt nhiên liệu hóa thạch và dọn rừng là thêm khoảng 11 tỷ tấn carbon vào khí quyển mỗi năm Theo Báo cáo đặc biệt của Khoa học Khí hậu Hoa Kỳ năm 2017, nếu lượng khí thải hàng năm tiếp tục tăng nhanh như kể từ năm 2000, các mô hình dự báo rằng vào cuối thế kỷ này, nhiệt độ toàn cầu sẽ ấm hơn ít nhất 5 độ F so với mức trung bình 1901-1960 , và có thể ấm hơn tới 10,2 độ Nếu lượng khí thải hàng năm tăng châm hơn và bắt đầu giảm đáng kể vào năm 2050, nhiệt độ dự án của các mô hình sẽ vẫn ấm hơn ít nhất 2,4 độ so với nửa đầu của 20thế kỷ, và có thể ấm hơn tới 5,9 độ (Climate.gov)

1.2 ĐẶC TRƯNG MƯA

Mưa là một dạng ngưng tụ của hơi nước khi gặp điều kiện lạnh, mưa có các dạng như: mưa phùn, mưa rào, mưa đá, các dạng khác như tuyết, mưa tuyết, sương Mưa được tạo ra khi các giọt nước khác nhau rơi xuống đến bề mặt Trái Đất từ các đám mây Không phải toàn bộ các cơn mưa đều có thể rơi xuống đến bề mặt, một số bị bốc hơi trên đường rơi xuống do đi qua không khí khô, tạo ra một dạng khác của sự ngưng đọng

Mưa đóng một vai trò quan trọng trong chu trình thủy học trong đó nước từ các đại dương (và các khu vực khác có chứa nước) bay hơi, ngưng tụ lại thành các đám mây trong tầng đối lưu của khí quyển do gặp lạnh, khi các đám mây đủ nặng, nước sẽ bị rơi trở lại Trái Đất, tạo thành mưa, sau đó nước có thể ngấm xuống đất hay theo các con sông chảy ra biển để lại tiếp tục lặp lại chu trình vận chuyển

a Lượng mưa:

Lượng mưa tại một khu vực nào đó được đo bằng các máy đo lượng mưa đặt tại một số điểm ngẫu nhiên, xa khu vực có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của phép đo Nó là độ cao lượng nước thu được sau cơn mưa trên một bề mặt phẳng, không bị nhà cửa hay cây cối bao phủ hay che lấp và có thể được tính bằng mm hay L/m² Độ chính xác của các máy đo có thể đạt tới 0,25 mm

Lượng mưa lớn hay nhỏ là một quá trình xảy ra trên diện tích rộng tùy từng khu vực Hiện tượng mưa lớn là hệ quả của một số loại hình thời tiết đặc biệt như bão, áp thấp nhiệt đới hay dải hội tụ nhiệt đới, Đặc biệt khi có sự kết hợp giữa chúng với nhau ở cùng một thời điểm sẽ càng nguy hiểm hơn, gây nên mưa to, gió lớn, dông, mưa đá trong một thời gian dài trên một phạm vi rộng Có thể xảy ra ở một khu vực, hay nhiều khu vực cùng một lúc hay khác lúc Chúng có thể mưa liên tục trong nhiều giờ, nhiều ngày cũng có thể mưa ngắt quãng từng trận khác nhau Căn cứ vào lượng mưa thực tế đo được 24h tại các trạm quan trắc khí tượng bề mặt, trạm đo mưa trong mạng lưới khí tượng thủy văn mà phân định các cấp mưa khác nhau theo quy định của Tổ chức khí tượng thế giới (WMO) Theo đó, mưa lớn được chia làm 3 cấp:

• Mưa vừa: lượng mưa được đo từ 16 đến 50 mm/24h • Mưa to: lượng mưa đo được từ 51 đến 100 mm/24h • Mưa rất to: lượng mưa đo được > 100 mm/24h Lượng mưa được tính từ 19 giờ ngày hôm trước đến 19 giờ ngày hôm sau Trong các nghiên cứu về ảnh hưởng của mưa thì cấp mưa to 51 - 100 mm/24h bắt đầu có những ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống con người

Mưa lớn diện rộng được định nghĩa là quá trình mưa lớn xảy ra ở một hay nhiều khu vực dự báo liền kề với tổng số trạm quan trắc quy định sau: Một khu vực dự báo được coi là có mưa lớn diện rộng khi mưa lớn xảy ra quá một nửa số trạm trong toàn bộ số trạm có quan trắc mưa thu thập được của khu vực đó; mưa lớn xảy ra ở 02 hoặc 03 khu vực dự báo liền kề nhau thì khi tổng số trạm quan trắc mưa lớn phải vượt quá 1/2 hoặc 1/3 tổng số trạm có quan trắc mưa thu thập được trong 02 hoặc 03 khu vực liền kề Chú ý khi mưa lớn xảy ở nhiều khu vực liền kề nhau thì các trạm quan trắc được tính cũng phải liền kề nhau trong khu có mưa đó Việc mô tả khu vực xảy ra mưa lớn diện rộng phải căn cứ trên việc phân chia các khu vực nhỏ trong các khu vực dự báo đang được sử dụng hiện nay

Khí áp: Khu áp thấp: thường có mưa nhiều Khu áp cao: thường mưa ít

hoặc không mưa (vì không khí ẩm không bốc lên được, không có gió thổi đến mà có gió thổi đi)

Front: Miền có front, nhất là dải hội tụ đi qua, thường mưa nhiều

Gió: Gió mậu dịch: mưa ít Gió tây ôn đới thổi từ biển vào gây mưa

nhiều (Tây Âu, Tây Bắc Mỹ) Miền có gió mùa: mưa nhiều (vì một nửa năm là gió thổi từ đại dương vào lục địa)

Dòng biển: Tại vùng ven biển, Dòng biển nóng đi qua: mưa nhiều

(không khí trên dòng biển nóng chưa nhiều hơi nước, gió mang vào lục địa) Dòng biển lạnh: mưa ít

Địa hình: Cùng một sườn đón gió: càng lên cao, nhiệt độ giảm, mưa

nhiều và sẽ kết thúc ở một độ cao nào đó Cùng một dãy sườn đón gió ẩm: mưa nhiều, sườn khuất gió mưa ít

1.3 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu về mưa

Trong những năm gần đây, đã có nhiều công trình nghiên cứu về sự biến đổi của lượng mưa trên quy mô toàn cầu Kết quả nghiên cứu của Robaa (2003) về sự khác biệt đặc trưng mưa giữa khu vực nội thành và ngoại thành ở Cairo, Ai Cập giai đoạn từ năm 1995 đến 2000 cho thấy rằng, tổng lượng mưa ở các khu vực nông thôn (16,3 mm) luôn lớn hơn so với tại khu vực ngoại thành (12,7 mm) và đô thị (8,3 mm), có thể dễ dàng nhận thấy rằng sự phân bố lượng mưa tỷ lệ với mức độ đô thị hóa (Robaa & Hafez, 2002)

Theo số liệu quan trắc về lượng mưa trên đất liền được ghi nhận trong suốt thế kỷ 20 không đồng nhất, có sự giảm lượng mưa trong vùng cận nhiệt đới và ngoài vùng nhiệt đới gió mùa và sự gia tăng lượng mưa trên đất liền ở

các vùng vĩ độ cao, Bắc Mỹ, Âu-Á và Argentina, đặc biệt có sự suy giảm rõ rệt ở Địa Trung Hải (Trenberth et al., 2007)

Chen và các cộng sự đã nghiên cứu sự phát triển synop trong sự kiện mưa lớn bất thường tại Hà Nội 30 - 31/10/2008 Nguyên nhân của sự kiện mưa lớn bất thường này do một xoáy sóng lạnh hình thành ngày 26/10/2008 ở phía Nam Philipin thông qua tương tác với nhiễu động phía Đông, một xoáy nhỏ bề mặt tồn tại trên biển Celebes và dòng sóng lạnh Đông Á và tạo thành một dòng ẩm mạnh từ biển Đông vào Hà Nội (Chen et al., 2008)

Một nghiên cứu khác của Endo và cộng sự khi phân tích số liệu lượng mưa ngày ở các nước khu vực Đông Nam Á trong thời kỳ từ 1950 đến 2000 cũng đã chỉ ra rằng số ngày ẩm ướt (ngày có lượng mưa trên 1 mm) có xu hướng giảm, trong khi đó cường độ lượng mưa trung bình của những ngày ẩm ướt lại có xu hướng tăng lên Mưa lớn tăng lên ở phía Nam Việt Nam, phía Bắc Myanma và ở đảo Visayas và Luzon của Philipin trong khi đó lại giảm ở phía Bắc Việt Nam (Endo et al., 2009)

Nghiên cứu về mưa ở Maharashtra - Ấn Độ của Pulak Guhathakurta và Elizabeth Saji đã thu thập số liệu lượng mưa tháng của 335 trạm với chuỗi thời gian từ 1901–2006, sau đó tác giả đã sử dụng phương pháp hồi quy tuyến tính để xác định xu thế của chuỗi số liệu và kiểm nghiệm phân bố thống kê Student (t-test) Kết quả cho thấy lượng mưa tháng có xu thế giảm theo không gian và thời gian và thời gian từ tháng 1 đến tháng 5, xu thế giảm lượng mưa mạnh nhất vào tháng 2 và xu thế tăng lượng mưa thể hiện rõ nhất vào tháng 8 và tháng 10 (Guhathakurta & Saji, 2013)

Chương trình đo mưa nhiệt đới (Tropical Rainfall Measurement Mission – TRMM) do NASA hợp tác với JAXA (Nhật Bản) thực hiện từ năm 1997 sử dụng vệ tinh LEO để đo mưa cho khu vực nhiệt đới (38o Nam – 38o Bắc) với độ chính xác được nâng cao (Kummerow et al., 1998; Kummerow et al., 2000; Simpson et al., 1988) Hệ thống vệ tinh LEO trong chương trình Đo mưa toàn cầu (Global Precipitation Measurement – GPM) theo kế hoạch sẽ được phóng

vào năm 2014 Nhờ có nhiều vệ tinh nên hệ thống GPM sẽ cho ảnh với độ phân giải thời gian ngắn (3 giờ), bao phủ khoảng 90% diện tích bề mặt địa cầu Hệ thống GPM được kỳ vọng sẽ mang lại nhiều thành tựu to lớn trong việc quan trắc mưa trên toàn cầu

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các thuật toán tính mưa từ ảnh vệ tinh GEO phổ hồng ngoại rất hiệu quả cho tính mưa đối lưu nhiệt đới nhưng sai số lớn xảy ra cho các đám mây ở tầng cao có nhiệt độ bề mặt thấp nhưng không có khả năng gây mưa (Arkin & Meisner, 1987; Adler & Negri, 1988) Kỹ thuật phân loại mây dựa vào các thông số về đặc điểm mây được sử dụng để cải thiện kết quả tính mưa Việc kết hợp thông tin ảnh chụp từ nhiều phổ khác nhau cũng mang lại kết quả tốt hơn (Hsu et al.,, 1999; Ba & Gruber, 2001; Bellerby et al., 2000; Bellerby, 2004; Capacci & Conway, 2005; Hong et al., 2004; Turk & Miller, 2005)

Không giống như vệ tinh GEO, vệ tinh LEO được gắn cảm biến thu nhận năng lượng bức xạ nhiệt từ các hạt mưa ở bước sóng microwave (Passive Microwave – PMW) Vệ tinh LEO ở tầng thấp (<1.000 km), di chuyển không đồng bộ với tốc độ quay của trái đất và chụp ảnh bề mặt trái đất trong khu vực vệ tinh di chuyển, do đó mỗi ảnh chụp cho một khu vực hẹp, không thể bao phủ toàn bộ bề địa cầu tại một thời điểm Khác với cảm biến của vệ tinh GEO chỉ thu được thông tin mặt trên của các đám mây qua bước sóng khả kiến hoặc hồng ngoại, cảm biến của vệ tinh LEO thu nhận tín hiệu PMW cung cấp thông tin chi tiết hơn về cấu trúc của các đám mây Ảnh vệ tinh GEO với diện tích bao phủ toàn bộ bề mặt địa cầu nhưng kết quả tính mưa với độ chính xác không cao, còn ảnh vệ tinh LEO cho thông tin về mưa chính xác hơn nhưng diện tích bao phủ nhỏ tại một thời điểm Do đó, việc kết hợp ảnh vệ tinh LEO để hiệu chỉnh các khu vực tương ứng của ảnh vệ tinh GEO đã đem lại kết quả tính mưa được cải thiện đáng kể (Hsu et al., 1997; Vicente et al., 1998; Bellerby et al., 2000; Sorooshian et al., 2000; Todd et al., 2001; Ba & Gruber, 2001; Kidd et

al., 2003; Nicholson et al., 2003a, 2003b; Marzano et al., 2004; Turk & Miller, 2005; Bellerby et al., 2007)

Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra hiệu quả của việc sử dụng ảnh vệ tinh LEO kết hợp với ảnh vệ tinh GEO Trung tâm Dự báo khí hậu (Climate Prediction Center) sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính để hiệu chỉnh ảnh GEO-IR theo ảnh LEO-PMW ở những vùng ảnh tương ứng để cho ra dữ liệu mưa CMORPH (Joyce et al., 2004) Phương pháp lọc Kalman (Kalman filter) đang được phát triển để nâng cao chất lượng dữ liệu CMORPH (Joyce et al., 2011; Okamoto et al., 2005) Một số nghiên cứu cho rằng việc sử dụng mô hình đơn giản về sự phát triển của một trận mưa giữa các dải quét của vệ tinh LEO sẽ cho kết quả tốt hơn là sử dụng phương pháp nội suy hay cập nhật Phương pháp này sử dụng quan hệ của những thay đổi trong đặc điểm bề mặt các đám mây và các quá trình hình thành mưa để tính lượng mưa hơn là dựa vào quan hệ tĩnh giữa ảnh GEO-IR và mưa (Machado et al., 1998; Horsfield, 2006; Bellerby et al., 2009; Hsu et al., 2009; Behrangi et al., 2010)

Nghiên cứu về nhiệt

Nhiệt độ bao gồm nhiệt độ trung bình, nhiệt độ tối cao tuyệt đối (cao nhất) và nhiệt độ tối thấp tuyệt đối (thấp nhất) Những tác động của biến đổi khí hậu làm thay đổi nhiệt độ trung bình ngày và nhiệt độ cực trị đều có xu hướng tăng lên Trong đó, biên độ nhiệt độ giữa ban ngày và ban đêm càng nhỏ, đồng nghĩa với nhiệt độ ban đêm được duy trì ở mức cao, do đó làm tăng các đợt nắng nóng, hạn hán (Hà và cộng sự, 2009; STNMT Bình Thuận, 2020; Minh và cộng sự, 2021; Đài KTTV Nam Bộ, 2024) Các nghiên cứu trên thế giới cũng minh chứng cho điều này Theo nghiên cứu của Dulamsuren Dashkhuu và cs 2015 chỉ ra sự gia tăng rõ rệt của ngày hè và giảm đáng kể số ngày sương giá Và biến đổi giá trị lớn nhất của nhiệt độ tối cao ngày và giá trị nhỏ nhất của nhiệt độ tối thấp ngày ở những khu vực và vị trí địa lý khác nhau thì không giống nhau (Dulamsuren, 2015) Tác giả Sharma (2014) phân tích sự thay đổi theo không gian và thời gian của nhiệt độ cực đoan ở Serbia, thực hiện bằng

cách sử dụng các nhiệt độ tối thấp và tối cao hàng ngày từ 26 trạm khí tượng trong giai đoạn 1961-2010 Giai đoạn nghiên cứu được chia thành hai giai đoạn nhỏ (1961-1980 và 1981-2010) Kết quả cho thấy nhiệt độ tối cao trung bình hàng năm có xu hướng giảm trong giai đoạn 1961-1980 và xu hướng tăng đáng kể ở tất cả các trạm trong kỳ 1981-2010, với tỷ lệ trung bình của khu vực là 0,56°C mỗi thập kỷ (Sharma & Babel, 2014)

Nghiên cứu ở Việt Nam

Việc điều tra, đánh giá tài nguyên khí hậu được tiến hành từ giữa thập kỷ 60 của thế kỷ XX, ở Miền Bắc (Xiển và cộng sự, 1968; Cương, 1968; Toàn & Đắc, 1992), trong đó đã phác họa cơ bản về phân bố theo không gian và thời gian của nhiệt độ, lượng mưa và một số yếu tố khác như bức xạ, nắng,…Do yêu cầu trong công tác quy hoạch sản xuất, đặc biệt là sản xuất nông nghiệp cho từng vùng, Nha Khí tượng đã giúp các địa phương tổ chức công tác thu thập số liệu, biên soạn đặc điểm khí hậu địa phương cho tỉnh Các công trình góp phần không nhỏ đến công tác quy hoạch và phát triển kinh tế–xã hội của địa phương Trong giai đoạn, 1976–1980, công trình nghiên cứu về “Khí hậu Tây Nguyên” và “Khí hậu Tây Bắc” (Đắc, 1971; Ngữ, 1985; Hiệu, 1980) đã phân tích được vai trò của bức xạ, hoàn lưu, địa hình trong việc hình thành khí hậu cho từng vùng Năm 2002, Chinh đã thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học “Kiểm kê, đánh giá tài nguyên khí hậu Việt Nam” trên cơ sở bổ sung số liệu đánh giá đến năm 2000 và bộ bản đồ tỷ lệ 1: 1.000.000 (Chinh, 2002) Đến năm 2004, Ngữ đã xuất bản quyển sách “Khí hậu và Tài nguyên khí hậu Việt Nam” với mạng lưới trạm quan trắc 150 trạm khí hậu và 500 trạm đo mưa, thời kỳ 1960–2000 với một số yếu tố nhiệt độ, mưa,… (Ngữ, 2004)

Ngoài ra, có nhiều nghiên cứu về vấn đề lượng mưa, nhiệt ở Việt Nam như: Nghiên cứu xu thế biến đổi nhiệt độ cực trị và lượng mưa ngày cực đại ở Việt Nam trong giai đoạn 1961-200 (Hà và cs, 2009; Hằng và cs, 2009; Tuyết & Minh, 2018), sự biến đổi của nhiệt độ cực trị hoặc tăng lượng mưa ngày cực

đại, nhất là sự tăng nhanh của nhiệt độ cực tiểu tháng là nguyên nhân dẫn tới giảm số đợt rét đậm và tăng số đợt nắng nóng, hạn hán hoặc lũ lụt ở Việt Nam

Các nghiên cứu về mưa từ dữ liệu vệ tinh ở Việt Nam thường được tập trung nghiên cứu cho các bài toán dự báo trong khí tượng thủy văn Năm 2019, Nguyễn và cộng sự đã sử dụng dữ liệu mưa vệ tinh CHIRPS và nhiệt độ từ sản phẩm vệ tinh MODIS để đánh giá diễn biến mưa và nhiệt độ cho huyện Kỳ Anh, từ đó thực hiện phân vùng khí hậu Nghiên cứu đã phân tích tương quan giữa số liệu thực đo và vệ tinh cho thấy có sự tương quan khá tốt khi hệ số R2

đạt lân cận 0,9 (Nguyễn và cộng sự, 2019) Tác giả Nguyễn Lương Bằng (2020) , nghiên cứu tiến hành đánh giá chất lượng số liệu mưa toàn cầu GPM (Global Precipitation Measurement) cho miền Bắc Việt Nam thông qua so sánh số liệu mưa này với 68 trạm đo mưa mặt đất giai đoạn 2010-2012 Các chỉ tiêu thống kê và các chỉ tiêu độ tin cậy được dùng để đánh giá chất lượng mưa GPM khi so sánh với mưa trạm Kết quả cho thấy sản phẩm mưa GPM có thể được dùng để đánh giá tài nguyên nước mưa cho miền Bắc Việt Nam (Bằng, 2020)

Các nghiên cứu về nhiệt từ dữ liệu vệ tinh ở Việt Nam có khá nhiều công trình tập trung cho nghiên cứu phân bố không gian và phân tích quan hệ với lớp phủ bề mặt hoặc sự phát triển đô thị Các nghiên cứu hầu hết sử dụng các kênh nhiệt từ ảnh Landsat, ASTER và MODIS Nhiệt độ từ vệ tinh là nhiệt độ bề mặt đất (Land Surface Temperature – LST) được tính chuyển từ nhiệt độ ở tầng trên khí quyển Các công trình đầu tiên nghiên cứu từ năm 2004 của Phạm Văn Cự và cộng sự (2004) đã tính thử nghiệm nhiệt độ bức xạ từ ảnh viễn thám ASTER cho khu vực nội thành Hà Nội vào năm 2003 Tác giả Vân (2005, 2010, 2011, 2017) đã khai thác kênh nhiệt của ảnh LANDSAT để tính khôi phục nhiệt độ cho khu vực thành phố Hồ Chí Minh và xem xét quan hệ với bề mặt không thấm, phát triển đô thị

1.4 TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Vị trí địa lý

An Giang là một tỉnh biên giới Tây Nam của Tổ quốc, nằm trong vùng ĐBSCL; có tọa độ địa lý từ 10010’30” đến 10037’50” vĩ độ Bắc và 1040 47’20” đến 1050 35’10” kinh độ Đông; có vị trí tiếp giáp như sau: - Phía Tây Bắc giáp Vương quốc Campuchia;- Phía Đông và Đông Bắc giáp tỉnh Đồng Tháp;- Phía Đông Nam giáp thành phố Cần Thơ;- Phía Nam và Tây Nam giáp tỉnh Kiên Giang

Diện tích tự nhiên toàn tỉnh 353.668 ha, có 11 đơn vị hành chính trực thuộc, gồm: TP Long Xuyên, TP Châu Đốc, TX Tân Châu và 08 huyện là An Phú, Châu Phú, Châu Thành, Tri Tôn, Tịnh Biên, Phú Tân, Chợ Mới và Thoại Sơn (Hình 1.1)

Hình 1.1 Vị trí tỉnh An Giang Trung tâm của tỉnh An Giang cách TP Hồ Chí Minh 200 km, cách trung tâm TP Cần Thơ 60 km; có đường biên giới với Vương quốc Campuchia dài

Châu và An Phú); 01 cửa khẩu quốc gia Vĩnh Hội Đông và 01 cửa khẩu phụ Bắc Đai (An Phú) nên rất thuận lợi cho việc giao lưu, hội nhập và phát triển kinh tế với bên ngoài An Giang có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là nông nghiệp, nuôi trồng và chế biến thủy sản, dịch vụ, du lịch,… (Sở TNMT tỉnh An Giang, 2018)

Địa hình, địa mạo

Địa hình của An Giang được chia thành hai dạng địa hình chính là đồng bằng và đồi núi

- Địa hình đồng bằng: Có độ cao thấp dần từ Đông Bắc xuống Tây Nam với độ chênh cao 0,5-1 cm/km Cao trình của toàn đồng bằng biến thiên từ 0,8-3 m và được chia thành 02 vùng, gồm:

+ Vùng cù lao gồm 03 huyện An Phú, Phú Tân, Chợ Mới và thị xã Tân Châu, có cao trình biến thiên từ 1,3-3 m và thấp dần từ ven sông vào nội đồng

+ Vùng hữu ngạn sông Hậu thuộc tứ giác Long Xuyên gồm TP Long Xuyên, TP Châu Đốc, các huyện Châu Phú, Châu Thành và Thoại Sơn có cao trình biến thiên từ 0,8-3 m và thấp dần về phía Tây

- Địa hình đồi núi: Chiếm phần lớn diện tích tự nhiên của 02 huyện Tri Tôn và Tịnh Biên với nhiều núi có độ cao từ 300-700 m Có ba khu vực tập trung là núi Cấm, núi Dài và núi Tô, trong đó núi Cấm cao nhất (710 m) Bao bọc xung quanh núi là đồng bằng chân núi, dạng địa hình chuyển tiếp giữa núi và đồng bằng, có cao trình từ 4-40 m và độ dốc từ 30-80 (Sở TNMT tỉnh An Giang, 2018)

Khí hậu, thời tiết

An Giang chịu ảnh hưởng của 02 mùa gió chính là gió mùa Tây Nam và gió mùa Đông Bắc

- Nhiệt độ: Thay đổi theo mùa, mùa mưa nhiệt độ có xu hướng tăng cao hơn, tuy nhiên sự chênh lệch giữa các tháng trong năm không lớn Nhiệt độ

trung bình từ năm 2011-2014 khoảng 27,60C, chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất là khoảng 5,10C; thời kỳ nóng nhất là vào tháng 4 và tháng 5 với nền nhiệt vào khoảng 300C; thời kỳ lạnh nhất là vào tháng 12, tháng 01 và tháng 02 năm sau, với nền nhiệt dao động từ 24,6-27,70C - Mưa: Chế độ mưa phân hoá thành 02 mùa rõ rệt là mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 11) và mùa khô (từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau) Lượng mưa bình quân hàng năm đạt từ 1.000-1.300 mm, tổng lượng mưa trung bình mùa mưa chiếm từ 83-89% tổng lượng mưa cả năm

Mùa mưa cung cấp một lượng nước lớn chảy tràn vào đồng ruộng, vùng trũng nội địa, làm tăng diện tích nước mặt, đồng thời cũng chính là nguồn nước trong các thủy vực để phát triển cá, tôm Ngoài ra, đây chính là một đặc điểm sinh thái rất có lợi cho việc bố trí nuôi sinh thái xen canh một vụ lúa một vụ tôm vừa đảm bảo tính bền vững giảm nguy cơ dịch bệnh, vừa đảm bảo sản lượng lương thực

- Gió: An Giang có chế độ gió khá thuần nhất với 02 chế độ gió mùa rõ rệt, từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau hướng gió có tần suất cao nhất là Đông Bắc, từ tháng 5 đến tháng 10 hướng gió có tần suất cao nhất là Tây Nam Tốc độ gió trung bình trong năm khoảng 3m/giây

- Nắng: Số giờ nắng mỗi tháng dao động từ 90,3-268 giờ, trung bình từ 9 giờ nắng/ngày Tổng số giờ nắng trung bình năm giai đoạn 2011-2014 dao động trong khoảng 183,7-204,6 giờ Thời kỳ ít nắng là từ tháng 6 đến tháng 9, số giờ nắng mỗi tháng dao động từ 90,3-204 giờ, trung bình từ 3-6,8 giờ nắng/ngày Thời kỳ nhiều nắng là từ tháng 01 đến tháng 5 và từ tháng 10 đến tháng 12, số giờ nắng mỗi tháng dao động từ 167 giờ trở lên, trung bình từ 5,59-8,93 giờ nắng/ngày

4 Lượng bốc hơi và độ ẩm không khí: Lượng bốc hơi hàng năm từ 1.2004 1.300 mm; lượng bốc hơi nhỏ nhất vào tháng 3 và tháng 4, cao nhất là tháng 9 Độ ẩm không khí thay đổi theo mùa, mùa khô độ ẩm bình quân tháng đạt 80%,

1.200-thấp nhất đạt 72%; vào mùa mưa độ ẩm bình quân tháng đạt đến 85% Như vậy, An Giang có nền nhiệt cao đều trong năm, nhiều nắng, mưa theo mùa, không có bão Đây là điều kiện khá thuận lợi cho phát triển sản xuất nông nghiệp như thâm canh, tăng vụ và đa dạng hoá cây trồng, vật nuôi trên địa bàn tỉnh (Sở TNMT tỉnh An Giang, 2018)

Thủy văn

Chế độ thủy văn có tác động rất lớn đến nhiều mặt trong đời sống người dân vùng ĐBSCL nói chung và tỉnh An Giang nói riêng, nhất là việc phát triển nuôi trồng thủy sản

Trên địa bàn của tỉnh có hệ thống sông và kênh rạch rất phát triển; có 02 con sông chính là sông Tiền và sông Hậu (là phần hạ lưu của sông Mê Kông), ngoài ra còn có sông Vàm Nao nối liền từ sông Tiền sang sông Hậu

Chế độ thủy văn phụ thuộc chủ yếu vào chế độ bán nhật triều biển Đông, dòng chảy của sông Tiền, sông Hậu, chế độ mưa, đặc điểm địa hình và hình thái kênh rạch

Sự phân phối lượng nước giữa sông Tiền và sông Hậu thay đổi trên các đoạn sông khác nhau Phía trên biên giới Việt Nam - Campuchia, trước khi đổ vào lãnh thổ Việt Nam, chỉ có khoảng 20-25% lượng nước đổ vào sông Hậu, 75-80% lượng nước còn lại được đổ sang sông Tiền; đến sông Vàm Nao có sự lưu thông và phân phối lại dòng chảy nên lượng nước ở hai sông gần như tương đương Mặt khác, chế độ nước và chế độ dòng chảy của sông Tiền và sông Hậu cũng được phân phối theo mùa là mùa lũ (mùa nước nổi) và mùa cạn

- Mùa lũ: Nước từ thượng nguồn chảy xuống theo một chiều, mùa lũ thường bắt đầu từ tháng 6 và kết thúc vào tháng 11, trong đó tháng có dòng chảy lớn nhất là tháng 9 và tháng 10; lượng nước lớn nhất ở sông Tiền và sông Hậu (chiếm tới 50%) Mùa lũ đã mang lại nguồn phù sa màu mỡ và vệ sinh đồng ruộng; cải thiện chất lượng đất, nước, bổ sung nguồn nước ngầm, mang lại nguồn lợi thuỷ sản và tạo công ăn việc làm cho một bộ phận nông dân trong

mùa nước nổi Tuy nhiên, cũng ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế - xã hội như tốn kém chi phí đầu tư và bảo dưỡng cơ sở hạ tầng, gây ảnh hưởng đến thời vụ gieo trồng, thu hoạch và sản lượng nông - thuỷ sản và gây thiệt hại đến tính mạng và tài sản của nhân dân,

- Mùa cạn: Toàn bộ hệ thống sông ngòi, kênh, rạch chảy theo hai chiều Mùa cạn từ tháng 2 đến tháng 5, lượng nước nhỏ nhất (chỉ chiếm 15-25%) Chế độ nước sông, kênh rạch của tỉnh An Giang vào mùa cạn khá phức tạp do chịu ảnh hưởng của triều biển Đông và triều vịnh Thái Lan (Sở TNMT tỉnh An Giang, 2018)

Chương 2: CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 CƠ SỞ KHOA HỌC Cơ sở viễn thám quan trắc nhiệt

2.1.1.1 Dải quang phổ hồng ngoại nhiệt

Trong viễn thám hồng ngoại nhiệt, bức xạ phát ra từ các đối tượng mặt đất thường được quan tâm nhiều nhất Vùng bước sóng điện từ 3-35 µm thường được gọi là vùng hồng ngoại nhiệt trong viễn thám mặt đất Trong vùng này, bức xạ phát ra bởi Trái Đất do tình trạng nhiệt của chúng lớn hơn nhiều so với bức xạ phản xạ bởi mặt trời, vì vậy bất kỳ bộ cảm biến nào vận hành trong vùng này sẽ phát hiện đặc tính bức xạ nhiệt của vật liệu bề mặt Trong vùng 3-35 µm, vùng được quan tâm nhất là khoảng 8-14 µm do ở nhiệt độ môi trường xung quanh, các bức xạ vật đen của Trái Đất xảy ra vào khoảng 9-10 µm (cao nhất 9.7 µm), các kênh phổ hữu ích sẽ bị hạn chế do cường độ bức xạ vật đen Trái Đất và vùng này chỉ ra năng lượng cao nhất sẵn có cho các cảm Cửa sổ khí quyển tốt nhất nằm trong khoảng 8-14 µm và xấu hơn trong khoảng 3-5µm và 17-25 µm Ở các cửa sổ này sự hấp thụ vật chất của khí quyển là thấp nhất và dữ liệu trong vùng 3-5 µm là khá phức tạp do hình ảnh trong ngày có sự trùng lặp với bức xạ phản xạ mặt trời Ô-zôn hấp thụ mạnh trong vùng 9-10 µm, vì vậy hệ thống vệ tinh viễn thám hồng ngoại thường hoạt động trong vùng 10.5-15.5µm Riêng đối với máy bay, do hoạt động dưới tầng ô-zôn nên có thể ghi nhận toàn dải từ 8-14µm

2.1.1.2 Nhiệt độ bề mặt đất

Nhiệt độ bề mặt (The Land Surface Temperature - LST) có nguồn gốc từ sự cân bằng năng lượng tại bề mặt đất - không khí LST được tính toán trên cơ sở sự phát xạ của các đối tượng bề mặt (đất đai, lớp phủ thực vật, bề mặt của

nhà cửa…) và có mối liên quan mật thiết với các quá trình biến đổi của môi trường đất, đồng thời cũng phản ánh sự thay đổi của lớp phủ thực vật LST là một trong những thông số quan trọng trong vật lý của các quá trình bề mặt ở quy mô khu vực và toàn cầu LST đóng vai trò quan trọng với các chỉ số cảnh báo hạn hán, ví dụ như trong điều kiện khô hạn, nhiệt độ lá cây tăng cao là một chỉ số phản ánh sự thiếu nước của thực vật Vì vậy, LST được sử dụng rộng rãi trong khí hậu, thủy văn, sinh thái và nghiên cứu sinh địa

Với sự ra đời của công nghệ viễn thám, phương pháp tính toán nhiệt độ bề mặt đã phát triển một bước lớn bằng việc sử dụng các bộ cảm hồng ngoại nhiệt với kênh phổ trong khoảng từ 8 đến 14μm để thu nhận tín hiệu Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về các cách tính nhiệt độ bề mặt sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt của các loại tư liệu vệ tinh khác nhau như GOES, AVHRR, MODIS với độ phân giải trên 1km Tư liệu vệ tinh với kênh nhiệt có độ phân giải cao hơn như ASTER (90m) và LANDSAT (60-120m tùy vào thế hệ) với độ phân giải cao hơn đã và đang được khai thác để ứng dụng cho các nghiên cứu đòi hỏi độ chi tiết và chính xác cao như nghiên cứu nhiệt độ bề mặt các vùng đô thị hóa nơi có biến động sử dụng đất lớn làm ảnh hưởng đến sự thay đổi nhiệt độ bề mặt (Vân, 2011)

Cơ sở viễn thám quan trắc mưa

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 trong những năm gần đây công nghệ viễn thám được sử dụng để quan trắc mưa Mỗi phương pháp đều có ưu, khuyết điểm riêng nên trong thực tế cả 3 phương pháp đều được sử dụng rộng rãi

Từ những năm 1960 công nghệ viễn thám được ứng dụng và ngày càng phổ biến trong quan trắc các điều kiện thời tiết, đặc biệt là trong tính mưa Các vệ tinh được gắn các bộ cảm biến (sensor) tự động chụp ảnh bề mặt địa cầu với các bước sóng khác nhau Thông tin từ ảnh vệ tinh được dùng để tính toán

lượng mưa dựa vào các thuật toán tiên tiến, sử dụng dữ liệu mưa đo tại chỗ và/hoặc radar thời tiết để tham khảo trong việc hiệu chỉnh tính toán mưa từ viễn thám Các vệ tinh quan trắc thời tiết được chia thành hai loại chính: vệ tinh địa tĩnh (Geostationary Earth Orbiting – GEO) và vệ tinh quỹ đạo thấp (Low Earth Orbit – LEO) Vệ tinh GEO được gắn các cảm biến với bước sóng khả kiến (Visible) và hồng ngoại (Infrared – IR), ở cách mặt đất khoảng 35.000km, di chuyển đồng bộ với tốc độ tự quay của trái đất và mỗi vệ tinh GEO quan trắc một khu vực nhất định trên mặt đất Hiện có 5 vệ tinh GEO được sử dụng để quan trắc thời tiết gần như toàn bộ bề mặt địa cầu Vệ tinh GEO cung cấp ảnh đa phổ mỗi 15-20 phút Ảnh chụp từ vệ tinh GEO có độ phân giải 1km x 1km đối với bước sóng khả kiến và 4km x 4mkm đối với bước sóng hồng ngoại (GEO-IR) Ảnh vệ tinh GEO cho thông tin về nhiệt độ bề mặt (phía trên) của các đám mây để tính toán lượng mưa với nhận định rằng cường độ mưa tỉ lệ nghịch với nhiệt độ bề mặt đám mây – hay đám mây có nhiệt độ bề mặt càng thấp thì gây mưa càng lớn

2.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Xác định nhiệt độ bề mặt từ ảnh MODIS

Ảnh MODIS cung cấp các kênh nhiệt hồng ngoại 20, 22, 23, 29, 31 và 32 trong hai cửa sổ 3,7 – 4,2 µm và 8,4 – 13,4 µm để hiệu chỉnh các ảnh hưởng của khí quyển, tính toán phát xạ và nhiệt độ bề mặt Tính toán LST ở tỷ lệ nhỏ có thể dùng sản phẩm MOD11A1 hoặc MOD11A2 của ảnh MODIS trích lọc nhiệt bức xạ từ kênh 31, 32 Đây là ảnh nhiệt tính trung bình cho 8 ngày, với độ phân giải 1km Việc tính toán này dựa trên một cơ sở dữ liệu về loại vật liệu với độ phát xạ nhiệt đã được biết trước Ảnh nhiệt MOD11A2 đã được kiểm nghiệm với độ chính xác 1oK trong điều kiện trời quang mây Bên cạnh đó, các chỉ số kỹ thuật đối với phát xạ bề mặt đất thu nhận từ dữ liệu MODIS là 0.02 cho kênh 29, 31 và 32 và 0,05 cho kênh 20, 22 và 23 (Wan, 1999) Sau khi hiệu chỉnh dữ liệu của MODIS TIR được kiểm chứng bởi các phép đo thực địa, nó có thể đạt tới độ chính xác cỡ 0,5oK đối với các bề mặt đồng nhất trong điều

kiện không khí khô Bảng 2.1 thống kê các kênh được sử dụng để tính toán nhiệt độ bề mặt đất

LST từ sản phẩm của MOD11A2 được tính toán từ thuật toán chia tách cửa sổ (Split – window) do Price (1983) xây dựng được sử dụng nhiều nhất để tính toán LST từ các dữ liệu viễn thám

Bảng 2.1: Các kênh ảnh được sử dụng để tính nhiệt độ bề mặt đất TT Kênh Độ rộng bước

sóng (µm)

Lưu trữ (bit)

Độ phân giải không gian (m) Bức xạ phổ

Độ chính xác (0K)

1 20 3.660 – 3.840 12 1000 0,45 (3000K) 0,05 2 21 3.929 – 3.989 12 1000 2,38 (3350K)

3 22 3.928 – 3.989 12 1000 0,67 (3000K) 0,07 4 23 4.020 – 4.080 12 1000 0,79 (3000K) 0,07 5 31 10.780 – 11.280 12 1000 9,55 (3000K) 0,05 6 32 11.770 – 12.270 12 1000 8,94 (3000K) 0,05

Thuật toán này được áp dụng cho các bề mặt có hệ số phát xạ đã biết và hoạt động theo nguyên tắc sử dụng thêm một kênh ảnh khác để loại bỏ ảnh hưởng của khí quyển theo cách thức sau: chọn sử dụng hai kênh chịu ảnh hưởng khác nhau của khí quyển, hiệu ∆T giữa hai giá trị nhiệt độ 𝑇1 và 𝑇2 có thể coi là một chỉ thị về trạng thái của khí quyển có thể sử dụng các số liệu đo đạc thực tế để xác định hàm hồi quy tuyến tính giữa nhiệt độ thực đo 𝑇 và các giá trị này 𝑇 = 𝑓(𝑇1, 𝑇2, ∆𝑇) Phương pháp này do đòi hỏi phải biết trước hệ số phát xạ của đối tượng nên thường chỉ được áp dụng cho mục đích xác định nhiệt độ bề mặt một môi trường đồng nhất, có hệ số phát xạ đã biết với độ chính xác cao

Thuật toán chia tách cửa sổ được viết một cách khái quát như sau:

𝑇𝑠 = 𝑎0+ 𝑎1𝑇𝑖 + 𝑎2𝑇𝑗 (2.1) Trong đó: 𝑎𝑖 là các hệ số; 𝑇𝑖 là nhiệt độ phát xạ ở kênh i Hệ số 𝑎𝑖 phụ thuộc chủ yếu vào phát xạ phổ bề mặt và các điều kiện khí quyển, đặc biệt khi độ ẩm khí quyển cao (Becker & Li, 1995)

Sản phẩm mà MOD11A2 cung cấp là bức xạ bề mặt, để chuyển đổi sang nhiệt độ bề mặt cần nhân với hệ số (0.02) Hệ số quy đổi được cung cấp từ nhà sản xuất thông qua các thông số kỹ thuật được tính toán dựa trên thực nghiệm sử dụng các thuật toán xác định nhiệt độ từ nhiều phương pháp Nhiệt độ bề mặt được xác định bằng cách nhân giá trị số của ảnh sau khi tách lớp và hiệu chỉnh hệ tọa độ với hệ số quy đổi “Scale Factor = 0,02” để có được nhiệt độ Kelvin (K), sau đó quy đổi về nhiệt độ Celcius (oC)

Nhiệt độ bề mặt (oC) = Giá trị pixel trên ảnh LST *0.02 – 273.15 (2.2)

Xác định mưa từ vệ tinh

Hệ thống G-WADI PERSIANN-CCS GeoServer cung cấp dữ liệu mưa trực tuyến từ ảnh vệ tinh GEO-IR Ảnh vệ tinh GEO cho diện tích bao phủ toàn bộ bề mặt địa cầu Cảm biến của vệ tinh GEO thu được thông tin mặt trên của các đám mây qua bước sóng khả kiến hoặc hồng ngoại

Xác định lượng mưa bằng viễn thám hồng ngoại từ các vệ tinh GEO cho thông tin về nhiệt độ bề mặt (phía trên) của các đám mây để tính toán lượng mưa với nhận định rằng cường độ mưa tỉ lệ nghịch với nhiệt độ bề mặt đám mây – hay đám mây có nhiệt độ bề mặt càng thấp thì gây mưa càng lớn Các thuật toán tính mưa từ ảnh vệ tinh GEO phổ hồng ngoại hiệu quả trong vấn đề tính toán mưa đối lưu vùng nhiệt đới nhưng xuất hiện sai số lớn bởi ảnh hưởng mây ở tầng cao Kỹ thuật phân loại mây dựa vào các thông số về đặc điểm mây được sử dụng để cải thiện kết quả tính mưa

Thuật toán tính mưa từ dữ liệu viễn thám sử dụng mạng thần kinh nhân tạo với hệ thống phân loại mây PERSIANN-CCS được phát triển dựa vào thuật toán PERSIANN (Hsu et al., 1997) có bổ sung kỹ thuật phân loại mây để nâng cao kết quả tính toán Số liệu mưa được tính toán từ ảnh vệ tinh bằng thuật toán PERSIANN-CCS bao gồm 4 bước chính: (1) phân tách ảnh GEO-IR, (2) trích xuất đặc điểm của các đám mây, (3) phân loại các đám mây, và (4) tính toán mưa(Hong et al., 2004; Hsu et al., 2007)