QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN ĐÔNG BẰNG ẢNH HỒNG NGOẠI ĐỘ PHÂN GIẢI TRUNG BÌNH

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯƠNG HÀ NỘI ***************************** BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TÊN ĐỀ TÀI QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN ĐÔNG BẰNG ẢNH HỒNG NGOẠI ĐỘ PHÂN GIẢI TRUNG BÌNH HÀ NỘI - 2014 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI ***************************** Sinh viên thực hiện: - Vũ Ngọc Hưng - Trần Duy Mạnh - Nguyễn Thành Công BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TÊN ĐỀ TÀI QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN ĐÔNG BẰNG ẢNH HỒNG NGOẠI ĐỘ PHÂN GIẢI TRUNG BÌNH CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên đóng dấu) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS. Doãn Hà Phong 2 HÀ NỘI - 2014 3 MỤC LỤC DANH M C CÁC T VI T T TỤ Ừ Ế Ắ 5 DANH M C CÁC HÌNH – CÁC B NGỤ Ả 6 CH NG 1ƯƠ 7 T NG QUAN N I DUNG NGHIÊN C U C A TÀIỔ Ộ Ứ Ủ ĐỀ 7 1.1. t v n Đặ ấ đề 7 1.2 M c tiêu c a t iụ ủ đề à 9 1.3. Cách ti p c nế ậ 9 CH NG 2: PH M VI, I T NG, N I DUNG VÀƯƠ Ạ ĐỐ ƯỢ Ộ 10 PH NG PHÁP NGHIÊN C UƯƠ Ứ 10 2.1. Ph m vi, i t ng nghiên c u ạ đố ượ ứ 10 2.2. N i dung nghiên c uộ ứ 11 2.2. 1. Lich s o c SSTử đ đạ 11 2.2.2 Thu t toán STT b c sóng d iậ ướ à 12 2.2.3. Mô t thu t toán tính SST t kênh h ng ngo i nhi tả ậ ừ ồ ạ ệ 15 CH NG 3: K T QU VÀ TH O LU NƯƠ Ế Ả Ả Ậ 16 3.1. c i m vùng nghiên c uĐặ đ ể ứ 16 3.2. D li u ban uữ ệ đầ 19 3.2.1. M d li uở ữ ệ 19 3.2.2. Ki m tra thông tin nhể ả 19 3.3. Tính toán trên nhả 20 3.3.1. Tính giá tr oCị 20 3.3.2. Thi t l p h t a cho nhế ậ ệ ọ độ ả 21 3.4. X lý nh trên ArcMapử ả 22 3.4.1.Gán m u cho các giá tr nhi tà ị ệ 22 3.4.2.T o l i to cho b n ạ ướ ạ độ ả đồ 23 3.4.3.K t quế ả 25 K T LU NẾ Ậ 29 KI N NGHẾ Ị 30 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 31 4 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT SST : Sea Surface Temperature CNH-HĐH : Công nghiệp hoá – Hiện đại hoá GIS : Geographic information system 5 DANH MỤC CÁC HÌNH – CÁC BẢNG CH NG 1: T NG QUAN N I DUNG NGHIÊN C U C A TÀIƯƠ Ổ Ộ Ứ Ủ ĐỀ 7 1.1. t v n Đặ ấ đề 7 1.2 M c tiêu c a t iụ ủ đề à 9 1.3. Cách ti p c nế ậ 9 CH NG 2: PH M VI, I T NG, N I DUNG VÀ PH NG PHÁP ƯƠ Ạ ĐỐ ƯỢ Ộ ƯƠ NGHIÊN C UỨ 10 2.1. Ph m vi, i t ng nghiên c uạ đố ượ ứ 10 2.2. N i dung nghiên c uộ ứ 11 2.2. 1 Lich s o c SSTử đ đạ 11 2.2.2 Thu t toán STT b c sóng d iậ ướ à 12 2.2.4. Mô t thu t toán tính SST t kênh h ng ngo i nhi tả ậ ừ ồ ạ ệ 15 B ng 2: H s aiả ệ ố 15 Hình 3.1. nh g cẢ ố 19 Hình 3.2. H p tho i Dataset Attributesộ ạ 20 Hình 3.3. H p tho i Band Mathộ ạ 20 Hình 3.4. Giá tr C sau khi tínhị độ 21 Hình 3.5. H p tho i Header Infoộ ạ 21 Hình 3.6. Gán h t a cho nhệ ọ độ ả 22 Hình 3.7. H t a c a nh sau khi ã thi t l pệ ọ độ ủ ả đ ế ậ 22 Hình 3.8.h p tho i classificationộ ạ 23 Hình 3.9.hình nh sau khi nh p file vector v phân lo i m uả ậ à ạ à 23 Hình 3.10.H p tho i create a graticuleộ ạ 24 Hình 3.11.Hình nh sau khi ã t o l i to ả đ ạ ướ ạ độ 24 Hình 3.12. B n nhi t n m 2010ả đồ ệ ă 25 Hình 3.13. B n nhi t n m 2011ả đồ ệ ă 26 Hình 3.14. B n nhi t n m 2012ả đồ ệ ă 27 Hình 3.15. Bi u bi u di n nhi t qua các n mể đồ ể ễ ệ độ ă 28 Ki n nghế ị 30 TÀI LI U THAM KH OỆ Ả 31 6 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Đặt vấn đề Việt Nam là quốc gia ven biển nằm bên bờ Tây của Biển Đông, có địa chính trị và địa kinh tế rất quan trọng, với bờ biển dài trên 3.260 km trải dài từ Bắc xuống Nam, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, các quốc đảo và các lãnh thổ trên thế giới. Chỉ số chiều dài bờ biển trên diện tích đất liền của nước ta là xấp xỉ 0,01 (nghĩa là cứ 100 km2 đất liền có 1km bờ biển). Trong 63 tỉnh, thành phố của cả nước thì 28 tỉnh, thành phố có biển và gần một nửa dân số sinh sống tại các tỉnh, thành ven biển. Biển và đại dương tích tụ nhiệt mặt trời và điều tiết sự biến đổi của nó theo không gian và thời gian, làm điều hòa khí hậu, thời tiết biển và các vùng lục địa rộng lớn ven biển. Việt Nam là một đất nước nằm ở phía đông của bán đảo Đông Dương, ở gần trung tâm của khu vực Đông Nam Á và có bờ biển trải dài theo hình dáng của đất nước với 28 tỉnh thành phố. Về kinh tế, đối với Việt Nam, vùng biển và ven biển Việt Nam nằm án ngữ trên con đường hàng hải và hàng không huyết mạch thông thương giữa Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương, giữa châu Âu, Trung Cận Đông với Trung Quốc, Nhật Bản và các nước trong khu vực. Điều kiện tự nhiên của bờ biển Việt Nam là tiềm năng to lớn cho ngành giao thông hàng hải Việt Nam. Về quốc phòng, Biển nước ta được ví như mặt tiền, sân trước, cửa ngõ quốc gia; biển, đảo, thềm lục địa và đất liền hình thành phên dậu, chiến lũy nhiều lớp, nhiều tầng, bố trí thành tuyến phòng thủ liên hoàn bảo vệ Tổ quốc. Lịch sử dân tộc đã ghi nhận có tới 2/3 cuộc chiến tranh, kẻ thù đã sử dụng đường biển để tấn công xâm lược nước ta - Nghị quyết 03 của Bộ Chính trị (khóa VI) tháng 5/1993 đã chỉ rõ “tiến ra biển trở thành một hướng phát triển của loài người”và “ trở thành một nước mạnh về biển là một mục tiêu chiến lược xuất phát từ yêu cầu về điều kiện khách quan của sự nghiệp xây dựng và bảo vệ tổ quốc Việt Nam”. 7 - Chỉ thị số 20 của Bộ Chính trị tháng 9/1997 nhấn mạnh: “Vùng biển, hải đảo và ven biển là địa bàn chiến lược có vị trí quyết định đối với sự phát triển của đất nước, là tiềm năng và thế mạnh quan trọng cho sự nghiệp CNH-HĐH”. - Nghị quyết đại hội IX của Đảng khẳng định : “phải phát triển tổng hợp kinh tế biển và ven biển, khai thác lợi thế của các khu vực biển, hải cảng để tạo thành vùng phát triển cao thúc đẩy các vùng kinh tế khác và phải phát triển kinh tế biển kết hợp với bảo vệ vùng biển”. - Nghị quyết Trung ương 8 (khóa IX), Nghị quyết đại hội X và mới đây là Nghị quyết Trung ương 4 (khóa X) của Đảng về “Chiến lược biển Việt Nam đến 2020” đã xác định mục tiêu tổng quát: “Đến năm 2020, phấn đấu nước ta trở thành quốc gia mạnh về biển, làm giàu từ biển, bảo đảm vững chắc chủ quyền, quyền chủ quyền quốc gia trên biển, đảo góp phần quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa, làm cho đất nước giàu mạnh” Trong đại dương luôn luôn tồn tại sự chênh lệch nhiệt độ theo các khu vực riêng biệt. Sự chênh lệch này có thể là do sự xâm nhập của các khối nước, quá trình vận chuyển nước của các hoàn lưu hay do sự khác biệt của các yếu tố vật lý, dinh dưỡng. Nhiệt độ của bề mặt đại dương là một nghiên cứu quan trọng về hệ thống khí hậu trái đất , cho dự báo thời tiết , và nghiên cứu hải dương học. Mô hìnhcủa nhiệt độ mặt biển (SST) cho biết sự phức tạp của dòng bề mặt đại dương , và dị thường SST của đại dương trong việc dự đoán nhiễu loạn khí hậu. SST cho biết các yếu tố như nhiệt độ dòng chảy , độ ẩm, động lực và hiệu ứng nhà kính. Vệ tinh viễn thám đã mở ra một kỷ nguyên mới cho lĩnh vực này bằng cách đo hồng ngoại và các sóng phát xạ nhiệt từ mặt biển . Tuy vậy trong thực tế, trong quá trình truyền dữ liệu, các đám mây đã che khuất đi tầm nhìn của bề mặt biển. Đặc biệt, mô hình kế tiếp của các vệ tinh NOAA cho độ phân giải rất cao trong việc đo kênh hồng ngoại nhiệt, đã cho phép công tác đo SST một cách dễ dàng hơn trong 2 thập kỷ qua .Chính vì thế, nghiên cứu front nhiệt có thể giúp xác định các điều kiện vật lý khác biệt của các khu vực nước rộng lớn, nhờ đó có thể xác định ranh giới của các khối nước hay ranh giới của các dòng chảy lớn. Khu vực Biển Đông là khu vực có đặc trưng gió mùa: gió mùa Đông Bắc 8 vào mùa đông và gió mùa Tây Nam vào mùa hè. Trường nhiệt trong Biển Đông cũng có sự thay đổi theo mùa. Nhiệt độ bề mặt nước biển, hay nói cách khác, cường độ bốc hơi của bề mặt nước biển chính là năng lượng, tác động đến đặc điểm khí hậu toàn cầu nói chung và khu vực Việt Nam nói riêng. Nhiệt độ bề mặt nước biển đã được các nhà khoa học xem xét đến như một thông số trong nghiên cứu các hiện tương thời tiết đặc biệt như bão, La Nina, El Nino tuy nhiên những đề tài này còn ở mức khái quát và chưa ứng dụng vào thực tế Việt Nam . Đề tài “Quan trắc nhiệt độ bề mặt biển Đông bằng ảnh hồng ngoại độ phân giải trung bình” bước đầu cung cấp các dữ liệu nhiệt độ bề mặt mặt biển từ vệ tinh độ phân giải trung bình và mang tính ứng dụng và khoa học . 1.2 Mục tiêu của đề tài Tìm hiểu qui trình tính toán nhiệt độ bề mặt mặt biển từ ảnh vệ tinh hồng ngoại nhiệt và thành lập bản đồ nhiệt độ mặt biển qua các năm 2010, 2011, 2013. 1.3. Cách tiếp cận Sử dụng ảnh viễn thám và và các tài liệu tham khảo: 1. Phương pháp tổng hợp tài liệu Dữ liệu ảnh từ Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường. Tài liệu trên internet và bằng các kênh hợp tác quốc tế. 2. Phương pháp mô hình Lựa chọn các thuật toán tính toán phù hợp với điều kiện của Việt Nam, được hỗ trợ bằng các phần mềm xử lý ảnh chuyên dụng 3. Phương pháp bản đồ Các kết quả xử lý ảnh MODIS được chuyển đổi về các khuôn dạng GIS, sau đó được biên tập và trình bày theo dạng bản đồ chuyên đề để tạo điều kiện khai thác và sử dụng. 4. Phương pháp chuyên gia Sử dụng các kiến thức Viễn thám kết hợp với các kiến thức về Hải dương học trong việc lựa chọn và quyết định các ứng dụng cụ thể. 9 CHƯƠNG 2: PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: ảnh MODIS SST mức 3 năm 2007-2012 và 1 số ứng dụng(dự báo thời tiết , đánh bắt cá , nuôi trồng thủy sản) - Bộ cảm MODIS đặt trên vệ tinh TERRA và AQUA (gọi tắt là vệ tinh MODIS) cung cấp hàng ngày tư liệu với 36 kênh phổ được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực và tuỳ vào mục đích nghiên cứu có thể sử dụng các kênh phổ khác nhau trong số các kênh phổ này của MODIS Đặc điểm của thiết bị MODIS trong tính toán SST MODIS cung cấp một số kênh hồng ngoại trung và hồng ngoại xa được sử dụng trong việc tính toán SST. Các kênh phổ được dùng trong tính SST của MODIS được liệt kê trong bảng 1. Bảng 1. Các kênh phổ của MODIS phục vụ tính SST Kênh Bước sóng trung tâm (µ) Độ rộng bước sóng (µ) Sai số thiết bị (K) 20 3.750 0.1800 0.05 22 3.959 0.0594 0.07 23 4.050 0.0608 0.07 31 11.030 0.5000 0.05 32 12.020 0.5000 0.05 - Việc lựa chọn các kênh phổ này dựa vào đặc tính bị hấp thụ khi truyền qua lớp hơi nước có trong khí quyển. Kênh phổ có bước sóng gần 4µm (kênh 20, 22, 23) hiển thị độ nhạy cảm cao (được tính theo công thức dT dL L 1 ) đối với nơi hơi nước ảnh hưởng đến bức xạ là cực tiểu. Các kênh phổ ở vùng hồng ngoại có bước sóng từ 10 µm đến 12 µm (kênh 31 và 32) tương ứng với giá trị phát xạ lớn nhất đối của vật đen 300K (xấp xỉ với nhiệt độ trung bình của Trái đất) và có sự khác biệt đáng kể giữa hai kênh đối với sự hấp thụ của hơi nước. Mặc dù kênh phổ hồng ngoại trung chịu ảnh hưởng của hơi nước là nhỏ nhất, bức xạ của trái đất trong dải phổ này yếu, chiều rộng kênh phổ hẹp và có thể bị 10 [...]... đồng bằng miền Trung và đồng bằng Nam Bộ Mặt khác, khí hậu Nam Định cũng có những sắc thái riêng do vị trí đông nam giáp biển Nhiệt độ trung bình trong năm là 23240C, độ ẩm trung bình năm 83-84% Nam Định có lượng mưa trung bình trong năm từ 1.750 đến 1.800mm, chia làm 2 mùa rõ rệt, số giờ nắng trong năm khoảng 1.650-1700 giờ Địa hình Tỉnh Nam Định nằm tại phần tiến nhanh ra biển của châu thổ sông Hồng, ... trong vùng khí hậu nhiệt đới có một mùa hạ nóng ẩm mưa nhiều, một mùa đông lạnh ít mưa và tính nhiệt đới nóng ẩm là bao trùm nhất Do ảnh hưởng bởi hoàn lưu gió mùa Đông Nam Á nên khí hậu bị phân hoá thành hai mùa gồm có mùa hạ thì nóng ẩm với mùa mưa, còn mùa đông thì lạnh với mùa khô Nhiệt độ trung bình trong năm từ 21 – 23 oC, lượng mưa trung bình hàng năm 1.995 m, độ ẩm trung bình 82 – 85% Mùa lạnh... nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ so sánh Khả năng truyền qua khí quyển của các kênh phổ hồng ngoại của MODIS là khác nhau Do đó, các thuật toán có thể được xây dựng dựa trên sự sai khác của nhiệt độ thu được của các kênh phổ [Anding và Kauth, 1970] Thuật toán đơn giản chỉ ra rằng, đối với giá trị cột hơi nước nhỏ, khí quyển là một thấu kính đủ mỏng để sự sai khác giữa nhiệt độ tính toán và nhiệt độ bề mặt. .. lưới toạ độ cho bản đồ Click chuột phải vào ảnh chọn Properties… → Chọn Tab Grids → New Grid… 23 Hình 3.10.Hộp thoại create a graticule Sau khi thiết lập các thông số cần thiết để tạo lưới chọn Finish Ta được kết quả như hình dưới Hình 3.11.Hình ảnh sau khi đã tạo lưới toạ độ 24 3.4.3.Kết quả Hình 3.12 Bản đồ nhiệt độ bề mặt mặt biển vịnh Bắc Bộ năm 2010 25 Hình 3.13 Bản đồ nhiệt độ bề mặt mặt biển vịnh... coi như là nhiệt độ bề mặt, thực tế là các kết quả tính được thường được so sánh với số liệu nhiệt độ đo đạc ở độ cao vài mét so với mực nước biển Mối tương tác khí quyển - đại dương là nguyên nhân gây ra sự khác biệt giữa nhiệt độ thu được từ bức xạ và nhiệt độ thực tế đo đạc Do đó, một trong những nhiệm vụ để xác định thuật toán tính SST chính xác là phải định lượng được những chênh lệch về mặt không... nhiệt độ thấp nhất vào năm 2010 (25.5oC) cao nhất vào năm 2012 (27.8 oC) - Nhận thấy rằng nhiệt độ biển tăng dần theo các năm khoảng 1oC - Các vùng ven biển, đảo nhiệt độ cao ngày càng nhiều - Càng gần đất liền và quanh các đảo nhiệt độ sẽ cao hơn do quá trình hoạt động kinh tế - xã hội của các khu vực này 28 KẾT LUẬN - Các kết quả đã đáp ứng được mục tiêu đề ra, cụ thể là đã xây dựng được bản đồ phân. .. vùng nghiên cứu Quảng Ninh là tỉnh miền núi, trung du nằm ở vùng duyên hải, với hơn 80% đất đai là đồi núi Trong đó, có hơn hai nghìn hòn đảo nổi trên mặt biển cũng đều là các núi Địa hình của tỉnh có thể chia thành 3 vùng gồm có vùng núi, vùng trung du và đồng bằng ven biển, và vùng biển và hải đảo Địa hình đáy biển Quảng Ninh, không bằng phẳng, độ sâu trung bình là 20 m Có những lạch sâu là di tích... Hình 3.14 Bản đồ nhiệt độ bề mặt mặt biển vịnh Bắc Bộ năm 2012 27 Hình 3.15 Biểu đồ biểu diễn nhiệt độ qua các năm Nhận xét: - Trong 3 năm 2010 -2012 - Tại điểm A (Khu vực gần Quần đảo Chiến Thắng (107.876 - 20.989) trong 3 năm có nhiệt độ thấp nhất vào năm 2011 (26.4 oC) cao nhất vào năm 2012 (28.5 oC) - Tại điểm B (Khu vực Đồ Sơn - Hải Phòng (106.874 - 20.664)) trong 3 năm có nhiệt độ thấp nhất vào... vị trí đặc biệt về phía đông nam giáp biển của đồng bằng sông Hồng nên rất thuận lợi cho kinh tế biển phát triển Hiện nay năng suất lúa bình quân ở Nam Định vào loại cao nhất đồng bằng sông Hồng và vùng muối Văn Lý cũng lớn nhất đồng bằng 3.2 Dữ liệu ban đầu 3.2.1 Mở dữ liệu Vào File  Open Image File Chọn đường dẫn tới vị trí lưu ảnh Hình 3.1 Ảnh gốc 3.2.2 Kiểm tra thông tin ảnh Vào Basic Tools  Preprocessing... lý ảnh trên ArcMap 3.4.1.Gán màu cho các giá trị nhiệt Sau khi cắt ảnh và xuất File từ Envi ta sử dụng ArcMap để vẽ bản đồ Các bước tiến hành: Load file ảnh (*.tif) click đúp vào layer của ảnh → classified 22 Hình 3.8 Hộp thoại classification Thiết lập các khoảng nhiệt độ tương ứng cho bản đồ và loại bỏ các khoảng nhiệt độ của đất liền (từ 31-50oC) Hình 3.9 Hình ảnh sau khi nhập file vector và phân . Nam . Đề tài Quan trắc nhiệt độ bề mặt biển Đông bằng ảnh hồng ngoại độ phân giải trung bình bước đầu cung cấp các dữ liệu nhiệt độ bề mặt mặt biển từ vệ tinh độ phân giải trung bình và mang. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TÊN ĐỀ TÀI QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN ĐÔNG BẰNG ẢNH HỒNG NGOẠI ĐỘ PHÂN GIẢI TRUNG BÌNH CƠ QUAN CHỦ TRÌ (Ký tên đóng dấu) GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN PGS.TS TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ TÊN ĐỀ TÀI QUAN TRẮC NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN ĐÔNG BẰNG ẢNH HỒNG NGOẠI ĐỘ PHÂN GIẢI TRUNG BÌNH HÀ NỘI - 2014 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI