Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ Mặt Trời tại Lưu vực Sông Cầu

1 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết luận án Bốc thoát nước bề mặt đất ETa (evapotranspiration) trình chuyển đổi khối lượng nước từ bề mặt (đất) thành nước (bốc hơi) từ thảm thực vật (thoát nước) vào bầu không khí Bức xạ Mặt Trời cung cấp lượng làm gia tăng nhiệt độ bề mặt mặt nước mặt đất tạo điều kiện chuyển hóa phân tử nước từ thể lỏng sang thể Thực tế, khó để đo lường ETa trực tiếp hầu hết ứng dụng, ETa tính toán cách sử dụng mô hình lý thuyết, thực nghiệm Độ tin cậy định lượng bốc thoát nước ETa không nhiệm vụ quan trọng cho nhà quản lý nguồn tài nguyên nước, mà thách thức nhà khoa học Với phát triển công nghệ viễn thám, năm gần nhà nghiên cứu giới bước ứng dụng công nghệ viễn thám ước tính lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám, giảm đáng kể chi phí công sức cho công tác quan trắc ngoại nghiệp Trong Việt Nam, để xác định lượng bốc thoát nước người ta thường sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp trạm quan trắc khí tượng riêng biệt rải rác khu vực, công việc khó khăn tốn Trung bình tỉnh thành có đến vài ba trạm, từ nội suy vùng lân cận Số liệu đo từ nguồn có thuận lợi có số liệu đo hàng ngày liệu ghi chép thời gian dài, số liệu thô điểm đo thưa thớt, cung cấp cách chi tiết liệu trạm quan trắc khu vực rộng lớn Vì vậy, chúng không đảm bảo tính tổng quát, tính khách quan cho toàn vùng Một thực tế Việt Nam, có đầy đủ loại tư liệu ảnh viễn thám; từ loại ảnh vệ tinh có độ phân giải thấp trung bình ảnh MODIS, LANDSAT đến loại ảnh vệ tinh ASTER, SPOT có độ phân giải cao phủ trùm lãnh thổ Việt Nam chụp thời kỳ khác Với loại ảnh này, kết hợp với số liệu khí tượng thủy văn cho phép nghiên cứu xác định lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Trời chu trình thời gian phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ nguồn tài nguyên nước cách có hiệu Với tính cấp thiết nêu trên, luận án tiến sĩ đề xuất “Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc xạ Mặt Trời Lưu vực Sông Cầu” Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận án nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ tư liệu ảnh viễn thám phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan khái niệm bốc thoát nước phương pháp xác định lượng bốc thoát nước - Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ liệu viễn thám, thí điểm cho Lưu vực Sông Cầu Việt Nam - Đề xuất quy trình xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ tư liệu viễn thám Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp: Để có đánh giá cách tổng quan nội dung liên quan đến lĩnh vực đề tài, nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp số tài liệu, kết nghiên cứu ứng dụng phương pháp tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ liệu viễn thám công bố giới Việt Nam Từ đó, đề xuất phương pháp phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam - Phương pháp viễn thám: Phương pháp viễn thám phương pháp sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để nghiên cứu, chiết xuất lượng xạ Mặt Trời tính toán lượng bốc thoát nước bề mặt đất, lấy ví dụ cho khu vực nghiên cứu Lưu vực Sông Cầu - Phương pháp thực nghiệm: Tác giả tiến hành thực nghiệm chiết xuất lượng xạ Mặt Trời từ ảnh viễn thám tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu thời điểm khác phương pháp viễn thám Đây phương pháp ứng dụng công nghệ cao, nghiên cứu áp dụng giới 3 - Phương pháp mô hình: Các nghiên cứu thể dạng mô hình lý thuyết, mô hình trực quan, sơ đồ, biểu đồ nhằm nâng cao hiệu thể rõ ràng kết nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu thí điểm phạm vi Lưu vực Sông Cầu miền Bắc Việt Nam, với diện tích Lưu vực 6030 km2 , trải rộng địa phận tỉnh: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang Thành phố Hà Nội Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 6.1 Ý nghĩa khoa học: Xây dựng sở khoa học minh chứng thực tiễn thành công khả ứng dụng công nghệ viễn thám xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám Có thể nói nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám để xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất dựa vào xạ Mặt Trời chiết xuất từ tư liệu viễn thám Việt Nam 6.2 Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu luận án tư liệu hỗ trợ lý thuyết thực tiễn ứng dụng công nghệ viễn thám xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ mặt trời chiết xuất từ ảnh viễn thám Từ kết nghiên cứu luận án, phương pháp thực có tính khả thi cao ứng dụng cho hệ thống Lưu vực sông Việt Nam Luận điểm bảo vệ luận án Luận điểm 1: Có thể thay tính toán xạ ròng phương pháp FAO-56 PM (phương pháp truyền thống) phương pháp viễn thám theo mô hình S-SEBI, sai số xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất đạt nhỏ 20% Luận điểm 2: Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT, kết hợp với việc xác định hệ số “liên hệ c” nâng cao độ xác xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất lên 5% Những điểm luận án Đưa công nghệ viễn thám vào lĩnh vực chiết xuất bốc thoát nước thực tế bề mặt đất thông qua xác định tham số phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam bao gồm: - Đề xuất xác định hệ số liên hệ c: Hệ số “liên hệ c” định nghĩa hệ số liên kết ba đại lượng: (1) Tỷ phần bốc thoát nước tức thời ETFi tính theo phương pháp S-SEBI, (2) bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp Priestley-Taylor, (3) bốc thoát nước tham chiếu tính theo phương pháp FAO-56 PM Việc đề xuất hệ số “liên hệ c” nhằm nâng cao độ xác tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu Việt Nam - Đề xuất hệ số a phương pháp Priestley-Taylor khảo nghiệm điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam nằm khoảng 0,95-1,05 cho phép tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất với sai số tuyệt đối trung bình đạt nhỏ 20% so với kết đo ngoại nghiệp - Dựa vào bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp viễn thám bốc thoát nước tham chiếu tính theo phương pháp FAO-56 PM đề xuất xác định hệ số trồng hỗn hợp Kc quy mô diện rộng, nhanh hiệu - Đề xuất xây dựng quy trình tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo mô hình S-SEBI (Mô hình số cân lượng xạ bề mặt giản lược) phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu Sông Cầu Việt Nam Khối lượng kết cấu luận án Ngoài phần mở đầu kết luận, luận án có chương: Chương 1: Tổng quan bốc thoát nước xạ Mặt Trời phương pháp nghiên cứu; Chương 2: Cơ sở khoa học xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất dựa vào lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ tư liệu ảnh viễn thám; Chương 3: Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu sử dụng tư liệu ảnh LANDSAT-7 NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỐC THOÁT HƠI NƯỚC DO BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Khái niệm bốc thoát nước yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát nước 1.1.1 Khái niệm bốc thoát nước (Lượng nước bốc hơi) - Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa (evapotranspiration) trình chuyển đổi khối lượng nước từ bề mặt (đất) thành nước (bốc hơi) từ thảm thực vật (thoát nước) vào bầu không khí - Bốc thoát nước tham chiếu ETo lượng nước dùng để tưới cho trồng cỏ chuẩn, trồng chăm sóc kỹ thuật, phủ toàn mặt đất cung cấp nước đầy đủ theo điều kiện tối ưu - Hệ số trồng Kc (Crop coefficient) tỉ số lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất giai đoạn sinh trưởng phát triển trồng với lượng bốc thoát nước tham chiếu (Kc= ETa /ETo) 1.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát nước Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát nước gồm; xạ mặt trời, nhiệt độ, gió độ ẩm không khí Sự bốc thoát nước từ bề mặt địa hình tăng lên xạ Mặt Trời lớn, nhiệt độ môi trường tăng cao, không khí trở nên khô, gió mạnh, độ ẩm thấp (Lê Anh Tuấn, 2009) 1.2 Tổng quan phương pháp truyền thống xác định lượng bốc thoát nước 1.2.1 Nhóm phương pháp trực tiếp xác định lượng bốc thoát nước thực địa Nhóm phương pháp dựa tảng khí tượng học để xác định tổng lượng bốc thoát nước thông qua thiết bị đo đạc trực tiếp ngoại nghiệp, số phương pháp tiêu biểu gồm: Phương pháp Thủy tiêu kế (Lysimeter); tương quan gió (Eddy Covariance); sử dụng thiết bị cảm biến (Bowen ratio) Phương pháp chậu Pan A 1.2.2 Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng dựa số liệu đo đạc khí tượng trạm quan trắc khí tượng để ước tính lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Một số nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng tính bốc thoát nước thực tế gồm: Nhóm phương pháp sử dụng lượng xạ Mặt Trời; sử dụng lý thuyết ngân sách nước; sử dụng lý thuyết ngân sách lượng Nhóm phương pháp kết hợp Phương pháp Penman-Monteith (FAO-56 PM) nằm nhóm phương pháp kết hợp coi phương pháp đáng tin cậy để ước tính bốc thoát nước tham chiếu cho thời điểm khác Công thức FAO-56 PM tính lượng bốc thoát nước tham chiếu ETo sau: 900 (1.2) 0.48∆(𝑅𝑛 − 𝐺) + 𝛾 𝑢 (𝑒 − 𝑒𝑎 ) 𝑇 + 273 𝑠 ET0 = ∆ + 𝛾(1 + 0,3𝑢2 ) Trong đó: ETo - Lượng bốc thoát tham chiếu chung trồng (mm/ngày); Rn - Bức xạ ròng bề mặt trồng (MJ/m2 /ngày); G - Thông lượng nhiệt đất (MJ/ m2 /ngày); T Nhiệt độ trung bình ngày bề mặt đất (°C); u2 - Tốc độ gió chiều cao m từ mặt đất (m/s); es - Áp suất nước bão hòa (kPa); ea - Áp suất nước thực tế (kPa); ∆ - Độ dốc áp suất nước đường cong quan hệ nhiệt độ (kPa/ °C); γ - Hằng số ẩm (kPa/ °C) Hiện nay, thực tế người ta hay sử dụng phương pháp Priestley-Taylor để tính lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Do phương pháp đơn giản, sử dụng số liệu ngoại nghiệp có độ xác xấp xỉ với độ xác phương pháp chặt chẽ FAO-56 PM 1.3 Tổng quan nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Trời 1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới Việc ứng dụng ảnh viễn thám tính toán lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Trời giới chủ yếu tập trung vào giải pháp cân lượng bề mặt đất EB (energy balance), giải pháp sử dụng phản xạ bề mặt đất ảnh viễn thám dải phổ nhìn thấy, phần cận hồng ngoại quang phổ điện từ nhiệt độ bề mặt, xạ ròng từ kênh ảnh nhiệt hồng ngoại ảnh viễn thám Cách tiếp cận dựa sở khoa học cho lượng bốc thoát nước thay đổi trạng thái nước sử dụng lượng có sẵn môi trường để bốc Các phương pháp cân lượng bề mặt đất dựa biến đổi xạ ảnh vệ tinh đặc trưng bề mặt đất, suất phân sai bề mặt đất Albedo, số thực vật, phát xạ bề mặt nhiệt độ bề mặt để tính toán bốc thoát nước số hiệu chỉnh phương pháp cân bề mặt đất Theo nghiên cứu khoa học công bố tạp chí giới có số phương pháp viễn thám tiêu biểu để xác định lượng bốc thoát nước sau: Phương pháp cân lượng bề mặt cho đất (SEBAL); Phương pháp lập Bản đồ bốc thoát nước kiểm định nội hóa (METRIC); Mô hình hai nguồn (TSM); Hệ thống cân lượng bề mặt (SEBS); Chỉ số cân lượng bề mặt (SEBI) Phương pháp số cân lượng xạ bề mặt giản lược (S-SEBI) 1.3.2 Tổng quan kết nghiên cứu nước Ở Việt Nam công trình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Trời chưa có nhiều Theo tài liệu công bố tạp chí nước từ trước đến có số công trình nghiên cứu ứng dụng liệu ảnh Modis xác định xạ Mặt Trời áp dụng số phương pháp thực nghiệm để tính toán lượng bốc thoát nước cho khu vực phía Bắc Việt Nam nhóm tác giả Lương Chính Kế cộng 1.4 Những vấn đề phát triển luận án Qua kết nghiên cứu giới Việt Nam vấn đề phát triển luận án bao gồm: (1) Nghiên cứu chiết xuất lượng xạ ròng từ tư liệu ảnh viễn thám; (2) Nghiên cứu xây dựng quy trình tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI; (3) Nghiên cứu, khảo sát kết hợp tư liệu ảnh LANDSAT với mô hình số độ cao (DEM) hệ số “liên hệ c” nhằm nâng cao độ xác tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu; (4) Nghiên cứu, khảo sát xác định hệ số a phương pháp Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu; (5) Xác định hệ số trồng Kc từ ảnh viễn thám phục vụ công tác xác định nhu cầu nước trồng để áp dụng điều kiện thực tiễn Việt Nam CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT DỰA VÀO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI CHIẾT XUẤT TỪ TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 2.1 Đặc tính phản xạ phổ đối tượng tự nhiên Phần Trình bày đặc tính phản xạ phổ đối tượng tự nhiên (thực vật, thổ nhưỡng, nước, đối tượng đô thị) ảnh hưởng đến việc tính số thực vật NDVI, hệ số phát xạ bề mặt đất gây sai số tính toán nhiệt độ, xạ ròng bốc thoát nước thực tế sở sử dụng lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám 8 2.2 Cơ sở khoa học ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Trời 2.2.1 Phương pháp cân lượng bề mặt đất Sự cân lượng mặt đất nhà khoa học giới đề xuất phương trình toán học tổng quát sau (Bastiaanssen, cộng sự, 1998): (Rn -G) = (H+LE) (2.3) Trong đó: Rn - Bức xạ ròng hấp thụ bề mặt đất (W/m2 ); G - Thông nhiệt bề mặt đất (W/m2 ); H - Năng lượng nhiệt cảm ứng (W/m2 ); LE Năng lượng nhiệt ẩn dòng nhiệt lượng cần thiết (tiêu hao) cho trình bốc nước từ đất, sông, hồ thoát nước từ thảm thực vật (W/m2 ) 2.2.2 Vai trò tư liệu viễn thám việc xác định tham số để tính lượng bốc thoát nước Từ ảnh viễn thám chiết xuất số tham số khí tượng để xác định lượng bốc thoát nước bề mặt đất gồm: Lượng xạ sóng ngắn tới bề mặt đất; Chỉ số thực vật NDVI; Nhiệt độ (Ta - Nhiệt độ không khí gần bề mặt đất; Ts - Nhiệt độ bề mặt đất; TB - Nhiệt độ sáng khí ); Hàm lượng nước, áp suất nước độ ẩm tương đối khí quyển; Tham số truyền dẫn khí quyển; Suất phân sai bề mặt đất (albedo); Hệ số phát xạ bề mặt đất không khí 2.3 Phương pháp viễn thám xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất 2.3.1 Chiết xuất lượng xạ ròng trung bình ngày hấp thụ mặt đất Theo Bastiaanssen cộng sự, (2002) xạ ròng thời điểm i thu nhận ảnh chiết xuất từ ảnh dựa nguyên lý cân lượng xạ bề mặt 𝑅𝑛𝑖 mô tả biểu thức: 𝑅𝑛𝑖 = 𝑅𝑛𝑠 + 𝑅𝑛𝑙 ≡ [(1 − 𝛼) 𝑅𝑠 ] + [𝑅𝐿↓ − 𝑅𝐿 ↑ (2.9) − (1 − 𝜀𝑜 ) 𝑅𝐿↓ ] Trong đó: RS- Tia tới sóng ngắn (W/m2 ); α RS - Tia phản xạ sóng ngắn (W/m2 ); RL↓ - Tia tới sóng dài (W/m2 ); RL↑ - Tia phát xạ sóng dài (W/m2 ); (1-εo )RL↓ - Tia phản xạ sóng dài (W/m2 ); 𝛼 - Suất phân sai bề mặt đất (albedo); 𝜀𝑜 - Hệ số phát xạ bề mặt 9 Để tính lượng xạ trung bình ngày, cần tính tích phân sau: 𝐷𝐿 (2.31) 𝑅𝑛𝑑 = ∫0 𝑅𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛(𝜋.𝑡/𝐷𝐿) = 𝐴 𝑅𝑛𝑖 Trong đó: Rmax - Bức xạ Mặt Trời vào trưa 12h; DL - Độ dài ngày (từ thời điểm Mặt Trời mọc tới thời điểm Mặt Trời lặn); t Khoảng thời gian lúc Mặt Trời mọc tới thời điểm i, A hệ số Các bước xử lý ảnh chiết xuất tham số gồm: 2.3.1.1 Hiệu chỉnh xạ ảnh vệ tinh Quá trình xử lý xạ ảnh từ DN phản xạ “thực” bề mặt đất gọi trình hiệu chỉnh xạ ảnh (bởi đầu thu, khí quyển, tính chất địa hình) 2.3.1.2 Tính toán suất phân sai bề mặt đất α - Tính toán suất phân sai đỉnh khí 𝜶 toa - Tính suất phân sai bề mặt đất 2.3.1.3 Bức xạ sóng ngắn (RS↓ ) Bức xạ sóng ngắn tính toán điều kiện bầu trời xanh sau: (2.19) 𝑅𝑠 = 𝐺𝑠𝑐 × 𝑐𝑜𝑠𝜃 × 𝑑𝑟 × 𝜏𝑠𝑤 Trong đó: 𝐺𝑠𝑐 - Hằng số Mặt Trời (1367 W/m ); 𝑑𝑟 - Khoảng cách thiên văn từ Mặt Trời tới mặt đất; θ - góc cao mặt trời 2.3.1.4 Bức xạ sóng dài (R L↑ ) Bức xạ sóng dài lượng xạ nhiệt phát xạ từ bề mặt Trái đất tới khí (W/m2 ) Tia phát xạ sóng dài tính toán theo công thức Stefan-Boltzmann sau: (2.20) RL↑ = εo × σ × 𝑇𝑠4 Trong đó: σ - Hằng số Stefan-Boltzmann (5.67 × 10-8 W/m2 /K4 ); Ts - Nhiệt độ bề mặt đất (o K); εo - Hệ số phát xạ bề mặt Để tính tia phát xạ sóng dài ta tính số tham số sau: - Tính nhiệt độ bề mặt Ts 𝑇𝐵 (2.23a) 𝑇𝑠 = 0.25 𝜀𝑜 Trong đó: TS - Nhiệt độ bề mặt (o K); TB - Nhiệt độ độ sáng (o K); εo - Hệ số phát xạ bề mặt đất - Sử dụng DEM để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt chênh cao địa hình 10 Thông thường, nhiệt độ bề mặt giảm 6.5 o C độ cao tăng lên 1km tầng đối lưu Giải pháp sử dụng mô hình số độ cao (DEM) hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt chênh cao địa hình đề xuất phương pháp SEBAL theo công thức sau: (2.23b) 𝑇𝑠_𝐷𝐸𝑀 = 𝑇𝑠 + 0.0065∆𝑧 o Trong đó: TS - Nhiệt độ bề mặt ( C), ∆𝑧 - Độ cao điểm ảnh so với bề mặt trung bình nước biển (m) - Chỉ số thực vật NDVI tỷ số hiệu số chuẩn hóa phản xạ kênh cận hồng ngoại (ρ4 ) kênh đỏ (ρ3 ) NDVI = (ρ4 − ρ3 ) / (ρ4 + ρ3 ) (2.24) Trong đó: ρ4 - Kênh phổ ảnh cận hồng ngoại (Near InfraRed), ρ3 Kênh phổ ảnh phổ thuộc bước sóng màu đỏ - Tính hệ số phát xạ bề mặt εo Công thức tính cho loại thực vật lớp phủ thực vật thay đổi: εo = εv P v + εs (1 – P v ) (2.25) Trong đó: εv εs - Đại lượng phát xạ thảm thực vật đất trống; P v - Phần phủ thực vật 2.3.1.5 Bức xạ tới sóng dài R L↓ Bức xạ tới sóng dài RL↓ dòng xạ nhiệt xuống từ khí theo công Stefan-Boltzmann sau: (2.28) RL↓ = εa × σ × 𝑇𝑎4 Trong đó: εa - Hệ số phát xạ khí quyển; Ta - Nhiệt độ không khí gần mặt đất (o K) * Ngoài phương pháp viễn thám tính toán xạ ròng luận án sử dụng Phương pháp FAO-56 PM tính xạ ròng trung bình ngày phục vụ kiểm tra đánh giá kết viễn thám Phương pháp FAO-56 PM phương pháp sử dụng xạ ròng trung bình ngày để tính lượng bốc thoát nước tham chiếu mà Tổ chức Lương thực Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc khuyến cáo sử dụng sau: (2.32) 𝑅𝑛𝑑 = (1 − 𝛼)𝑅𝑠 − 𝑓𝜀𝜎𝑇𝑎4 Trong đó: α - Suất phân sai bề mặt đất (albedo); Rs - Tổng xạ Mặt Trời sóng ngắn tới mặt đất; f - Tham số hiệu chỉnh mây; 𝜀 Tham số phát xạ khí quyển; Ta - Nhiệt độ không khí ngày 11 Phương pháp tính xạ ròng trung bình ngày 𝑅𝑛𝑑 theo phương pháp FAO-56 PM luận án đề xuất tính cho hai trường hợp: (1) xạ Mặt Trời tới Rs tính theo công thức Ăngstrom; (2) xạ Mặt Trời tới 𝑅𝑠 tính theo công thức kinh nghiệm Việt Nam 2.3.2 Xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo ngày 2.3.2.1 Xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo Phương pháp số cân lượng xạ bề mặt giản lược SSEBI Công thức để tính toán 𝐸𝑇𝐹𝑖 dựa vào mối quan hệ tuyến tính hệ số phát xạ bề mặt albedo nhiệt độ bề mặt sau: (𝑇 − 𝑇 ) (2.33) 𝐸𝑇𝐹𝑖 = ( 𝐻 𝑠 ) 𝑇𝐻 − 𝑇𝐿𝐸 Trong đó: 𝑇𝐻 - Nhiệt độ bề mặt tương ứng với điều kiện khô, đại diện cho dòng nhiệt ẩn nhỏ (LEkhô = 0), hay dòng lượng nhiệt cảm ứng lớn (Hkhô = Rn − G); 𝑇𝐿𝐸 - Nhiệt độ bề mặt tương ứng với điều kiện ẩm đại diện cho dòng nhiệt ẩn lớn (LEẩm =(Rn − G )), hay dòng lượng nhiệt cảm ứng nhỏ (Hẩm = 0) phản xạ bề mặt, thể sơ đồ hình 2.9: ố Nhiệt độ bề mặt Ts H(α)(max) Chuyển đổi xạ TH H(khô) TS LE(α)(max) TLE LE(ướt) Chuyển đổi bốc thoát nước α Suất phân sai bề mặt đất α Hình 2.9: Sơ đồ mối quan hệ nhiệt độ bề mặt suất phân sai bề mặt phương pháp S-SEBI 12 𝑎𝐻 − b𝐻𝛼−𝑇𝑠 (2.36) 𝐸𝑇𝐹𝑖 = 𝑎𝐻 −𝑎𝐿𝐸−( 𝑏𝐻− 𝑏 𝐿𝐸) 𝛼 Giá trị bốc thoát nước theo ngày tính toán theo phương pháp SSEBI dựa vào lý thuyết vật lý sau: λET𝑖 λET𝑎 (2.39) 𝐸𝑇𝐹 = 𝐸𝑇𝐹 = = 𝑖 𝑑 (𝑅𝑖−𝐺𝑖 ) (𝑅𝑛𝑑−𝐺𝑛𝑑 ) Xem xét tổng thông lượng nhiệt đất G xấp xỉ giá trị bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa tính toán công thức: 𝐸𝑇𝐹𝑑 ×𝑅𝑛𝑑 (2.40) 𝐸𝑇a = 𝜆 Trong đó: ETa - Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất (mm/ngày); R 𝑛𝑑 - Bức xạ ròng trung bình ngày (MJ/m2/ngày), 𝜆 - Hằng s 2.3.2.2 Tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp Priestley-Taylor Priestley-Taylor, (1972) đề xuất phương pháp thực nghiệm tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa từ lượng xạ Mặt Trời có độ xác xấp xỉ với độ xác phương pháp chặt chẽ FAO-56 PM sau: ∆ 𝑅𝑛 (2.41) 𝐸𝑇𝑎 = 𝑎 +𝑏 ∆+𝛾 𝜆 Hệ số a, b Priestley-Taylor kiểm định Mỹ có trị số 1,26 0; kiểm định châu Âu (Thụy Sĩ), 1984, a = 0.90 b = 0; kiểm định châu Á (Đài Loan) a = 1.00 b = (Chen J cộng sự, 2005) Ngoài hệ số a nêu trên, nội dung nghiên cứu luận án mở rộng khảo sát thêm hai trường hợp a=0.95 a=1.05 Hệ số a mặt lý thuyết xây dựng phục vụ tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo hai phương pháp dựa vào nhiệt độ dựa vào tham số nhiệt độ, albedo số thực vật NDVI chiết xuất từ viễn thám 2.4 Đề xuất ứng dụng phương pháp xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám 2.4.1 Lựa chọn phương pháp S-SEBI Các phương pháp gồm SEBAL, SEBI, SEBS, METRIC, TSM có ưu điểm riêng phương pháp xác định lượng 13 bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Tuy nhiên phương pháp có chung nhược điểm cần nhiều số liệu đo đạc khí tượng thực địa cần tính đến tham số kháng trở bề mặt đất độ nhám địa hình (các tham số khó xác định ảnh hưởng tới độ xác xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa) Trong luận án lựa chọn phương pháp S-SEBI với ưu nhược điểm sau: Ưu điểm phương pháp S-SEBI: - Là phương pháp đơn giản không cần nhiều số liệu khí tượng đo đạc ngoại nghiệp mà đảm bảo độ xác - Phương pháp S-SEBI dựa vào mối quan hệ tuyến tính nhiệt độ bề mặt Ts suất phân sai bề mặt đất α (Albedo) để xác định hệ số lý thuyết phần bay tức thời ETFi, từ tính lượng bốc thoát nước ETa - Phương pháp S-SEBI phương pháp phù hợp cho khu vực có số liệu đo đạc khí tượng khó tiếp cận Nhược điểm Phương pháp S-SEBI: - Độ xác xác định ETa phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm người xử lý ảnh việc chọn đường thẳng tuyến tính xác định tỷ phần bốc thoát nước tức thời ETFi từ mối quan hệ nhiệt độ suất phân sai bề mặt đất α - Phương pháp có độ xác thấp tính toán bốc thoát nước khu vực điều kiện môi trường khô 2.4.2 Đề xuất giải pháp nâng cao độ xác phương pháp SSEBI (1) Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt Ts chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT (2) Đề xuất xác định hệ số “liên hệ c” 2.5 Kết luận Chương Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng tư liệu ảnh viễn thám hoàn toàn chiết tách tham số phục vụ công tác tính toán lượng bốc thoát nước theo đơn vị thời gian cho khu vực cụ thể Các tham số khí tượng chiết xuất từ tư liệu ảnh viễn thám có ưu điểm cập nhật thường xuyên theo chu kỳ tư liệu có giá trị mà phương pháp khác khó có Đặc biệt, nội dung chương 2, nghiên cứu sinh nghiên cứu, phân tích, đánh giá ưu nhược điểm phương pháp S-SEBI từ lựa chọn Phương pháp SSEBI phương pháp phù hợp điều kiện địa hình, khí hậu số liệu 14 khí tượng Lưu vực Sông Cầu Việt Nam đề xuất giải pháp nâng cao độ xác ứng dụng phương pháp xác định bốc thoát nước thực tế bề mặt đất CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT CỦA LƯU VỰC SÔNG CẦU BẰNG SỬ DỤNG TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT-7 Chương gồm nội dung: (1) Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên ảnh hưởng đến trình bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu; (2) Đề xuất quy trình xác định bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp số cân lượng xạ bề mặt giản lược (S-SEBI) từ lượng xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám LANDSAT-7; (3) Thực nghiệm chứng minh luận điểm tính luận án 3.1 Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên Lưu vực Sông Cầu nằm phạm vi tọa độ địa lý: 21o 07' - 22o 18' vĩ Bắc, 105o 28' - 106o 08' kinh Đông, có diện tích khoảng 6030 km2 Là khu vực có điều kiện địa hình vùng núi cao phía Bắc vùng đồng phía Nam Khí hậu Lưu vực Sông Cầu có đặc điểm khí hậu nhiệt đới gió mùa, với chung khí hậu nóng ẩm có mùa đông lạnh, mùa hè mưa nhiều 3.2 Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất Lưu vực Sông Cầu sử dụng tư liệu ảnh LANDSAT-7 theo phương pháp lựa chọn S-SEBI 3.2.1 Dữ liệu đầu vào Dữ liệu ảnh LANDSAT-7 ETM quét ngày 04/11/2000 23/11/2001 mức xử lý 1T, dải, hàng 126/45 không mây; DEM Số liệu đo đạc trạm quan trắc khí tượng thực địa 06 trạm khí tượng thuỷ văn Lưu vực Sông Cầu gồm: nhiệt độ Ts, vận tốc gió, số nắng thực, độ ẩm không khí bốc thoát thực tế 3.2.2 Đề xuất quy trình tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI Qua kết nghiên cứu Chương Chương 2, nghiên cứu sinh đề xuất quy trình theo phương pháp S-SEBI thể hình 3.2 15 Hình 3.2: Sơ đồ quy trình tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa theo phương pháp S-SEBI 3.2.3 Chiết xuất lượng xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bề mặt đất Rnd từ ảnh LANDSAT-7 3.2.3.1 Tiền xử lý ảnh viễn thám Phương pháp hiệu chỉnh khí FLAASH sử dụng nghiên cứu để loại bỏ ảnh hưởng hiệu ứng khí 3.2.3.2 Tạo ảnh suất phân sai bề mặt đất α 3.2.3.3 Tạo ảnh số thực vật NDVI 3.2.3.4 Tạo ảnh phát xạ bề mặt εo 16 3.2.3.5 Tính ảnh nhiệt độ bề mặt Ts Ta - Sử dụng kênh nhiệt 6.1 ảnh vệ tinh LANDSAT-7 để tính toán nhiệt độ bề mặt Ts cho hai thời điểm ngày 04/11/2000, ngày 23/11/2001 Nhiệt độ bề mặt Ts trước sau hiệu chỉnh chênh cao địa hình DEM bảng 3.10a Bảng 3.10a: Nhiệt độ bề mặt Ts trước sau hiệu chỉnh chênh cao địa hình 06 điểm quan trắc T rạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yên 4.T am Đảo 5.T hái Nguyên 6.Bắc Kạn Ngày 04/11/2000 T s_DEM ΔT ( o K) T s ( o K) ( o K) 300.04 300.05 0.019 303.70 303.75 0.046 301.12 301.23 0.111 292.80 297.26 4.452 299.43 299.66 0.234 302.70 303.60 0.897 T s ( o K) 296.47 297.20 296.00 289.08 295.79 295.96 Ngày 23/11/2001 T s_DEM ΔT ( o K) ( o K) 296.49 0.021 297.24 0.051 296.11 0.110 293.61 4.530 296.02 0.231 296.85 0.891 - Trong nội dung Luận án, nghiên cứu sinh xác định nhiệt độ không khí gần mặt đất Ta thông qua mối quan hệ tuyến tính nhiệt độ bề mặt đất Ts_DEM (sau hiệu chỉnh ảnh hưởng chênh cao địa hình) số liệu nhiệt độ bề mặt đo đạc thực địa 3.2.3.6 Tạo ảnh xạ ròng hấp thụ bề mặt đất trung bình ngày Sau tính tham số trung gian thay vào công thức (2.9) tính ảnh xạ ròng trung bình Rni (W/m2 /giờ) Bảng 3.10c: Bức xạ ròng trung bình trước sau hiệu chỉnh chênh cao địa hình DEM vị trí 06 điểm quan trắc T rạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yên 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyên 6.Bắc Kạn Rni (W/m / giờ) 438,60 470,40 434,60 590,90 450,10 409,10 Ngày 04/11/2000 Rni _DEM Δrni (W/m /giờ) (W/m / giờ) 4=2-3 443,40 -4,80 445,50 24,90 462,00 564,30 487,70 430,80 -27,40 26,60 -37,60 -21,70 Rni (W/m / giờ) 423,67 441,93 431,39 548,84 453,11 415,17 Ngày 23/11/2001 Rni _DEM Δrni (W/m /giờ) (W/m / giờ) 7=5-6 418,74 4,93 397,08 44,85 427,17 493,57 442,42 431,38 4,22 55,27 10,69 -16,21 - Ảnh biểu đồ phân bố xạ ròng hấp thụ bề mặt đất trung bình ngày chiết xuất từ ảnh vệ tinh LANDSAT-7 cho hai thời điểm ngày 04/11/2000 ngày 23/11/2001 Lưu vực Sông Cầu hình 3.14a hình 3.14b 17 0.0 (MJ/m2 /ngày) 17.38 0.0 (MJ/m2 /ngày) 23.13 Hình 3.14a: Bức xạ ròng trung Hình 3.14b: Bức xạ ròng bình ngày chiết xuất từ ảnh trung bình ngày chiết xuất từ LANDSAT-7 thời điểm ngày ảnh LANDSAT-7 thời điểm (04/11/2000) ngày (23/11/2001) 3.2.4 Xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa Lưu vực Sông Cầu dựa vào lượng xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh viễn thám theo phương pháp S-SEBI 3.2.4.1 Tỷ phần bốc thoát nước tức thời ETFi Đồ hình chọn đường biên xác định hệ số lý thuyết tỷ phần bốc thoát nước tức thời mô tả hình 3.15a hình 3.15b Hình 3.15a: Biểu đồ mô tả mối Hình 3.15b: Biểu đồ mô tả mối quan hệ nhiệt độ Ts quan hệ nhiệt độ Ts Suất phân sai bề mặt đất α ngày Suất phân sai bề mặt đất α 04/11/2000 ngày 23/11/2001 18 - Các hệ số a, b xác định thông qua mối quan hệ nhiệt độ bề mặt Ts suất phân sai bề mặt đất α (albedo) cho hai thời điểm ngày 04/11/2000 ngày 23/11/2001 thể bảng 3.13 Bảng 3.13 Hệ số a, b xác định tỷ phần bốc thoát nước tức thời ETFi thời điểm theo phương pháp S-SEBI Giá trị Các hệ số (ngày 04/11/2000) a b Các hệ số ngày (23/11/2001) a b 𝐓𝑯 46.45 -42.20 36.52 -31.10 𝐓𝑳𝑬 16.39 36.33 12.84 28.95 3.2.4.2 Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất trung bình ngày ETa (mm/ngày) Trong luận án trình bày bốc thoát nước thực tế ETa tính với ba trường hợp gồm: trước sau nhiệt độ Ts hiệu chỉnh chênh cao địa hình DEM sau hiệu chỉnh hệ số liên hệ c (kí hiệu ETa_VT1, ETa_VT2 ETa_VT3) 3.2.5 Thành lập phương trình xác định hệ số “liên hệ c” Phương pháp số cân lượng xạ bề mặt giản lược S-SEBI để xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa phương pháp đồ giải Trong hai phương pháp Priestley-Taylo phương pháp FAO-56 PM hai phương pháp sử dụng số liệu thực nghiệm Do vậy, để phương pháp S-SEBI ứng dụng điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu có tính chặt chẽ lý thuyết thực tiễn, hệ số “liên hệ c” cần phải xác định Công thức xác định hệ số “liên hệ c” đề xuất luận án sau: (3.1) 𝑐 =(ETa_PT)/(ETFi × ETo_Rnd_VT ) - Ảnh bôc thoát nước sau hiệu chỉnh tham số thể hình 3.20a hình 3.20b Kết đánh giá sai số thể bảng 3.15a bảng 3.15b Bảng 3.15a: Độ xác xác định ETa_VT3 (mm/ngày) theo phương pháp S-SEBI sau hiệu chỉnh hệ số c, ngày 04/11/2000 Trạm quan trắc ETa-VT1 (mm/ngày) 1.Bắc Ninh 2,Bắc Giang 3.Vĩnh Yê n 4.Tam Đảo 3.83 2.28 4.01 4.86 ETa-VT2 (mm/ngày) 3.82 2.28 3.02 4.67 ETa-VT3 (mm/ngày) 3.84 2.40 3.02 4.68 ETa-TĐ (mm/ngày) 4.9 3.9 3.1 4.3 Sai số thực (mm/ngày) 6=5-4 1.06 1.50 0.08 -0.38 19 5.Thái Nguyê n 6.Bắc Kạn Trung bình SSTP (mm/ngày) SSTĐTB the o % 3.03 3.18 3.53 1.07 25.26 3.39 3.15 3.39 0.92 19.27 3.39 2.65 3.33 0.87 17.86 4.4 2.8 1.01 0.15 3.9 4.57 0.00 6.34 0.0 Hình 3.20a: Ảnh ETa_VT3 Hình 3.20b: Ảnh ETa_VT3 (mm/ngày) ngày 04/11/2000 (mm/ngày) ngày 23/11/2001 Bảng 3.15b: Độ xác xác định ETa_VT3 (mm/ngày) theo phương pháp S -SEBI sau hiệu chỉnh hệ số c, ngày 23/11/2001 Trạm quan trắc ETa-VT1 (mm/ngày) 1.Bắc Ninh 2,Bắc Giang 3.Vĩnh Yê n 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyê n 6.Bắc Kạn Trung bình SSTP (mm/ngày) SSTĐTB the o % 2.67 2.37 2.89 4.11 2.97 2.59 2.93 0.50 15.14 ETa-VT2 (mm/ngày) 2.62 1.86 2.40 3.67 3.05 2.71 2.72 0.55 13.28 ETa-VT3 (mm/ngày) 2.60 2.29 2.40 3.71 3.05 2.75 2.80 0.44 11.41 ETa-TĐ (mm/ngày) 3.4 2.9 2.4 3.5 3.1 2.4 2.95 Sai số thực (mm/ngày) 6=5-4 0.80 0.61 0.00 -0.21 0.05 -0.35 20 3.2.6 Khảo sát xác định tham số a sử dụng phương pháp Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam Kết khảo sát tính toán lượng bốc thoát nước thực tế theo phương pháp Priestley-Taylor dựa vào xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh LANDSAT cho 07 trường hợp sử dụng tham số a khác gồm: a = 1.26, a = 0.90, a = 1.00, a = 0.95, a = 1.05, a theo tham số nhiệt độ Ts theo tham số Ts, albedo NDVI, với ký hiệu tương ứng ETa-PT1, ETa-PT2, ETa-PT3, ETa-PT4, ETa-PT5, ETa-PT6 ETa-PT7 (mm/ngày) trình bày bảng 3.18 bảng 3.19 Kết cho thấy hệ số a khoảng 0,95-1,05 cho phép tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất với sai số tuyệt đối trung bình đạt nhỏ 20% so với kết đo ngoại nghiệp Bảng 3.18: Khảo sát tính ETa_PT trung bình ngày theo phương pháp Priestley-Taylor với hệ số a khác ngày 04/11/2000 Trạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yên 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyên 6.Bắc Kạn SSTP ETaTĐ 4.9 3.9 3.1 4.3 4.4 ETaPT1 4.08 4.04 4.07 5.00 4.20 ETaPT2 2.92 2.88 2.90 3.57 3.00 ETaPT3 3.15 3.38 3.32 4.10 3.51 ETaPT4 3.08 3.05 3.07 3.77 3.17 ETaPT5 3.40 3.37 3.39 4.17 3.50 ETaPT6 3.28 2.07 3.73 5.66 2.65 ETaPT7 1.81 1.74 1.81 4.53 2.69 2.8 3.76 0.72 2.69 1.12 2.91 0.84 2.84 0.98 3.13 0.77 2.39 1.38 1.01 1.91 16.2 23.23 15.82 19.26 15.76 32.5 43.87 SSTĐTB % Bảng 3.19: Khảo sát tính ETa_PT trung bình ngày theo phương pháp Priestley-Taylor với hệ số a khác ngày 23/11/2001 Trạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yê n 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyê n 6.Bắc Kạn SSTP SSTĐTB % ETaTĐ 3.4 2.9 2.4 3.5 3.1 ETaPT1 3.57 3.55 3.60 4.26 3.73 ETaPT2 2.55 2.54 2.57 3.04 2.66 ETaPT3 2.83 2.82 2.86 3.38 2.96 ETaPT4 2.69 2.68 2.72 3.21 2.81 ETaPT5 2.97 2.96 3.00 3.55 3.11 ETaPT6 2.93 2.37 2.99 5.76 3.33 ETaPT7 1.48 1.25 1.56 2.94 1.83 2.4 3.34 0.79 24.6 2.39 0.46 12.95 2.65 0.33 9.16 2.52 0.37 10.99 2.79 0.34 8.65 3.03 1.03 26.64 0.92 1.36 43.41 21 3.2.7 Khảo sát bốc thoát nước tham chiếu ETo theo phương pháp FAO-56 PM từ lượng xạ ròng chiết xuất từ phương pháp khác Tính ET0 theo phương pháp FAO-56 PM, với 03 trường hợp: (1) Rnd_VT chiết xuất từ ảnh LANDSAT; (2) Rnd_FAO1 (trong xạ Mặt Trời tới Rs xác định theo công thức Ăngstrom); (3) Rnd_FAO2 (trong xạ Mặt Trời tới Rs xác định theo công thức thực nghiệm Việt Nam Trung tâm Khí tượng thuỷ văn đề xuất với Rs=n*0.25+6, với n số nắng thực) 3.2.8 Khảo sát mối quan hệ bốc thoát nước tham chiếu ETo với tham số Albedo, NDVI, Ts Rnd_VT tính toán từ ảnh viễn thám Bốc thoát nước tham chiếu ETo_Rnd_VT có mối tương quan mạnh với số thực vật NDVI (với hệ số tương quan R2 0.92 thời điểm ngày 04/11/2000 0.81 thời điểm ngày 23/11/2001) 3.2.9 Tính ảnh bốc thoát nước tham chiếu ETo dựa vào số thực vật NDVI Tính toán ảnh bốc thoát nước tham chiếu dựa vào hàm tương quan bốc thoát nước tham chiếu ETo_Rnd_VT NDVI với hàm số hệ số tương quan sau (với hàm tương quan y=1.9989*x+3.7475, hệ số Hệ số tương quan R2 =0.92 cho thời điểm ngày 04/11/2000 hàm tương quan y=2.0511*x+2.1793, hệ số Hệ số tương quan R2 =0.81 cho thời điểm ngày 23/11/2001 3.2.10 Xác định hệ số trồng Kc Cho tới Việt Nam hệ số trồng Kc chủ yếu xác định cho hệ số trồng đơn cho loại trồng khác Trong nội dung nghiên cứu, nghiên cứu sinh tính toán hệ số trồng hỗn hợp Kc trung bình tương ứng với pixel ảnh theo công thức Kc=ETa/ETo thể hình 3.25a hình 3.25b Ngoài Luận án phân ba khu vực đặc trưng Bắc Ninh, Vĩnh Phúc Bắc Kạn, cho thấy hệ số trồng Kc tính toán từ ảnh phù hợp với đồ trạng sử dụng đất khu vực 22 Hình 3.25a: Ảnh hệ số trồng Hình 3.25b: Ảnh hệ số trồng Kc ngày 04/11/2000 Kc ngày 23/11/2001 3.2.11 Khảo sát bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với tham số ETo_Rnd_VT, Rnd, Ts, NDVI, Albedo chiết xuất từ ảnh viễn thám Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI có mối tương quan mạnh với nhiệt độ Ts chiết xuất từ viễn thám (với hệ số tương quan R2 0.99 0.97) 3.2.12 Khảo sát mối quan hệ bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với tham số khí tượng đo đạc thực địa Kết tính hệ số tương quan hàm tương quan bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S_SEBI với tham số khí tượng đo đạc thực địa thể bảng 3.32 23 Bảng 3.32: Hệ số tương quan R2 ETa_VT3 theo phương pháp SSEBI với tham số khí tượng thực địa ngày 04/11/2000 ngày 23/11/2001 Tốc độ gió U2 ETa_VT3 (2000) ETa_VT (2001) 0.47 0.84 Giờ nắng thực n 0.23 0.07 Độ ẩm không khí RH 0.73 0.61 Nhiệt độ bề mặt Ts_TĐ 0.69 0.77 ETa_TĐ 0.38 0.34 3.2.13 So sánh đánh giá bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp S-SEBI từ xạ ròng trung bình ngày tính toán theo phương pháp khác Kết đánh giá bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp S-SEBI từ xạ ròng trung bình ngày với 03 trường hợp xạ ròng mục 3.2.7 làm sáng tỏ thêm luận điểm luận án KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ A KẾT LUẬN Kết nghiên cứu luận án “Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc xạ Mặt Trời Lưu vực Sông Cầu” khẳng định Ứng dụng tư liệu viễn thám cho phép chiết xuất lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 quy mô diện rộng, nhanh chóng hiệu Thông qua kết nghiên cứu thực nghiệm Luận án, nghiên cứu sinh rút số kết luận sau: Có thể thay tính toán xạ ròng theo phương pháp truyền thống (phương pháp FAO-56 PM) phương pháp viễn thám SSEBI, sai số tuyệt đối trung bình xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 Lưu vực Sông Cầu (cho hai trường hợp sau hiệu chỉnh nhiệt độ Ts hệ số “liên hệ c”) nhỏ 20% Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt Ts chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT, kết hợp với việc xác định hệ số “liên hệ c” nâng cao độ xác xác định lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu lên 5% Sử dụng phương pháp Priestley-Taylor cho điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu với ứng dụng ảnh LANDSAT, hệ số a 24 phương pháp nhận tối ưu khoảng 0,95-1,05, sai số tuyệt đối trung bình tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất không lớn 20% Dựa vào bốc thoát nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp viễn thám bốc thoát nước tham chiếu tính theo phương pháp FAO-56 PM giúp cho việc xác định hệ số trồng hỗn hợp Kc quy mô diện rộng nhanh Nghiên cứu sinh xây dựng ứng dụng thành công quy trình tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI cho điều kiện địa hình khí hậu Lưu vực Sông Cầu Việt Nam Có thể áp dụng quy trình tính toán bốc thoát nước thực tế bề mặt đất cho Lưu vực Sông Việt Nam (với điều kiện xác định tham số phù hợp với điều kiện khu vực) Bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 xác định theo phương pháp S-SEBI có mối tương quan mạnh với nhiệt độ Ts_TĐ độ ẩm không khí RH đo thực địa, nhiệt độ Ts_VT tính toán từ ảnh viễn thám Đây dẫn quan trọng cho cán khoa học đo đạc nhiệt độ Ts_TĐ độ ẩm không khí RH thực địa tính toán nhiệt độ Ts từ ảnh viễn thám phục vụ xác định bốc thoát nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp viễn thám Bốc thoát nước tham chiếu ETo_Rnd_VT có mối tương quan mạnh với số thực vật NDVI Do đó, xây dựng hàm hồi quy ETo_Rnd_VT số thực vật NDVI phục vụ công tác tính toán bốc thoát nước tham chiếu ETo_Rnd_VT cho toàn Lưu vực Sông Cầu B KIẾN NGHỊ Cần có thêm nghiên cứu ứng dụng phương pháp S-SEBI tính toán lượng bốc thoát nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 cho vùng có điều kiện địa hình khí hậu khác để kiểm chứng lại Mô hình Quy trình nhằm ứng dụng phương pháp viễn thám quy mô lãnh thổ Việt Nam Bốc thoát nước tham chiếu ETo có mối tương quan mạnh với số thực vật NDVI Trong tương lai, nghiên cứu sinh tiêp tục nghiên cứu tính toán hệ số trồng Kc thông qua số thực vật NDVI điều kiện Việt Nam  ... Kết nghiên cứu luận án Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc xạ Mặt Trời Lưu vực Sông Cầu khẳng định Ứng dụng tư liệu viễn thám cho phép chiết xuất lượng bốc thoát nước. .. quan nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát nước từ lượng xạ Mặt Trời 1.3.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới Việc ứng dụng ảnh viễn thám tính toán lượng bốc thoát nước. .. nguyên nước cách có hiệu Với tính cấp thiết nêu trên, luận án tiến sĩ đề xuất Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc xạ Mặt Trời Lưu vực Sông Cầu Mục tiêu nghiên cứu Mục