giám sát diễn biến nhiệt độ bề mặt khu vực đồng bằng sông cửu long sử dụng ảnh modis

GIÁM SÁT DIỄN BIẾN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT KHU VỰC ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG SỬ DỤNG ẢNH MODIS PHẦN 1: TỔNG QUAN Nhiệt bề mặt đặc điểm vùng nghiên cứu 1.1 Nhiệt độ bề mặt Nhiệt độ bề mặt nhân tố quan trọng nghiên cứu môi trường, đặc biệt bối cảnh mà vấn đề biến đổi khí hậu tồn cầu trọng quan tâm Phương pháp truyền thống để tính tốn nhiệt độ bề mặt sử dụng thiệt bị đo đạc đặt trạm quan trắc mặt đất từ tính tốn nội suy cho toàn khu vực dựa kết thu nhận trạm quan trắc Tuy nhiên, phương pháp phản ánh xác nhiệt độ cục xung quanh trạm đo chưa đảm bảo cho tồn khu vực, khó để thiết lập hệ thống trạm quan trắc với mật độ dày đặc, liên tục theo thời gian Với đời phát triển công nghệ viễn thám, phương pháp tính tốn nhiệt độ bề mặt phát triển bước lớn việc sử dụng cảm hồng ngoại nhiệt với kênh phổ có bước sóng khoảng từ 8μm đến 14μm để thu nhận tín hiệu Trên giới có nhiều nghiên cứu cách tính nhiệt độ bề mặt sử dụng kênh hồng ngoại nhiệt loại liệu vệ tinh khác GOES, AVHRR, MODIS với độ phân giải 1km; với độ phân giải cao liệu vệ tinh ASTER (90m) LANDSAT (30m) Cho tới nay, có nhiều cách tiếp cận phương pháp tính toán nhiệt độ bề mặt giới thiệu sử dụng Một số phương pháp đơn giản áp dụng cách tính chuyển giá trị số (DN) sang giá trị xạ phổ (radiometric) trực tiếp từ kênh nhiệt, từ sử dụng thuật tốn khác để tính nhiệt độ bề mặt Tuy nhiên, lượng mặt trời chiếu tới, nhiệt độ bề mặt bị ảnh hướng độ phát xạ bề mặt hiệu ứng khí Để nâng cao độ xác, kênh nhiệt hiệu chỉnh khí để loại nhiễu Nhưng thơng thường khó để thu thập đầy đủ thơng số khí thời điểm quan trắc, nhiều nghiên cứu bỏ qua bước Độ phát xạ bề mặt phụ thuộc vào loại hình bề mặt lớp phủ mặt đất Nhiều nghiên cứu giả thiết độ phát xạ bề mặt số sử dụng hệ số độ phát xạ lấy từ sở liệu đo đạc, công nhận qua thí nghiệm cho đối tượng lớp phủ Việt Nam năm gần bước đầu nghiên cứu sử dụng ảnh hồng ngoại nhiệt để tính nhiệt độ bề mặt phần lớn sử dụng phương pháp ước tính nhiệt độ đơn giản kết nhanh Một số nghiên cứu sử dụng cơng thức Plank để ước tính nhiệt độ bề mặt từ kênh hồng ngoại nhiệt không sử dụng số phát xạ bề mặt, sử dụng độ phát xạ số chung cho đối tượng lớp phủ điển hình tồn khu vực Bài viết giới thiệu nghiên cứu tính tốn nhiệt độ bề mặt đất sử dụng phương pháp xác định độ phát xạ số thực vật NDVI, phương pháp thay việc sử dụng hệ số phát xạ chung cho toàn khu vực phương pháp truyển thống cho kết đánh giá nhiệt bề độ mặt sát với thực tế 1.2 Đặc điểm vùng nghiên cứu 1.2.1 Các tỉnh thành phố Khu vực Đồng sông Cửu Long gồm 13 tỉnh thành phố giới thiệu bảng sau: Stt Tên tỉnh – thành phố Stt Tên tỉnh – thành phố An Giang Sóc Trăng Bến Tre Tiền Giang Bạc Liêu 10 Trà Vinh Cà Mau 11 Vĩnh Long Đồng Tháp 12 Thành phố Cần Thơ Hậu Giang 13 Kiên Giang Long An 1.2.2 Điều kiện tự nhiên - Vị trí địa lý Đồng sơng Cửu Long phận châu thổ sơng Mekong có diện tích 39.734 km² Có vị trí nằm liền kề vùng Đơng Nam Bộ, phía Bắc giáp Campuchia, phía Tây Nam vịnh Thái Lan, phía Đơng Nam Biển Đơng Các điểm cực ĐBSCL đất liền: điểm cực Tây 106°26´Đ (xã Mỹ Đức, Thị xã Hà Tiên, tỉnh Kiên Giang), cực Đông 106°48´Đ (xã Tân Điền, huyện Gị Cơng Đơng, tỉnh Tiền Giang), cực Bắc 11°1´B (xã Lộc Giang, huyện Đức Hoà, tỉnh Long An) cực Nam 8°33´B (huyện Đất Mũi, huyện Ngọc Hiển, tỉnh Cà Mau) Ngồi ra, cịn có đảo xa bờ Việt Nam đảo Phú Quốc, quần đảo Thổ Chu, hịn Khoai Hình 1.1: Khu vực Đồng sơng Cửu Long - Địa hình Vùng Đồng sơng Cửu Long Việt Nam hình thành từ trầm tích phù sa bồi dần qua kỷ nguyên thay đổi mực nước biển; qua giai đoạn kéo theo hình thành vùng đất cát giồng dọc theo bờ biển Ngồi ra, cịn có vùng đất trũng thấp vùng Đồng Tháp Mười, tứ giác Long Xuyên – Hà Tiên, tây nam sông Hậu bán đảo Cà Mau Địa hình vùng tương đối phẳng, độ cao trung bình - 5m, có khu vực cao 0,5 - 1m so với mặt nước biển - Khí hậu Nền khí hậu nhiệt đới ẩm với tính chất cận xích đạo thể rõ rệt Nhiệt độ trung bình năm 24 – 270C, biên độ nhiệt trung bình năm – 300C, chênh lệch nhiệt độ ngày đêm thấp, có bão nhiễu loạn thời tiết Có hai mùa rõ rệt, mùa mưa tập trung từ tháng - 10, lượng mưa chiếm tới 99% tổng lượng mưa năm Mùa khô từ tháng 11 đến tháng năm sau, khơng có mưa Có thể nói yếu tố khí hậu vùng thích hợp cho sinh vật sinh trưởng phát triển, tiền đề cho việc thâm canh, tăng vụ - Thủy văn Với hệ thống hạ lưu sông Mekong Việt Nam hai nhánh sông Tiền sông Hậu tổng lượng nước sông Cửu Long 500 tỷ mét khối Trong sơng Tiền chiếm 79% sơng Hậu chiếm 21% Chế độ thuỷ văn thay đổi theo mùa Mùa mưa nước sông lớn vào tháng 9, tháng 10 làm ngập vùng trũng Đồng Tháp Mười, Tứ giác Long Xuyên Về mùa này, nước sông mang nhiều phù sa bồi đắp cho đồng Về mùa khô, lượng nước giảm nhiều, làm cho thuỷ triều lấn sâu vào ĐBSCL làm vùng đất ven biển bị nhiễm mặn nghiêm trọng Chế độ nước ngầm phức tạp, phần lớn độ sâu 100 mét Nếu khai thác nhiều làm nhiễm mặn vùng - Thổ nhưỡng Diện tích đất vùng bao gồm nhóm đất sau: + Đất phù sa: Phân bố chủ yếu vùng ven hệ thống sông Tiền sông Hậu, diện tích 1,2 triệu chiếm 29,7% diện tích đất tự nhiên tồn vùng khoảng 1/3 diện tích đất phù sa nước Nhóm đất có độ phì cao cân đối, thích hợp nhiều loại trồng lúa, ăn quả, màu, công nghiệp ngắn ngày + Nhóm đất phèn: Phân bố vùng Đồng Tháp Mười Hà Tiên, vùng trũng trung tâm đảo Cà Mau với tổng diện tích 1,2 triệu chiếm 40% diện tích tồn vùng Đất có hàm lượng độc tố cao, tính chất lý yếu, nứt nẻ nhanh + Nhóm đất xám: Diện tích 134.000 chiếm 3,4% diện tích tồn vùng Phân bố chủ yếu dọc biên giới Campuchia, bậc thềm phù sa cổ vùng Đồng Tháp Mười Đất nhẹ, tơi xốp, độ phì thấp, độc tố bình thường Ngồi cịn có nhóm đất khác đất cát giồng, than bùn, đất đỏ vàng, đất xói mịn… chiếm diện tích khơng đáng kể khoảng 0,9% diện tích tồn vùng Nhìn chung đất đai thuận lợi cho phát triển nơng nghiệp, thích hợp trồng lúa, dừa, mía, dứa, ăn 1.2.3 Đặc điểm dân số Theo kết điều tra dân số ngày 01/04/2011, dân số vùng Đồng sông Cửu Long 17.325.167 người, chiếm 19,8% dân số nước Đồng sông Cửu Long vùng đất hội cư nhiều tộc người, chủ yếu người Việt (90%), người Khơme (6%), người Hoa (2%), lại người Chăm 1.2.4 Tình hình kinh tế - xã hội Theo báo cáo tổng kết năm 2012 Ban đạo Tây Nam Bộ: Đồng sơng Cửu Long có lợi phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt lĩnh vực phát triển nông nghiệp trồng lúa, trông ăn trái du lịch Đây vùng gọi vựa lúa lớn nước - Ngành nông nghiệp Lúa gạo chiếm 50% sản lượng nước, 90% kim ngạch xuất nước (20% lượng gạo xuất toàn cầu), trái chiếm 38% diện tích (400 ngàn ha), 70% sản lượng trái nước - Ngành ngư nghiệp Đồng sông Cửu Long chiếm 70% diện tích ni trồng thủy sản, suất đạt 58% nước, chiếm 60% kim ngạch xuất nước - Ngành lâm nghiệp Khôi phục rừng tràm vùng đất mặn ven biển Duy trì mở rộng diện tích rừng ngập mặn ven biển Tuy nhiên không khắc phục nạn cháy rừng nên diện tích rừng năm gần bị giảm nhanh chóng - Ngành cơng nghiệp Chủ yếu công nghiệp chế biến lương thực thực phẩm với 20% giá trị gia tăng công nghiệp vùng Tuy nhiên chủ yếu sơ chế nên chất lượng hiệu thấp Các ngành khác dệt, may, sản xuất vật liệu xây dựng (chiếm 12% giá trị gia tăng cơng nghiệp vùng); hố chất tăng trưởng nhanh thời gian qua Công nghiệp vùng phân bố chủ yếu đô thị lớn Cần Thơ, thị xã, tỉnh lỵ - Ngành dịch vụ Đồng sơng Cửu Long có nhiểu tiềm để phát triển du lịch, vùng hình thành điểm du lịch có ý nghĩa quốc gia Điểm du lịch Cần Thơ mang sắc thái vùng Tây Đô; hệ sinh thái rừng ngập mặn Cà Mau; du lịch đảo Phú Quốc… hàng loạt điểm du lịch khác bảo tàng Long An, sông Vàm Cỏ, chợ Cái Bè… Từ điểm du lịch hình thành lên cụm du lịch Cụm du lịch Cần Thơ, Cụm du lịch Tiền Giang, cụm du lịch Châu Đốc; Cụm du lịch Năm Căn (Cà Mau) Giới thiệu viễn thám ảnh MODIS 2.1 Giới thiệu Viễn Thám Kỹ thuật viễn thám, thành tựu kỹ thuật vũ trụ đạt đến trình độ cao trở thành kỹ thuật phổ biến ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội, nước phát triển có trình độ khoa học kỹ thuật tiên tiến mà nước phát triển kinh tế lạc hậu 2.1.1 Khái niệm - Định nghĩa Viễn thám khoa học nghiên cứu phương pháp thu thập, đo lường phân tích thơng tin vật thể, quan sát mà không cần tiếp xúc trực tiếp với chúng [2] - Nguyên lý viễn thám Sóng điện từ phản xạ xạ từ vật thể nguồn cung cấp thơng tin chủ yếu đặc tính đối tượng Ảnh viễn thám cung cấp thông tin vật thể tương ứng với lượng xạ ứng với bước sóng xác định Đo lường phân tích lượng phản xạ phổ ghi nhận ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu ích loại lớp phủ mặt đất khác tương tác xạ điện từ vật thể Một thiết bị dùng để cảm nhận sóng điện từ phản xạ hay xạ từ vật thể gọi cảm biến (có thể máy chụp ảnh, máy quét) Phương tiện mang sensors gọi vật mang (có thể máy bay, vệ tinh, khinh khí cầu, tàu thoi) Nguồn lượng thường sử dụng viễn thám xạ mặt trời, lượng sóng điện từ vật thể phản xạ hay xạ thu nhận cảm biến đặt vật mang Thông tin lượng phản xạ vật thể ghi nhận ảnh viễn thám thông qua xử lý tự động máy giải đoán trực tiếp từ ảnh dựa kinh nghiệm chuyên gia Cuối cùng, liệu thông tin liên quan đến vật thể tượng khác mặt đất ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác như: nông lâm nghiệp, địa chất, khí tượng, mơi trường [2] Hình 1.2: Thu nhận, xử lý ứng dụng liệu viễn thám Trong đó: A: lượng sóng điện từ xạ từ nguồn cung cấp B: lượng tương tác với phần tử khí C: đến mặt đất, lượng tương tác với bề mặt vật thể D: lượng phản xạ tách ghi nhận cảm biến E: truyền liệu trạm thu để xử lý F: giải đốn phân tích ảnh viễn thám G: ứng dụng ảnh viễn thám vào lĩnh vực liên quan 2.1.2 Phân loại viễn thám theo dải phổ điện từ Viễn thám phân thành loại ứng với vùng bước sóng sử dụng [2]: - Viễn thám dải sóng nhìn thấy hồng ngoại phản xạ: Nguồn lượng xạ mặt trời Ảnh viễn thám nhận dựa vào đo lường ánh sáng khả kiến hồng ngoại phản xạ từ vật thể bề mặt trái đất Hình 1.3: Viễn thám có nguồn lượng xạ mặt trời - Viễn thám hồng ngoại nhiệt: Nguồn lượng sử dụng xạ nhiệt vật thể sản sinh Mỗi vật thể nhiệt độ bình thường tự phát xạ Ảnh thu gọi ảnh nhiệt - Viễn thám siêu cao tần: Trong viễn thám siêu cao tần, hai loại kỹ thuật thụ động chủ động áp dụng Viễn thám thụ động, thông tin nhận dựa vào xạ siêu cao tần vật thể phát Viễn thám siêu cao tần chủ động thu phản xạ sóng từ vật thể cung cấp cho chúng nguồn lượng riêng (Radar) a) Viễn thám bị động b) Viễn thám chủ động Hình 1.4: Viễn thám bị động chủ động 2.1.3 Ưu điểm công nghệ viễn thám Công nghệ viễn thám phần công nghệ vũ trụ, phát triển nhanh chóng áp dụng nhiều lĩnh vực phổ biến rộng rãi nước phát triển Công nghệ viễn thám trở thành phương tiện chủ đạo cho công tác giám sát tài nguyên thiên nhiên, mơi trường biến đổi khí hậu cấp độ nước, khu vực phạm vi tồn cầu Khả ứng dụng cơng nghệ viễn thám ngày nâng cao, lý dẫn đến tính phổ cập cơng nghệ Cơng nghệ viễn thám có ưu việt sau: - Độ phủ trùm không gian tư liệu bao gồm thông tin tài nguyên, môi trường diện tích lớn trái đất gồm khu vực khó đến rừng nguyên sinh, đầm lầy hải đảo - Khả giám sát biến đổi tài nguyên môi trường trái đất chu kỳ quan trắc lặp liên tục đối tượng mặt đất máy thu viễn thám Khả cho phép công nghệ viễn thám ghi lại biến đổi tài nguyên môi trường giúp công tác giám sát, kiểm kê tài nguyên thiên nhiên môi trường - Sử dụng dải phổ đặc biệt khác để quan trắc đối tượng (ghi nhận đối tượng), nhờ khả mà tư liệu viễn thám ứng dụng cho nhiều mục đích, có nghiên cứu khí hậu, nhiệt độ Trái đất - Cung cấp nhanh tư liệu ảnh số có độ phân giải cao siêu cao, liệu cho việc thành lập hiệu chỉnh hệ thống đồ quốc gia hệ thống sỡ liệu địa lý quốc gia Với ưu điểm trên, công nghệ viễn thám trở thành công nghệ chủ đạo cho quản lý, giám sát tài nguyên thiên nhiên, môi truờng biến đổi khí hậu nước ta 2.2 Giới thiệu ảnh MODIS 2.2.1 Đặc điểm Ảnh MODIS thu nhận từ hai hệ thống vệ tinh chính, bao gồm: MODIS Terra (hay gọi EOS AMI) MODIS Aqua (hay gọi EOS PMI) NASA phóng vào vũ trụ ngày 18 tháng 12 năm 1999 ngày 04 tháng năm 2002 Với tầm quan sát lên đến 2.330 km, chiều dài 10 km góc quét ±550, vệ tinh quan trắc gần tồn trái đất ngày đêm trừ số dãy hẹp vùng xích đạo dãy phủ kín vào ngày hơm sau Bảng 1.1: Các thơng số kỹ thuật ảnh MODIS [3] Độ cao quỹ đạo 705 km Quỹ đạo Đồng mặt trời Thời gian qua xích đạo 10:30 am 1:30 pm Tốc độ truyền liệu 11 Mbps (mỗi ngày đêm) Độ phủ 2330 km Kích thước 1.0 x 1.6 x 1.0 m Trọng lượng 228.7 kg Độ phân giải xạ 12 bit 250 m (kênh 1-2) Độ phân giải không gian 500 m (kênh 3-7) 1000 m (kênh 8-36) Chu kỳ lặp 1-2 ngày Ảnh thu nhận liệu 36 kênh phổ phạm vi bước sóng từ: 0.4μm đến 14.4μm Nếu thu nhận liệu ảnh vào ban đêm thu nhận kênh hồng ngoại nhiệt (từ kênh 20 đến kênh 36) Dưới bảng liệt kê 36 kênh phổ theo độ phân giải khơng gian bước sóng mục đích sử dụng kênh: Bảng 1.2: 36 kênh phổ ảnh MODIS [3] Mục đích sử dụng Nghiên cứu đường biên đất/mây/aerosols Nghiên cứu đặc tính đất / mây/ aerosols Kênh Bước sóng Phản xạ phổ 620 – 670 21.8 841 – 876 24.7 459 – 479 35.3 545 – 565 29.0 1230 – 1250 5.4 1628 – 1652 7.3 Đây nguồn tư liệu hữu ích phổ biến sử dụng tính tốn số theo dõi khơ hạn ngày b) Tình hình nghiên cứu nước Cũng giới, nghiên cứu hạn hán Việt Nam quan tâm ý Các đề tài nghiên cứu hạn hán Việt Nam phát triển 10 năm trở lại tập trung vào vấn đề chủ yếu: - Các nghiên cứu hạn hán tác động tới dân sinh, kinh tế, xã hội - Các giải pháp, phòng chống, giảm nhẹ hạn hán + giải pháp cơng trình xây dựng cơng trình thu trữ, điều tiết nước + giải pháp phi cơng trình nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo, cảnh báo sớm, giải pháp thể chế sách giảm nhẹ hán hán, sử dụng tài nguyên nước hiệu quả, hợp lý Từ năm 2007, TS Trần Hùng thực đề tài “Sử dụng tư liệu MODIS theo dõi độ ẩm đất/ thực vật bề mặt: Thử nghiệm với số mức độ khô hạn nhiệt độ - thực vật (TVDI)” Nghiên cứu tập trung vào mối quan hệ số thực vật (NDVI) nhiệt độ bề mặt từ liệu ảnh vệ tinh Chỉ số TVDI tính tốn số liệu thời gian ảnh MODIS cho mùa khô liên tiếp 2000-2001, 2001-2002, 2002-2003 Sự phân bố không gian thay đổi theo thời gian (trong mùa năm) số TVDI bước đầu chứng tỏ giá trị số việc theo dõi độ ẩm đất/ thực vật bề mặt Những kết ban đầu cho thấy hiệu việc sử dụng tư liệu MODIS với độ phân giải thời gian cao việc theo dõi biến động hệ sinh thái vùng nhiệt đới Hơn nữa, sử dụng số TVDI kết hợp với số hạn hán khác quan trắc khí tượng tích lũy nhiều năm để nghiên cứu biến đổi khí hậu xây dựng hệ thống theo dõi phát hiện, dự báo sớm biến động, thảm họa nông lâm nghiệp cấp khu vực Đây tài liệu nghiên cứu hữu ích cho đề tài sau Năm 2014, PGS.TS Dương Văn Khảm, Nguyễn Hữu Quyền Trần Thị Tâm thực đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ viễn thám giám sát hạn hán Tây Nguyên” Bài viết trình bày kết nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ viễn thám đánh giá hạn hán Tây Nguyên dựa số hạn LSWI TVDI Hai số tính từ ảnh viễn thám đối chiếu với số liệu đo đạc thực địa để phân ngưỡng (từ thấp đến cao) theo mức sau: hạn nặng, hạn vừa, hạn nhẹ, bình thường ẩm Trong trình nghiên cứu, nhà khoa học cho thấy phân bố giá trị LSWI TVDI tương đối phù hợp với phân bố khu vực khô hạn Vùng Tây Nguyên khu vực căng thẳng hạn hán Kết nghiên cứu cho thấy việc sử dụng số khô hạn LSWI TVDI phù hợp với tỉnh Tây Nguyên, vừa đảm bảo tính chất sinh- vật lý trình hạn hán trồng, vừa đảm bảo tính thực tiễn hạn hán Tây Nguyên Đề tài “Ứng dụng viễn thám đánh giá nguy hạn hán khu vực huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận” tác giả Trịnh Lê Hùng Đào Khánh Hoài thực năm 2015 Bài báo trình bày kết đánh giá nguy hạn hán khu vực huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận từ tư liệu ảnh vệ tinh đa phổ LANDSAT sử dụng số khô hạn nhiệt độ thực vật (TVDI) Kết cho thấy, phần lớn diện tích huyện Bắc Bình có mức độ khơ hạn trung bình cao Diện tích khu vực dự báo khơng có nguy khơ hạn khơ hạn nhẹ tập trung chủ yếu phía Bắc nơi có thảm rừng che phủ Nhìn chung tượng hạn hán huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận có xu hướng diễn ngày mạnh, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường sống hoạt động sản xuất người dân Kết nhận sử dụng thành lập tỉ lệ 1: 100.000, góp phần ứng phó giảm thiểu ảnh hưởng hạn hán đến môi trường sống hoạt động sản xuất Phương pháp nghiên cứu: 3.1 Tạo ảnh số thực vật NDVI từ ảnh vệ tinh MOD09GQ - ảnh MOD09GQ có độ phân giải không gian 250m, chu kỳ quan sát ngày Sản phẩm cung cấp ước lượng phản xạ quang phổ bề mặt chúng đo mức mặt đất khơng có tán xạ hấp thụ khí Ảnh dùng để tính tốn giá trị số thực vật NDVI Các thông số kênh phổ cần thiết ảnh trình bày bảng dưới: Bảng 1.4: Các kênh phổ cảm MODIS sử dụng việc tính tốn NDVI [7] Kênh MODIS Kênh (Red) Bước sóng Độ rộng bước sóng Độ phân giải (μm) (μm) (m) 0.620-0.670 0.050 250 Kênh (NIR) 0.841-0.876 0.035 250 Chỉ số thực vật tính theo cơng thức: 𝑁𝐷𝑉𝐼 = 𝑁𝐼𝑅 − 𝑅𝑒𝑑 𝑁𝐼𝑅 + 𝑅𝑒𝑑 Trong đó: NIR: phổ phản xạ kênh cận hồng ngoại (kênh 2) Red: phổ phản xạ kênh đỏ (kênh 1) NDVI nhận giá trị khoảng [-1;1] Từ giá trị NDVI xác định trạng thái sinh trưởng phát triển thực vật 3.2 Tạo ảnh nhiệt độ bề mặt từ ảnh MOD11A1 Dữ liệu ảnh MOD11A1 cung cấp nhiệt độ giá trị độ phát xạ pixel, tạo thuật toán LST phân chia cửa sổ tổng quát Những ảnh sau thu thập lọc mây xử lý theo quy trình kỹ thuật sau để xác định nhiệt độ bề mặt: 3.2.1 Chuyển đổi định dạng tập tin ảnh: liệu ảnh MOD11A1 tải từ Google Earthengine (https://code.earthengine.google.com/de7ac4010d9976b77aa3bec8fedf9f4a) với định dạng Geotiff chuyển định dạng HDR phần mềm ENVI 3.2.2 Chuyển đổi hệ quy chiếu phù hợp với vùng nghiên cứu: liệu MODIS với hệ quy chiếu SIN (Sinusoidal) chuyển hệ quy chiếu UTM (Universal Transverse Mercator) để tương thích với đồ DBSCL có Cơng cụ sử dụng để phục vụ cho việc chuyển đổi MODIS Conversion Toolkit phần mềm ENVI 3.2.3 Xác định nhiệt độ độ sáng vệ tinh 𝑇𝐵 [8] 𝑇𝐵 = 𝐾2 ln (1 + 𝐾1 ) 𝐿𝜆 Với: 𝐾1 , 𝐾2: số ảnh hồng ngoại nhiệt MODIS (kênh 31) 𝐿𝜆 : giá trị xạ phổ 2ℎ𝑐 𝐾1 = 𝜆 𝐾2 = 𝑊 ( ) 𝑚 𝑠𝑟 𝜇𝑚 ℎ𝑐 𝑘𝜆 (𝐾) 𝐿𝜆 (𝑇) = 𝐷𝑁 ∗ 𝑠𝑐𝑎𝑙𝑒𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 + 𝑎𝑑𝑑𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 ( 𝑊 𝑚2 𝜇𝑚 Trong đó: ℎ = 6.62606876 ∗ 10−34 𝑐 = 2.99792458 ∗ 108 𝑘 = 1.3806503 ∗ 10−23 (𝐽 𝑠) : số Plank (𝑚 𝑠 −1) : vận tốc ánh sáng (𝐽 𝐾 −1 ) : số Boltzmann ) [10] Scale_factor = 0.002 [10] Add_ offset = 0.49 [10] 3.2.4 Tính độ phát xạ bề mặt 𝜖 = 𝜖𝑣 𝑃𝑣 + 𝜖𝑠 (1 − 𝑃𝑣 ) Với: Pv : tỷ lệ thực vật pixel 𝜖𝑠 , 𝜖𝑣 : độ 𝑝ℎá𝑡 𝑥ạ 𝑐ủ𝑎 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 𝑡ℎ𝑢ầ𝑛 𝑛ℎấ𝑡 đấ𝑡 (𝑠)𝑣à 𝑡ℎự𝑐 𝑣ậ𝑡 (𝑣) 3.2.5 Tính nhiệt độ mặt đất 𝐿𝑆𝑇 = 𝑇𝐵 𝜖4 3.3 Tính tốn số khơ hạn TVDI từ lớp giá trị LST NDVI [7] Xác định đường “giới hạn khơ” (rìa khơ) “giới hạn ướt” (rìa ướt) ảnh thơng qua phương trình hồi quy tuyến tính với tham số LST NDVI Sau xác đinh “giới hạn khô” “giới hạn ướt” cho chuỗi ảnh mùa khơ Tính tốn số TVDI sử dụng thuật toán phần mềm ENVI [7] Trong điều kiện khí hậu, nhiệt độ bề mặt LST nhỏ bề mặt có độ bay cực đại lượng nước bão hòa, tạo nên đường đáy “rìa ướt” tam giác khơng gian (LST NDVI), nói cách khác, mơ hình hóa thành đường nằm ngang Ngược lại, bề mặt có độ bay cực tiểu bề mặt khơ (dù có hay khơng có phủ thực vât) nhiệt độ bề mặt LST tăng cực đại – tạo nên đường hạn chế “rìa khơ” tam giác khơng gian (LST, NDVI) [9] Hình 1.5: ảnh minh họa đồ thị phân tán NDVI/LST Hình 1.6: sơ đồ xác định số TVDI 𝑇𝑉𝐷𝐼 = 𝑇𝑠 − 𝑇𝑠𝑚𝑖𝑛 𝑇𝑠𝑚𝑎𝑥 − 𝑇𝑠𝑚𝑖𝑛 Trong đó: Tsmin: nhiệt độ bề mặt cực tiểu xác định rìa ướt Ts: nhiệt độ bề mặt quan sát pixel ảnh cần tính Tsmax = a+ b*NDVI NDVI: số thực vật chuẩn 3.4 Phân vùng khô hạn [7] Trên liệu ảnh số khô hạn TVDI, giá trị DN giá trị khô hạn nhiệt độ/ thực vật giá trị TVDI dao động khoảng đến 1, thang đánh giá chia thành nhóm theo Han et al (2010) Khoảng giá trị TVDI Phân loại [0,0 – 0,2] Rất ướt [0,1 – 0,4] Ướt [0,4 – 0,6] Bình thường [0,6 – 0,9] Khô [0,9 – 1,0] Rất khô 3.5 Kiểm tra thực địa 3.6 Đánh giá diễn biến khơ hạn PHẦN 2: THỰC HÀNH TÍNH TỐN TRÊN ẢNH CỤ THỂ Dữ liệu download gồm ảnh quang ảnh nhiệt có tên cụ thể bảng sau: Stt Tên ảnh download Loại ảnh MOD09GQ.A2013019.h28v07.005.2013021052553 ảnh quang MOD09GQ.A2013019.h28v08.005.2013021052412 ảnh quang MOD11A1.A2013019.h28v07.005.2013022202915 ảnh nhiệt MOD11A1.A2013019.h28v08.005.2013022202815 ảnh nhiệt Ảnh sau tải chuyển đổi hệ quy chiếu từ Sinusoidal hệ quy chiếu UTM, múi chiếu 48 elipsoid WGS-84 phần mềm Snap Desktop Ảnh MOD09.h28v07 trước nắn Ảnh MOD09.h28v07 sau nắn Gộp kênh kênh ảnh quang công cụ Layer Stacking Giao diện sử dụng công cụ Layer Stacking Sử dụng công cụ Seamless Mosaic, ghép ảnh loại lại với để có liệu tồn khu vực đồng Sông Cửu Long Giao diện sử dụng công cụ Seamless Mosaic Ảnh trước sau ghép: ảnh trước ghép ảnh kết sau ghép Sử dụng công cụ Georeference để chuyển ảnh độ phân giải không gian 250m, nhằm phục vụ cho việc tính tốn bước sau Giao diện sử dụng công cụ georeferenced cắt ảnh theo ranh giới hành khu vực đồng sông cửu long , sử dụng công cụ Subset data from Rois Ảnh đầu vào Ảnh kết Dùng cơng cụ Band Math phục vụ việc tính tốn + tính số thực vật NDVI 𝑁𝐷𝑉𝐼 = 𝐵2 − 𝐵1 𝐵2 + 𝐵1 Trong đó: B2: phổ phản xạ kênh cận hồng ngoại (kênh 2) B1: phổ phản xạ kênh đỏ (kênh 1) NDVI nhận giá trị khoảng [-1,000000 ; 0.985337] + tính hợp phần thực vật Pv 𝐵1 + 𝑃𝑣 = ( ) 0.985337 Hợp phần thực vật tỷ lệ thực vật pixel + Tính độ phát xạ bề mặt 𝜖 𝜖 = 𝜖𝑣 𝑃𝑣 + 𝜖𝑠 (1 − 𝑃𝑣 ) Trong đó: Pv : tỷ lệ thực vật pixel 𝜖𝑠 , 𝜖𝑣 : độ 𝑝ℎá𝑡 𝑥ạ 𝑐ủ𝑎 𝑝𝑖𝑥𝑒𝑙 𝑡ℎ𝑢ầ𝑛 𝑛ℎấ𝑡 đấ𝑡 (0.99)𝑣à 𝑡ℎự𝑐 𝑣ậ𝑡 (0.95) + tính giá trị xa phổ Lλ 𝐿𝜆 = 𝐵1 ∗ 9.55 + tính nhiệt độ sáng TB 𝑇𝐵 = 𝑇𝐵 = 𝐾2 ln (1 + 𝐾1 ) 𝐿𝜆 1306.28 734.99 ln (1 + ) 𝐵1 Dựa vào cơng thức đề cập phần trước, tính K1 = 734.99 ( 𝑊 ) 𝑚 𝑠𝑟.𝜇𝑚 K2 = 1306.28 (K) + tính LST (độ K) 𝐿𝑆𝑇 = 𝑇𝐵 𝜖4 Nhiệt độ bề mặt nhận giá trị khoảng [297.532318 ; 299.320282] + tính giá trị nhiệt độ bề mặt (độ C) 𝐿𝑆𝑇𝐶𝑒𝑙𝑐𝑖𝑢𝑠 = 𝐿𝑆𝑇 − 273 Nhiệt độ bề mặt (độ C) nằm nhận giá trị khoảng [24.532318 ; 26.320282] ảnh LST xếp theo thang màu Red ảnh LST xếp theo than màu Rainbow TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Thuc, T., "Xây dựng đồ hạn hán mức độ thiếu nước sinh hoạt Nam Trung Bộ Tây Nguyên Viện Khoa Học Khí Tượng Thủy Văn Và Mơi Trường, Hà Nội," 2008 [2] Trung, L V., Viễn thám, 2010 [3] http://modis.gsfc.nasa.gov/about/specifications.php [4] https://lpdaac.usgs.gov/sites/default/files/public/mrt41_usermanual_032811.pdf [5] Wanders, N., Van Lanen, H A., and van Loon, A F., "Indicators for drought characterization on a global scale," 2010 [6] Wilhite, D A., "Drought as a natural hazard: concepts and definitions", 2000 [7] Huong, H T T., Quang, T C., Dan, T T., “Ứng dụng ảnh MODIS theo dõi thay đổi nhiệt độ bề mặt đất tình hinh khơ hạn đồng sơng cửu long”, 2012 [8] Vu, P H., Viễn thám, 2016 [9] Trinh, T T T., [10]https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/api/v1/filespec/product=MOD11A1&collecti on=5 [11] https://icess.eri.ucsb.edu/modis/LstUsrGuide/MODIS_LST_products_Users_guide_C5.pd f ... cứu sử dụng ảnh hồng ngoại nhiệt để tính nhiệt độ bề mặt phần lớn sử dụng phương pháp ước tính nhiệt độ đơn giản kết nhanh Một số nghiên cứu sử dụng cơng thức Plank để ước tính nhiệt độ bề mặt. .. hồng ngoại nhiệt không sử dụng số phát xạ bề mặt, sử dụng độ phát xạ số chung cho đối tượng lớp phủ điển hình tồn khu vực Bài viết giới thiệu nghiên cứu tính tốn nhiệt độ bề mặt đất sử dụng phương... để có liệu tồn khu vực đồng Sông Cửu Long Giao diện sử dụng công cụ Seamless Mosaic Ảnh trước sau ghép: ảnh trước ghép ảnh kết sau ghép Sử dụng công cụ Georeference để chuyển ảnh độ phân giải không