“Thay đổi nhiệt độ thực bề mặt thành phố Vinh- Tỉnh nghệ An bằng công nghệ viễnthám.”

I MỞ ĐẦU Nhiệt độ bề mặt đất có vai trị đặc biệt q trình vật lý xảy đất khí quyển, yếu tố quan trọng tác động trực tiếp môi trường đời sống dân cư Tuy nhiên để xác định nhiệt độ bề mặt khu vực rộng lớn cần trạm quan trắc khí tượng bố trí bề mặt đất với số lượng lớn hoạt động thời gian dài cung cấp thông tin xác bề mặt khu vực đó, nhiên với quốc gia cịn khó khăn điều kiện kinh tế nước ta điều khơng thể với tốc độ thị hóa nay, bê tơng hóa dần thay lớp phủ thực vật, bề mặt nước, dẫn tới nhiệt độ bề mặt đất tăng lên, góp phần tác động khơng nhỏ tới tượng nóng lên tồn cầu, gây tượng thiên tai lụt lội ảnh hưởng lớn đến môi trườngsống Thành phố Vinh thành phố phát triển nước.Thành phố có tiềm phát triển lớn công nghiệp tương lai Hiện nay, địa bàn thành phố có nhiều khu cơng nghiệp q trình xây dựng mở rộng Điều cho thấy khu công nghiệp có vai trị quan trọng việc thúc đẩy phát triển sở hạ tầng thành phố, nhà mở rộng hệ gây tượng “đảo nhiệt” tức bề mặt khu vực bê tơng hóa có nhiệt độ cao so với khu vực lân cận xung quanh góp phần ảnh hưởng khơng nhỏ đến biến đổi khí hậu Việt Nam Dữ liệu ảnh Landsat-5 TM Landsat-8 TIRS với kênh nhiệt thu vùng sóng hồng ngoại nhiệt nguồn liệu quan trọng hiệu cho việc tính tốn nhiệt độ bề mặt đất, kết nguồn liệu đầu vào để giải số vấn đề cụ thể xác định đồ phân cấp mức độ khô hạn, xác định mối tương quan nhiệt độ bề mặt trạng lớp phủ, dự báo hạn hán Từ nhu cầu thực tế dạy học môn học Trắc địa ảnh viễn thám, GPS, GIS xu thay đổi trạng đất đai, địa bàn Thành phố Vinh tỉnh Nghệ An tiến hành điều tra việc “Thay đổi nhiệt độ thực bề mặt thành phố Vinh- Tỉnh nghệ An công nghệ viễn thám.” Mục tiêu - Tìm hiểu thay đổi nhiệt độ bề mặt thị thành phố Vinh dựa liệu ảnh hồng ngoại nhiệt vệ tinh Landsat - Kết nghiên cứu có khả ứng dụng nhiều khu vực khácnhau - Bản đồ thành lập phản ánh xác thông tin theo mục tiêu nghiên cứu II KẾT QUẢ ĐIỀU TRA VÀ PHÂN TÍCH 2.1 Ứng dụng công nghệ viễn thám Công nghệ viễn thám, thành tựu khoa học đạt đến trình độ cao ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực kinh tế, xã hội, đặc biệt có hiệu cao ứng dụng lĩnh vực khí tượng thủy văn tài nguyên môi trường nhiều nước giới Ngày nay, nhu cầu ứng dụng công nghệ viễn thám lĩnh vực điều tra nghiên cứu, khai thác sử dụng tài nguyên thiên nhiên mơi trường ngày gia tăng nhanh chóng Kết thu từ công nghệ viễn thám giúp nhà khoa học hoạch định sách lựa chọn phương ánh có tính chiến lược sử dụng quản lý tài ngun thiên nhiên, mơi trường Trong số ứng dụng cơng nghệ viễn thám kể đến như: Nghiên cứu môi trường Viễn thám phương tiện hữu hiệu để nghiên cứu môi trường biến đổi môi trường bao gồm: Điều tra biến động sử dụng đất lớp phủ, vẽ đồ thực vật, nghiên cứu trình sa mạc hóa phá rừng, giám sát thiên tai (hạn hán, cháy rừng, bão, mưa đá ); nghiên cứu ô nhiễm nước khơng khí; nghiên cứu mơi trường biển (đo nhiệt độ, màu nước biển, gió sóng), Những năm gần việc ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu mơi trường tồn cầu mơi trường khu vực, thảm họa thiên tai lũ lụt, cháy rừng, hiệu ứng nhà kính,… trở nên phổ biến có hiệu cao (Nguồn Internet) Hình Ứng dụng công nghệ viễn thám nghiên cứu môi trường Nghiên cứu khí hậu Nghiên cứu đặc điểm tầng ozon, mây mưa, nhiệt độ khí quyển, độ phát xạ bề mặt đất, dự báo bão nghiên cứu khí hậu qua liệu thu từ vệ tinh khí tượng Đánh giá nhiệt độ bề mặt đất từ số liệu viễn thám vấn đề tổng hợp việc tính tốn thành phần lượng bốc thoát nước Đo nhiệt độ bề mặt liên quan đến vấn đề sử dụng đất, xu hướng tương lai Tính tốn, đưa nhận xét phương hướng sử dụng hiệu quả, ổn định, bềnvững Sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để thành lập bảnđồ Một số khả sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh phổ biến công tác thành lập đồnhư: - Tư liệu ảnh Landsat MSS sử dụng để tạo sản phẩm đồ ảnh, sơ loại đồ chuyên đề, cập nhật hiệu chỉnh loại đồ cảnh quan, đồ bay, đồ địa hình đồng thời biên vẽ lược đồ nơng sâu biển vệ tinh Landsat cung cấp lượng thơng tin vơ phong phú bao phủ diện tích lớn thời gian ngắn Tư liệu MSS trở thành nguồn liệu mới, cho mục đích thành lập bảnđồ -Tư liệu ảnh Landsat TM, SPOT vàMapsat: + Ảnh Landsat TM có độ phân giải cao, độ xác mặt hình ảnh sau xử lý đáp ứng cơng tác thành lập hiệu chỉnh đồ tỷ lệ 1/25.000 đến1/50.000; + Ảnh SPOT sử dụng để thành lập loại đồ tỷ lệ đến 1/25.000 với khoảng cao 20 – 25 m; + Ảnh đa phổ Mapsat Mỹ: Có thể dùng để thành lập đồ tỷ lệ 1/50.000 (mơ hình số độ cao) với khoảng cao 20 m Độ phân giải mặt đất 10 m ảnh toàn sắc 30 m ảnh đa phổ; + Ảnh Radar: Có khả thể thơng tin địa hình, địa chất, thực vật lớp đất mỏng Ở vùng khơ, radar xun qua bề mặt Trái Đất đến độ sâu Điều quan trọng cho việc nghiên cứu nước ngầm mỏ Tư liệu dùng để thành lập đồ từ sớm 2.2 Quy trình xác định nhiệt độ bề mặt Thành phố Vinh Để xác định nhiệt độ bề mặt thực thành phố Vinh cần phải hiệu chỉnh khí độ phát xạ (ε) lớp phủ đất Do thiếu số đo khí vào thời gian thu nhận ảnh, nên bước hiệu chỉnh khí bỏ qua, ảnh chụp vào mùa khơ, hình ảnh rõ nét, khơng mây nên hiệu ứng khí ảnh thu khơng có nghĩa Độ phát xạ bề mặt tự nhiên thay đổi đáng kể có khác biệt đặc tính lớp phủ đất thực vật Vì hiệu chỉnh độ phát xạ cần phải thực hiện, độ phát xạ bề mặt tự nhiên sử dụng để hiệu chỉnh nhiệt độ sáng (T B) nhằm xác định nhiệt độ bề mặt (T) nhiệt độ thực Quá trình xác định nhiệt độ thực bề mặt Thành phố Vinh thực cho giai đoạn năm 2008 2017 thể qua sơ đồ Hình Sơ đồ xác định nhiệt độ thực bề mặt 2.2.1 Xử lý ảnh viễn thám Nhập cộng gộp ảnh Do liệu ảnh vệ tinh Landsat Landsat tải ảnh đơn kênh, nên cần tiến hành cộng gộp kênh ảnh để tạo ảnh tổ hợp màu tự nhiên nhằm thuận lợi cho trình xử lý ảnh hỗ trợ tốt trình thực Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat lựa chọn kênh (Blue), kênh (Green), kênh (Red) liệu ảnh vệ tinh Landsat lựa chọn kênh (Blue), kênh (Green), kênh (Red)để tiến hành cộng gộp để tạo ảnh tổ hợp màu tự nhiên Kết cộng gộp thể qua hình (b) (a) Hình Kết cộng gộp ảnh Landsat (a) Landsat (b) Tăng cường chất lượng ảnh Tăng cường chất lượng ảnh thao tác chuyển đổi nhằm tăng tính dễ đọc, dễhiểucủaảnhđểhỗtrợchongườiđốnđọc.Córấtnhiềuphéptăngcườngchấtlượng ảnh, kể đến nhờ: Tổ hợp màu, biến đổi cấp độ xám, biến đổi Histogram, biến đổi hai hệ màu RGB HSI Đối với ảnh Landsat trình tăng cường độ phân giải ảnh cách trộn ảnh cộng gộp độ phân giải thấp (30x30m) với ảnh đơn sắc (kênh 8) độ phân giải cao (15x15m), để đạt kết ảnh đa sắc cộng gộp có độ phân giải cao, phục vụ cho công tác xử lý ảnh thêm rõ ràng Ngồi ra, ta cịn áp dụng công cụ Image analysis để hiệu chỉnh ảnh tùy cho dễ dàng thao tác với ảnh Kết tăng cường chất lượng ảnhđược thể qua hình Hình Kết tăng cường chất lượng ảnh Nắn ảnh Ảnh vệ tinh Landsat thu thập xử lý mức 1T (Level 1T – Terrain Corrected) nghĩa hiệu chỉnh xạ, khí quyển, hình học khắc phục sai số đo địa hình gây Bản chất hiệu chỉnh hình học xây dựng mối tƣơng quan tọa độ ảnhđo hệ tọa độ quy chiếu chuẩn, nghĩa phải đưa ảnh hệ tọa độ chuẩn Tuy nhiên ảnh hai hệ vệ tinh đƣợc hiệu chỉnh phổ hiệu chỉnh hình học xác hệ tọa độ WGS 84, phép chiếu UTM múi chiếu 48 phía Bắc nên khơng tiến hành cơng tác hiệu chỉnh hình học Thơng tin tọa độdữ liệu ảnh Landsat – thể qua hình Hình Thơng tin tọa độ ảnh Landsat – Cắt ảnh theo ranh giới hành Từ file ranh giới hành thành phố Vinh thu thập với hệ tọa độ quốc tế WGS 84, phép chiếu UTM múi chiếu 48 có định dạng *.shp tiến hành sử dụng công cụ Clip hộp công cụ Arctoolbox phần mềm ArcGIS để tiến hành cắt theo ranh giới, kết kênh: kênh 1; kênh 2; kênh 3; kênh 4, kênh Landsat vàkênh 2; kênh 3; kênh 4; kênh 5; kênh kênh 10 Landsat (a) (b) (c) (d) (e) Hình Ảnh cắt theo file ranh giới với kênh (a), kênh (b), kênh (c), kênh (d) kênh (e) (a) (b) (c) (d) (f) (e) Hình Ảnh cắt theo file ranh giới với kênh (a), kênh (b), kênh (c), kênh (d), kênh (e) kênh 10 (f) 2.2.2 Tính nhiệt độ sáng (TB) Tính chuyển giá trị pixel từ dạng số (DN) sang giá trị lượng xạ phổ (Lλ) - Giá trị pixel giá trị điểm ảnh lưu dạng số hay gọi giá trị DN (Digital Number) Dữ liệu tải hệ vệ tinh Landsat-5 Landsat-8 xử lý mức 1T (Level 1T - Terrain Corrected) nghĩa hiệu chỉnh xạ, khí quyển, hình học khắc phục sai số địa hình gây Ở mức độ xử lý liệu ảnh Landsat-5 có cấu trúc lưu trữ liệu bit nên lưu 256 cấp độ xám giá trị pixel ảnh lưu trữ định dạng số từ đến 8, cịn liệu ảnh Landsat-8 có cấu trúc lưu trữ 16 bit nên lưu 65.535 cấp độ xám giá trị pixel ảnh lưu trữ định dạng số từ đến216 - Giá trị lượng xạ phổ (L�) giá trị lượng mà đối tượng bề mặt đất hấp thụ sau xạ vào khíquyển Q trình tính chuyển giá trị pixel từ dạng số sang giá trị lượng xạ phổ tính tốn dựa giá trị điểm ảnh pixel dạng số giá trị xạ phổ chuẩn lưu file METADATA Đối với liệu ảnh vệ tinh Landsat 5: Giá trị lượng phản xạ phổ tính theo cơng thức: L λ= Trong đó: QCAL+LMINλ(Chander et al., 2003) L�: Giá trị lượng xạ phổ (đơn vịWatts/(m2.srad.µm)); LMAXλ: Giá trị lượng xạứng vớiQCALMIN(đơn vịWatts/(m2.srad.µm)); LMINλ: Giá trị lượng xạ ứng với QCALMIN(đơn vịWatts/(m2.srad.µm)); QCAL: Giá trị xạ hiệu chỉnh tính định lượng dạng số nguyên (DN); QCALMIN: Giá trị xạ hiệu chỉnh tính định lượng dạng số nguyên có giá trị lớn nhất(MAX); QCALMIN: Giá trị xạ hiệu chỉnh tính định lượng dạng số nguyên có giá trị lớn (MIN) Trong nghiên cứu này, liệu ảnh vệ tinh Landsat-5 năm 2007 giá trị L λ áp dụng tính cho kênh đỏ (kênh3), kênh cận hồng ngoại (kênh 4) kênh hồng ngoại nhiệt (kênh 6) Các giá trịvàLMAXλ, LMINλ QCALMAX (được lấy từ file METADATA) sử dụng tính tốn thể chi tiết bảng 3.4 Bảng Giá trịLMAXλ, LMINλ QCALMAX cho kênh 3, Landsat-5 năm 2007 LMAX LMIN QCALMAX Kênh 264,000 -1,170 255 Kênh 221,000 -1,510 255 Kênh 15,303 1,238 255 Đối với liệu ảnh vệ tinh Landsat-8: Giá trị lượng phản xạ phổ tính theo cơng thức: Lλ=ML×QCAL+AL(U.S.Geological Survey, 2001 U.S.Geological Survey, 2013) Trong đó:L�: Giá trị lượng xạ phổ (đơn vịWatts/(m2.srad.µm)); ML: Giá trị lượng xạ mở rộng (RadianceMultiplier); AL: Hằng số hiệu chỉnh (Radiance Add) Bộ cảm biến TIRS có khả thu nhận lượng xạ nhiệt hai dải phổ có bước sóng gần, nên tác giả áp dụng tính giá trị L λ cho kênh 10 - kênh hồng ngoại nhiệt Các giá trị ML, AL kênh 10 lấy từ file METADATA, thể chi tiết bảng 3.4 Bảng Giá trị ML AL cho kênh 10 Giá trị ML AL Kênh 10 0,00003342 0,1 Kết tính Lλ kênh 3, 4, liệu Landsat-5 ngày 02/06/2007; Kênh 10 liệu Landsat-8 ngày 31/07/2017 thể qua hình 3.8, hình 3.9 bảng 3.5 10 (b) (a) Hình 10: Giá trị TB (K) khu vực thành phố Vinh ngày 02/06/2008 (a) 31/07/2017 (b) Bảng Giá trị TB Giá trị TB Landsat-5 293,543÷303,324 Landsat-8 294,854÷305,98 2.2.3 Xác định độ phát xạ bề mặt (ε) Độ phát xạ bề mặt (ε) tính qua cơng thức Valos Caselles: ε = εv.pv + εs.(1 - pv)+ dε với dε = 4(dε).pv.(1-pv(Valor et al., 1996) Trong đó: εv: Tán xạ bề mặt thựcvật; εs: Tán xạ bề mặt đất trống; dε: Giá trị trọng số trung bình có tính đến giá trị phát xạ trung bình loại bề mặt khácnhau; (dε) = 0,04 Pv: Là hợp phần thực vật tính theo NDVI tương quan với trịigcủađấttrốngvà ivcủa đấtphủ đầythực vật Hợp phần thực vật (Pv) xác định qua công thức: 13 ngưỡnggiá (Valor et al., 1996) Trong đó:i: Giá trị NDVI điểm ảnh khơng thuầnnhất; ig : Giá trị NDVI điểm ảnh vềđất; iv: Giá trị NDVI điểm ảnh thựcvật; p2v, p1v: Giá trị phản xạ (Reflectance) kênh cận hồng ngoại (NIR) kênh đỏ (Red) điểm ảnh thựcvật; p2g, p1g: Giá trị phản xạ kênh cận hồng ngoại đỏ điểm ảnh vềđất Tính số thực vậtNDVI NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) gọi số thực vật, hiểu hệ số lớp phủ thực vật chênh lệch chuẩn hóa hệ số phản xạ mặt dải sóng thị phổ hồng ngoại Chỉ số NDVI cho ta đánh giá chung độ phát triển xanh thực vật, qua theo dõi giám sát thay đổi thảm thực vật theo thờigian Chỉ số thực vật (NDVI) tính cơng thức: (Valor et al., 1996) Trong đó: NIR: Kênh cận hồng ngoại RED: Kênh đỏ Đối với ảnh Landsat-5 kênh cận hồng ngoại tương ứng với kênh 4, kênh đỏ tương ứng với kênh Đối với ảnh Ladsat-8 kênh cận hồng ngoại tương ứng với kênh 5, kênh đỏ tương ứng với kênh Chỉ số NDVI nhận giá trị khoảng -1 đến 1, thực vật có giá trị nằm khoảng 0,2 - 1,0 Trong trường hợp NDVI > 0,5, khu vực xem phủ kín thực vật (sóng điện từ khơng tới lớp đất) Đối với đất trống khơng có thực vật bao phủ NDVI < 0,2 Đối với nước đất ẩm, NDVI nhận giá trịâm Kết tính số NDVI liệu ảnh Landsat-5 ngày 02/06/2007, Landsat-8 ngày 31/07/2017 thể chi tiết qua hình 11 bảng 14 (b) (a) Hình 11 Chỉ số NDVI khu vực thành phố Vinh ngày 02/06/2007 (a), 31/07/2017(b) Bảng Giá trị NDVI Giá trị NDVI Landsat-5 -0,512821÷0,721393 Landsat-8 -0,246885÷0,576637 Tính giá trị lượng phản xạ phổ (ρ�) kênh cận hồng ngoại kênh đỏ Đối với liệu ảnh vệ tinh Landsat-5: Để tính lượng phản xạ kênh cận hồng ngoại (kênh 4) kênh đỏ (kênh 3) liệu ảnh vệ tinh Landsat-5, trước tiên cần chuyển đổi giá trị pixel dạng số sang giá trị lượng xạ phổ (kết tính phần 3.3.3.1), sau tiến hành hiệu chỉnh giá trị ρ�theo góc chiếu mặt trời (θ) khoảng cách từ trái đất đến mặt trời (d) theo cơng thức: ρλ = Trong đó: (Gyanesh et al.,2003) ρλ:Giátrịnănglượngphảnxạphổ; d : Khoảng cách từ Trái đất đến Mặt trời (đơn vị thiênvăn); 15 ESUNλ: Giá trị lượng xạ mặt trời (đơn vịW/(m2.µm)); θSE : Góc chiếu mặt trời (Sun Elevation) (đơn vịđộ) Bảng Giá trị ESUNλcho vệ tinhLandsat-5 (Đơn vị: W/(m2.µm)) Kênh Landsat-4 1.957 1.825 1.557 1.033 214,9 80,72 Landsat-5 1.957 1.826 1.554 1.036 215,0 80,67 Các giá trị d, ESUN� θSE (lấy từ file METADATA) sử dụng tính tốn thể bảng 10 Bảng 10 Giá trị d, ESUNλ, θSE Giá trị d ESUNλ θSE Kênh 1,0093 1.554 65,07195019 Kênh 1,0093 1.036 65,07195019 Kết tính giá trị lượng phản xạ phổ liệu Landsat-5 ngày 02/06/2007 thể qua hình 12 bảng 11 Bảng 11 Giá trị pλ Kênh Kênh 3: RED Kênh 4: NIR Giá trị 0,0515408÷0,4666 0,0421707÷0,59897 16 (b) (a) Hình 12: Giá trị pλ kênh kênh (a) kênh (b) khu vực thành phố Vinh ngày 02/06/2007 Đối với liệu ảnh vệ tinh Landsat-8: -Tính lượng phản xạ phổ sau hiệu chỉnh (ρ�) theo góc chiếu mặt trời (θ) theo công thức: (U.S Geological Survey,2001 U.S Geological Survey,2013) Trong đó: : Giá trị lượng phản xạ phổ trước hiệu chỉnh tính công thức: ρλ' = MρQcal + Aρ(Landsat Science Data User’s Handbook, 2015) ; Mρ: Giá trị lượng phản xạ mở rộng (Reflectance Multiplier); 17 Aρ: Hằng số hiệu chỉnh phản xạ (Reflectance Add); ρ�: Giá trị lượng phản xạ phổ sau hiệu chỉnh theo θ Các giá trị Mρ, Aρ θSE lấy từ file METADATA thể bảng 3.9 Bảng 12 Giá trị Mρ, Aρ, θSE Mρ Aρ θSE Kênh Kênh x 10-5 - 0,1 67,12788270 x 10-5 - 0,1 67,12788270 Kết tính giá trị lượng phản xạ phổ liệu Landsat-8 ngày 31/07/2017 thể qua hình 13 bảng 13 (b) (a) Hình 13 Giá trị kênh (a) kênh (b) khu vực thành phố Vinh ngày31/07/2017 Bảng 13, Giá trị pλ Kênh Kênh 4: RED Giá trị -0,547165÷-0,0398658 Kênh 5: NIR -0,744833÷-0,0246893 Tính hợp phần thực vật (Pv) Để xác định giá trị i, iv, ig, p2v, p1v, p2g p1g nhằm tính hợp phần thực vật (Pv), tác giả tiến hành khảo sát thực địa GPS cầm tay (đã đưa hệ tọa độ quốc tế WGS-84, 18 phép chiếu UTM, múi chiếu 48 với hệ tọa độ liệu ảnh vệ tinh), kết hợp với tài liệu thu thập, với q trình giải đốn ảnh mắt thu thập thông tin từ người dân để lựa chọn vị trí điểm mẫu đặc trưng bao gồm: Điểm không (là tổ hợp tất thành phần: Thực vật, đường, nhà cửa, ), điểm thực vật điểm đất 19 Bảng 14 Vị trí tọa độ điểm mẫu đặc trưng Tọa độ STT Đặc điểm Landsat-5 Ảnh thực địa Landsat-8 X=2066310 X=2065406 Y=578461.9 Y=580352.6 X=2066997 X=2066995 Y=580232.8 Y=580110.8 X=2064897 X=2064639 Thuần đất Thuần thực vật Không 20 Ảnh thực địa Y=571736.4 Y=572335.9 Sử dụng công cụ Idetify phần mềm ArcGIS để xác định giá trị i, i v, ig, p2v, p1v, p2g, p1g Qua tính giá trị Pv vệ tinh Landsat-5 ngày 02/06/2007 vệ tinh Landsat-8 ngày 31/07/2017, Bảng 15 Giá trị i, iv, ig, p2v, p1v, p2g, p1g, Pv vị trí điểm mẫu đặc trưng S T T Giátrị Landsat-5 Đặc điểm Không i = Thuần thực vật iv= p2v = p1v = 0.06571 0.30000 0.217459 0.092501 0.092199 Thuần đất Hợp phần thực vật p2g= p1g = Pv= 0.258704 0.171690 -0.344397104 Xác định độ phát xạ bề mặt(ε) 21 Landsat-8 0.065759 0.299291 -0.211338 -0.063658 0.112851 -0.179163 -0.104946 -0.370010969 Để tính ε người ta hay dùng phương pháp dựa số NDVI biết trước độ phát xạ đất trống thực vật cấu trúc phân bố thực vật Nên việc ước tính ε từ kênh đỏ kênh cận hồng ngoại theo giá trị số NDVI đơn giản có ưu điểm chínhsau: - Độ phân giải kênh hồng ngoại nhiệt thấp độ phân giải kênh đỏ kênh cận hồngngoại; - Giá trị ε có độ phân giải khơng gian cao so với phương pháp tính trực tiếp từ kênh hồng ngoạinhiệt; - Chỉ số NDVI ứng dụng cho cảm biến nào, không phụ thuộc vào số lượng kênh hồng ngoạinhiệt Giá trị εv, εs tán xạ bề mặt thực vật bề mặt đất trống xác định qua số NDVI Giá trị εv, εs xác định dựa theo đồ thị tương quan Valor, E.and Caselles thể chi tiết hình Hình 14 Đồ thị tương quan Valor, E.and Caselles 22 Qua ta dễ dàng tính ε qua giai đoạn cho khu vực Thành phố Vinh Giá trị εv, εs ε liệu ảnh vệ tinh Landsat-5 ngày 02/06/2007và vệ tinh Landsat-8 ngày 31/07/2017 thể qua bảng Bảng 16 Giá trị εv, εs, ε Landsat-5 Landsat-8 S Giátrị Đặc điểm T T Landsat-5 02/06/2007 Landsat-8 31/07/2017 Tán xạ bề mặt thực vật Tán xạ bề mặt đất trống εv = εs = 0,963 0,953 0,962 0,954 Độ phát xạ bề mặt ε= 0.87547499 0.869932858 2.2.4 Tính nhiệt độ thực bề mặt (TC) Trong viễn thám hồng ngoại nhiệt, nhiệt độ xạ hay nhiệt độ sáng (T B) định nghĩa nhiệt độ tương đương vật đen truyền lượng xạ thu từ vật thực tế phụ thuộc vào nhiệt độ động lực từ bề mặt độ phát xạ (ε) Khi đó, nhiệt độ bề mặt hiệu chỉnh độ phản xạ (T) hay gọi nhiệt độ thực bề mặt tính theo định luật Stefan Boltzmann: (Valor et al., 1996) Trong đó:σ: Hằng số Stefan Boltzmann (5.67 x 10-8 Wm-2 K-4) B: Bức xạ tổng phát (đơn vị Wm2) T: Nhiệt độ thực bề mặt (đơn vị Kelvin - K) ε: Thay đổi từ đến Các phương pháp thơng thường khác có tính tới yếu tố phát xạ thường sử dụng giá trị trung bình cho tồn khu vực Vì thế, nhiệt độ bề mặt sau tính tốn đo độ xác tương đối Tuy nhiên, sử dụng phương pháp xác định ε số NDVI nhiệt độ bề mặt ước tính nhanh chóng mà khơng cần tới bước tính tốn phức tạp thông lệ 23 Nhiệt độ thực bề mặt (TC) tính theo cơng thức: – 273,1 Kết TC thể qua hình 3.15 bảng 3.17 Bảng 17 Giá trị TC (Đơn vị: ºC) Giá trị TC Landsat-5 30,0÷40,0 Landsat-8 32,0÷44,0 (b) (a) Hình 15 Giá trị TC khu vực thành phố Vinh ngày 02/06/2007 (a) 31/07/2017(b) 2.2.5 Đánh giá độ xác kết tính nhiệt độ bề mặt Để đánh giá độ xác liệu nhiệt độ cần có số liệu đo quan trắc thực nghiệm số vị trí lựa chọn để quan trắc Vì trình đánh giá độ xác áp dụng với liệu nhất, thời gian lấy số liệu quan trắc phải thời gian vệ tinh qua khu vực nghiên cứu Giá trị chênh lệch nhiệt độ (bias) giá trị quan trắc giá trị tính tốn từ liệu ảnh vệ tinh sở để đánh giá độ xác 24 (Trần Thị Vân, 2011) Tuy nhiên thời gian có hạn, nên nội dung em dừng lại việc kế thừa kết đánh giá độ xác tính tốn nhiệt độ cho liệu ảnh Landsat nghiên cứu khác Có thể kể đến nghiên cứu Trần Thị Vân: “Nghiên cứu thay đổi nhiệt độbề mặt đô thị tác động q trình thị hóa thành phố Hồ Chí Minh phương pháp viễn thám” tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT số 33 trang 347 – 359, tháng năm 2011 (b) (a) Hình 16 Sơ đồ phân bố nhiệt độ thực bề mặt đất thành phố Vinh giai đoạn năm 2007- 2017 Nhìn vào sơ đồ ta thấy nhiệt độ thực bề mặt đất cao biểu thị màu đỏ thành phố tập trung ở: - Khu vực tập trung đông dân cư phường Hưng Phúc, phường Hưng Bình, phường Hà Huy Tập, phường Lê Lợi, phường Trường Thi, phường Cửa Nam, phường Lê Mao, phường Đội Cung, phường Bến Thủy, phường Hồng Sơn Trong khu vực tập trung đông dân cư tập trung dày đặc nhà hệ thống đường nhựa, đường bê tông 25 yếu tố dẫn đến phản xạ nhiệt xảy nhiều mạnh Đây nguyên nhân làm cho nhiệt độ bề mặt khu vực tăng cao so với khu vực xung quanh - Khu công nghiệp Bắc Vinh, công ty may Minh Anh- Kim Liên thuộc xã Hưng Đông, khu công nghiệp Nam Cấm, bệnh viện lớn xã Nghi Phú… làm nhiệt độ mặt đất tăng cao lượng nhiệt từ hoạt dộng sản xuất sinh hoạt (các chất thải, khói bụi) vật liệu mái nhà tôn nguồn phản xạ nhiệt gây nên tăng nhiệt độ cho khu vực Khoảng nhiệt độ trung bình biểu thị màu vàng tập trung xã nằm giáp ranh khu vực trung tâm thành phố xã Nghi Kim, xã Nghi Ân, xã Nghi Liên, xã Nghi Đức, xã Hưng Lộc, xã Hưng Chính Ở khu vực dân cư thư thớt, hệ thống đường nhựa bê tông không nhiều khả phản xạ nhiệt thấp khu vực đông dân cư khu công nghiệp Các khu vực có nhiệt độ thấp biểu thị màu xanh cây, Đây nơi tập trung loại thực vật lúa, hoa màu, vườn cây, hệ thống ao hồ, kênh mương thủy lợi… Đây kết việc làm phân tán lượng mặt trời hấp thụ nhiệt thực vật, q trình bốc nước từ tác dụng điều hòa nhiệt độ nước 26 III KẾT LUẬN Thành phố Vinh gặp số khó khăn như: chịu ảnh hưởng nhiều tượng thời tiết khắc nghiệt nắng nóng, bão, lũ lụt, hạn hán gây nhiều cản trở đến xây dựng sở hạ tầng kỹ thuật CNH – HĐH đời sống nhân dân - Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat có độ phân giải trung bình nên nguồn liệu đáp ứng cho khu vực có diện tích lớn cấp huyện trở lên; Nguồn liệu miễn phí có ý nghĩa lớn sở thực tiễn -Trên sở ảnh vệ tinh Landsat-5 thời điểm ngày 02/06/2007 Landsat-8 ngày 31/07/2017 khu vực thành phố Vinh, xác định nhiệt độ bề mặt giai đoạn từ việc hiệu chỉnh độ nhiệt độ sáng (T B) độ phát xạ bề mặt (ε) Tức giá trị pixel dạng số sau chuyển sang giá trị lượng xạ phổ tiến hành xác định T B cho giai đoạn Với ảnh vệ tinh Landsat-5 ngày 02/06/2007 giá trị T B đạt từ 293,543303,324ºK, Landsat-8 ngày 31/07/2017giá trị T B đạt từ 294,854–305,980ºK Độ phát xạ bề mặt tính tốn thơng qua hợp phần thực vật số NDVI giai đoạn Giá trịε liệu Landsat-5 ngày 02/06/2007đạt 0.875474994và Landsat-8 ngày 31/07/2017 0.869932858 Qua xác định giá trị nhiệt độ thực bề mặt (T) dạng số nguyên Cụ thể ngày 02/06/2007giá trị T nằm khoảng 30 - 40 0C, ngày 31/07/2017 giá trị T nằm khoảng 32 -440C 27