Nghiên cứu xác định một số chỉ tiêu khí tượng bằng ảnh vệ tinh ở tỉnh thanh hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH MỘT SỐ CHỈ TIÊU KHÍ TƯỢNG BẰNG ẢNH VỆ TINH Ở TỈNH THANH HÓA CHUYÊN NGÀNH: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG MÃ NGÀNH: 8850101 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS PHÙNG VĂN KHOA Hà Nội, 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan, cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Nếu nội dung nghiên cứu tơi trùng lặp với cơng trình nghiên cứu cơng bố, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm tuân thủ kết luận đánh giá luận văn Hội đồng khoa học Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2020 Người cam đoan Nguyễn Việt Anh ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực đề tài, nhận giúp đỡ nhiệt tình, đóng góp q báu nhiều cá nhân, tập thể giúp tơi hồn thành tốt luận văn Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến tất thầy giáo, cô giáo Trường Đại học Lâm nghiệp giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình học tập khóa Cao học 2018 - 2020; đặc biệt cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phùng Văn Khoa trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tơi thực hồn thành Luận văn Mặc dù thân nỗ lực nghiên cứu, điều kiện tác nghiệp thực đề tài địa bàn tương đối rộng, thời gian ngắn nên Luận văn tránh khỏi thiếu sót Kính mong nhận ý kiến tham gia góp ý nhà khoa học, bạn đồng nghiệp để Luận văn hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2020 Học viên Nguyễn Việt Anh iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii ĐẶT VẤN ĐỀ Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tổng quan ứng dụng viễn thám để xác định số tham số khí 1.2.1 Ứng dụng viễn thám để xác định nhiệt độ khơng khí gần mặt đất 1.2.2 Ứng dụng viễn thám ước tính hàm lượng nước độ ẩm khơng khí 1.2.3 Ứng dụng viễn thám ước tính lượng mưa 13 Chương MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Mục tiêu nghiên cứu 20 2.1.1 Mục tiêu tổng quát 20 2.1.2 Mục tiêu cụ thể 20 2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 2.2.1 Đối tượng nghiên cứu 20 2.2.2 Phạm vi nghiên cứu 20 2.3 Nội dung nghiên cứu 21 2.3.1 Cơ sở khoa học xác định yếu tố nhiệt độ khơng khí, độ ẩm tương đối khơng khí lượng mưa từ ảnh viễn thám 21 2.3.2 Xây dựng mô hình tương quan yếu tố khí tượng tính tốn từ iv ảnh viễn thám từ trạm quan trắc 21 2.3.3 Đề xuất phương pháp xác định yếu tố khí tượng từ ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 21 2.4 Phương pháp nghiên cứu 21 2.4.1 Phương pháp kế thừa số liệu nghiên cứu giới 21 2.4.2 Phương pháp sử dụng công nghệ xử lý ảnh số GIS 24 2.4.3 Phương pháp khảo sát, thử nghiệm, phân tích so sánh 30 Chương ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI KHU VỰC NGHIÊN CỨU 33 3.1 Điều kiện tự nhiên 33 3.1.1 Tọa độ địa lý 33 3.1.2 Địa chất 34 3.1.3 Địa hình 35 3.1.4 Đặc điểm khí hậu 37 3.1.5 Đặc điểm thuỷ văn 39 3.1.6 Đặc điểm thực vật 41 3.2 Điều kiện kinh tế, xã hội 42 3.2.1 Tăng trưởng kinh tế 42 3.2.2 Tình hình phát triển ngành, lĩnh vực 42 3.2.3 Văn hóa, xã hội 44 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 47 4.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47 4.1.2 Xây dựng mơ hình tương quan yếu tố khí tượng tính tốn từ ảnh viễn thám từ trạm quan trắc 47 4.1.3 Đề xuất phương pháp xác định yếu tố khí tượng từ ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 49 4.2 Thực nghiệm tính nhiệt độ khơng khí liệu viễn thám 52 4.2.1 Dữ liệu viễn thám liệu quan trắc 52 v 4.2.2 Thực nghiệm tính tốn nhiệt độ khơng khí 56 4.3 Thực nghiệm tính độ ẩm tương đối liệu viễn thám .67 4.3.1 Dữ liệu viễn thám liệu quan trắc 67 4.3.2 Thực nghiệm tính tốn độ ẩm tương đối 71 4.4 Hiệu chỉnh lượng mưa 81 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Ý nghĩa AVHRR Advanced very-high-resolution radiometer BĐKH Biến đổi khí hậu CMAP The Climate Prediction Center Merged Analysis Precipitation CST Convective–Stratiform Technique eTRaP Ensemble Tropical Rainfall Potentia GOES-1 Geosynchronous Operational Environmental Satellite GPCP The Global Precipitation Climatology Project GSMaP JAXA Global Rainfall Watch IFFA Interactive Flash Flood Analyzer MODIS Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer NESDIS of National Environmental Satellite, Data, and Information Service NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration OSPO The Office of Satellite Products and Operations - NOAA POES Polar Operational Environmental Satellites SMMR Scanning Multichannel Microwave Radiometer TRMM The Tropical Rainfall Measuring Mission VIS/IR Visible/ Infrared WCRP World Climate Research Program vii DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Dữ liệu nhiệt độ bề mặt từ liệu MODIS 53 Bảng 4.2 Số liệu nhiệt độ khơng khí từ trạm quan trắc 56 Bảng 4.3 Số liệu hồi quy nhiệt độ khơng khí ngày 11/12/2019 lúc 11h 60 Bảng 4.4 Số liệu hồi quy nhiệt độ khơng khí ngày 11/12/2019 lúc 14h 61 Bảng 4.5 Số liệu hồi quy nhiệt độ khơng khí ngày 29/09/2019 lúc 11h 61 Bảng 4.6 Số liệu hồi quy nhiệt độ khơng khí ngày 29/09/2019 lúc 14h 62 Bảng 4.7 Dữ liệu tổng cột nước 67 Bảng 4.8 Dữ liệu độ ẩm tương đối trạm 71 Bảng 4.9 Dữ liệu sức trương nước bão hoà trạm 72 Bảng 4.10 Dữ liệu hồi quy độ ẩm tương đối ngày 29/09/2019 13h với trạm 75 Bảng 4.11 Dữ liệu hồi quy độ ẩm tương đối ngày 11/12/2019 13h với trạm 76 Bảng 4.12 Dữ liệu hồi quy độ ẩm tương đối ngày 29/09/2019 13h với trạm 77 Bảng 4.13 Dữ liệu hồi quy độ ẩm tương đối ngày 11/12/2019 13h với trạm 78 Bảng 4.14 Dữ liệu tổng lương mưa từ trạm 24h (mm/24h) .84 Bảng 4.15 Dữ liệu tổng lương mưa từ trạm 48h (mm/48h) .85 viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1 Mạng lưới vng .25 Hình 2.2 Dữ liệu dạng Grid lưu trữ tệp 26 Hình 2.3: Chuyển đổi từ dạng txt sang dạng shp ArcGIS 27 Hình 2.4: Grid chuyển từ dạng txt sang dạng vector 27 Hình 2.5: Sử dụng cơng cụ chuyển đổi dạng điểm sang dạng raster 28 Hình 2.6: Kết chuyển đổi dạng điểm sang dạng raster 28 Hình 2.7: Giao diện thiết lập thơng số chồng lớp liệu raster 29 Hình 2.8: Giao diện thiết lập thông số Regression 32 Hình 3.1 Bản đồ hành tỉnh Thanh Hóa 33 Hình 4.1 Mơ hình số khu vực nghiên cứu 54 Hình 4.2 Chỉ số NDVI nửa cuối tháng năm 2019 55 Hình 4.3 Chỉ số NDVI nửa đầu tháng 12 năm 2019 .55 Hình 4.4 Mơ hình số địa hình khu vực cắt ghép xử lý 57 Hình 4.5 Chỉ số NDVI xử lý ngày 29/09/2019 57 Hình 4.6 Chỉ số NDVI xử lý ngày 11/12/2019 58 Hình 4.7 Nhiệt độ bề mặt từ ảnh MODIS ngày 29/09/2019 lúc 11h 59 Hình 4.8 Bản đồ phân bố nhiệt độ khơng khí ngày 29/09/2019 lúc 11h .63 Hình 4.9 Bản đồ phân bố nhiệt độ khơng khí ngày 29/09/2019 lúc 14h .64 Hình 4.10 Bản đồ phân bố nhiệt độ khơng khí ngày 11/12/2019 lúc 11h .65 Hình 4.11 Bản đồ phân bố nhiệt độ khơng khí ngày 11/12/2019 lúc 14h .66 Hình 4.12 Bản đồ phân bố tổng lượng nước khơng khí ngày 29/09/2019 lúc 13h50’ .69 Hình 4.13 Bản đồ phân bố tổng lượng nước khơng khí ngày 11/12/2019 lúc 13h45’ .70 Hình 4.14 Tổng cột nước ngày 11/12/2019 13h 72 Hình 4.15 Tổng cột nước ngày 29/09/2019 13h 73 ix Hình 4.16 Sức trương nước bão hoà ngày 11/12/2019 13h .73 Hình 4.17 Sức trương nước bão hồ ngày 29/09/2019 13h .74 Hình 4.18 Bản đồ phân bố độ ẩm tương đối khơng khí ngày 29/09/2019 lúc 13h50’ 79 Hình 4.19 Bản đồ phân bố độ ẩm tương đối không khí ngày 11/12/2019 lúc 13h45’ 80 Hình 4.20 Biểu đồ lượng mưa 48 h từ ngày 16 – 17/07/2018 trạm (màu xanh), liệu vệ tinh (màu cam) 83 Hình 4.21 Biểu đồ lượng mưa 24h trạm (màu xanh), liệu vệ tinh (màu cam), liệu hiệu chỉnh (màu xám) 85 Hình 4.22 Biểu đồ lượng mưa 48h trạm (màu xanh), liệu vệ tinh (màu cam), liệu hiệu chỉnh (màu xám) 86 Hình 4.23 Bản đồ lượng mưa 24h ngày 16/07/2018 .87 Hình 4.24 Bản đồ lượng mưa sau hiệu chỉnh 24h ngày 16/07/2018 88 Hình 4.25 Bản đồ lượng mưa 48h ngày 16-17/07/2018 89 Hình 4.26 Bản đồ lượng mưa sau hiệu chỉnh 48h ngày 16-17/07/2018 90 ... pháp đo đạc truyền thống từ trạm quan trắc khí tượng Xuất phát từ thực tế trên, việc ? ?Nghiên cứu xác định số tiêu khí tượng ảnh vệ tinh tỉnh Thanh Hóa? ?? nhu cầu cần thiết, nhằm tạ