2.2.1. Các phương pháp được sử dụng
Phƣơng pháp phân tích thống kê địa lý và sử dụng kỹ thuật nội suy sự phân bố không gian của dữ liệu (GS+), xây dựng các bản đồ theo dõi sự phân bố không gian của dữ liệu.
Phƣơng pháp kết hợp hệ thống thông tin địa lý (ArcGIS), GS+ nhằm chuẩn hóa dữ liệu, đƣa về dữ liệu số thuận lợi cho quá trình biên tập và chuyển đổi giữa các dạng dữ liệu khi cần thiết.
2.2.2. Các bước thực hiện Bước 1: Thu thập dữ liệu
- Bản đồ: Bản đồ hành chính, Bản đồ của khu vực Đông Nam Á, Việt Nam, và của Đồng bằng sông Cửu Long (Bộ môn Tài nguyên đất đai, Khoa Môi trƣờng và Tài nguyên thiên nhiên, trƣờng Đại học Cần Thơ).
- Tài liệu: Hƣớng dẫn sử dụng phần mềm biên tập xử lý bản đồ MapInfo, ArcGIS và nội suy không gian của GS+ và ArcGIS.
- Thu thập dữ liệu vệ tinh GOSAT.
Dữ liệu đƣợc thu thập từ website: http://data.gosat.nies.go.jp/. Đây là dạng dữ liệu đã đƣợc phân tích nồng độ XCO2 (cột trung bình số mol không khí khô CO2 trong tổng số không khí hỗn hợp), các dữ liệu cung cấp đã đƣợc xử lý và lƣu trữ dƣới dạng tập tin HDF5. Dữ liệu GOSAT đƣợc chia thành bốn cấp là: Level 1, level 2, level 3 và level 4, ở mỗi cấp lại đƣợc chia theo 2 loại bộ cảm và băng khác nhau. Dữ liệu đƣợc dùng
Một tâp tin dữ liệu của vệ tinh GOSAT ngày 01 tháng 01 năm 2010 sẽ bao gồm tên của vệ tinh, tên của bộ cảm, ngày tháng năm thu thập, loại khí thu thập. Trong một ngày sẽ có dữ liệu của CO2 và CH4 sẽ có dạng:
GOSATTFTS20100101_02C01SV0221R140725004.h5 đây là tập tin chứa thông tin dữ liệu về CO2
GOSATTFTS20100101_02C02SV0221R140725004.h5 đây là tập tin chứa thông tin dữ liệu về CH4.
Các dữ liệu đƣợc thu thập theo mỗi ngày trong một tháng từ năm 2010 đến đầu năm 2014 trên toàn cầu. Để có thể đọc và xem dữ liệu ta cần phần mềm hỗ trợ là HDF Viewer, từ đó ta có thể chuyển dữ liệu qua dạng *.xls hoặc *.dbf,…phục vụ cho các bƣớc tiếp theo.
Bảng 2.1: Thông tin dữ liệu GOSAT
Cột Nội dung
Col 1: OPT Độ dày quang học
Col 2: dryairTotalColumn Tổng số không khí khô Col 3: SP Áp lực bề mặt (hPa) Col 4: footPrintLat Dấu chân vĩ độ (độ) Col 5: footPrintLong Dấu chân kinh độ (độ)
Col 6:he Chiều cao (m)
Col 7: lF Phần đất
Col 8: lat Vĩ độ (độ)
Col 9: lat_O Vĩ độ ban đầu (độ) Col 10: lon Kinh độ (độ) Col 11: lon_O Kinh độ ban đầu
Col 12: sa_azi Góc phƣơng vị của vệ tinh (độ) Col 13:sp Vị trí vệ tinh (km)
Col 14: sze Góc thiên đỉnh vệ tinh (độ) Col 15: soa Góc phƣơng vị mặt trời (độ) Col 16: soz Góc thiên đỉnh mặt trời (độ)
Col 17: XCO2 Nồng độ CO2 (đƣợc sử dụng cho đề tài)
Col 18: XCO2 _e Lỗi bên ngoài (ppmv) Col 19: XCO2_ie Lỗi nhiễu sóng (ppmv) Col 20: rq Chất lƣợng thu hồi
Col 21: tc Tổng số CO2 (molecules/cm2)
Col 22:cld Thông tin về mây (1: có thể bị nhiễm, 0: là không bị nhiễm) Col 23: it Số lần lập lại
Col 24: ns Số điểm quét
Col 25:qi Chất lƣợng thông tin
Col 26: sd Hƣớng quét
Col 27: sdu Thời gian của quá trình quét (giây)
Col 28: sid Mã quét
Col 29: se Bộ cảm (TANSO – FTS)
Col 30: utc Thời điểm quan sát (ngày, tháng, năm, giờ, phút, giây)
Bảng 2.1 thể hiện các thông tin vệ tinh nhận đƣợc tại thời điểm đo, dữ liệu bao gồm 30 cột trong đó cột 8 (lat) và cột 10 (lon) là tọa độ vệ tinh nhận đƣợc tại thời điểm đo và cột 17 (XCO2) là giá trị nồng độ CO2 (ppm).
Bảng 2.2: Một số giá trị của dữ liệu thu thập
Kinh độ Vĩ độ XCO2 Chất lƣợng XCO2 CHI2
116.9501 -23.0625 384 0 1.001852 120.0466 -30.9941 385.7 0 0.89426 114.8157 -31.1465 384.6 0 0.931539 114.4331 -32.4985 384.2 0 0.994188 116.0566 -33.0215 382.4 0 0.936299 108.6006 40.09487 384.4 0 0.968135 110.0307 38.59703 388.2 0 0.943553 108.1881 38.75135 387.2 0 0.934846 104.5635 39.2857 386.7 0 0.93262 104.2441 37.87237 385.3 0 0.938902 110.8001 35.224 385.2 0 0.982153 109.1758 35.91558 389.3 0 0.918461 107.3974 36.06156 386.5 0 0.918444 105.7188 … 36.56822 … 387 … 0 … 0.892597 …
Bảng 2.2 cho thấy một số giá trị về tọa độ và nồng độ của dữ liệu thu thập đƣợc, với dữ liệu về kinh độ, vĩ độ, thông tin về nồng độ XCO2 tại tọa độ này. Kèm theo đó là cột chất lƣợng giá trị XCO2, với 0 là chất lƣợng tốt và 1 là chất lƣợng không tốt, từ đó ta có thể tiến hành loại bỏ những giá trị dữ liệu kém chất lƣợng cung cấp dữ liệu đầu vào cho quá trình nội suy tiếp theo.
Bước 2: Xây dựng bản đồ phân bố không gian nồng độ khí CO2
Chọn mô hình biến động không gian
Sau khi đã chuyển dữ liệu từ HDF5 sang *.xls và tổng hợp theo từng tháng trong năm, ta sử dụng kỹ thuật nội suy (GS+) để xử lý dữ liệu . Phần mềm này xây dựng đƣợc bốn mô hình biến động không gian: Mô hình tuyến tính (Linear), mô hình hình cầu (Spherical), mô hình hàm mũ (Exponential) và mô hình Gaussian (Gaussian), nhờ vào sự hỗ trợ của chức năng “Autofit” phần mềm sẽ chọn đƣợc mô hình thích hợp nhất thể hiện sự biến động trong phân bố không gian dựa trên hai thông số là hệ số xác định (R2) và tổng độ lệch bình phƣơng (RSS). Mô hình nào có hệ số xác định (R2) cao nhất và tổng độ lệch bình phƣơng (RSS) nhỏ nhất thì mô hình đó đƣợc chọn. Vì R2 xác định mức độ tin cậy của của giá trị nội suy các điểm khảo sát, nếu giá trị R2
càng tiến về 1 thì mức độ tin cậy của giá trị nội suy trong thống kê càng cao, còn RSS đánh giá mức độ biến động của giá trị nội suy từ đó tìm ra mức độ sai số (RSS càng nhỏ có nghĩa là
Nội suy dữ liệu bằng phƣơng pháp Kringing trên ArcGIS
+ Đƣa dữ liệu vào nội suy : Chọn Add data/ File Excel/ chọn sheet có dữ liệu cần nội suy.
+ Chọn Display XY data : để chọn tọa độ cho file dữ liệu, vì dữ liệu là tọa độ lat/ long ta cần đƣa về dạng WGS 1984. Ta tiến hành chọn Edit/ Geographic Coordinate System/ World/ WGS 1984.prj/ Add/ Apply.
+ Nội suy dữ liệu: Trên thanh công cụ của ArcGIS chọn Spatial Analysis/ Interpolation to raster/ Kringing/ chọn cột dữ liệu chứa giá trị CO2/ Mô hình đã chọn trên GSPlus. Chọn file đầu ra là dạng ERDAS.
+ Xuất kết quả vừa nội suy ra dạng raster bằng cách nhấp chuột vào ảnh vừa nội suy chọn Data/ Export Raster data.
Phân loại theo Thredholds và chuyển bản đồ đã phân loại sang dạng *.shp
+ Mở ảnh trên ENVI, chọn File Open Image File/ Chọn tập tin ảnh vừa xuất từ ArcGIS/ Load band, ảnh sẽ hiển thị dƣới dạng ảnh trắng đen. Từ đó ta chuẩn bị phân loại.
+ Tiến hành phân loại ảnh: từ trên thanh công cụ Menu của ảnh ta chọn Tool/ Region Of Interst/ ROI Tool. Hộp thoại ROI Tool xuất hiện ta chọn Option/ Band Thredhold to ROI, chọn flie ảnh cần phân loại, ta tiến hành phân cấp theo cấp nồng độ khí CO2 của từng tháng. Sau khi phân cấp và cho màu khác nhau cho các ROI ta chọn Option/ Creat Class Image from ROI chọn selects All/ OK. Ta có đƣợc ảnh phân loại các cấp nồng độ của khí CO2 trên toàn thế giới. + Chuyển ảnh đã phân loại sang dạng *.shp để tiến hành cắt lấy khu vực cần
nghiên cứu trên ArcGIS: Trên thanh công cụ chính của Envi ta chọn Vector/ Classification to Vector/ Chọn file ảnh vừa phân loại.
Chồng lắp trên ArcGIS: Sau khi đã có ảnh phân loại các cấp nồng độ XCO2 ta tiến hành chồng lắp với bản đồ ranh giới của khu vực nghiên cứu dạng vector để cắt ra theo khu vƣc cần nghiên cứu là Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long. Bằng chức năng Clip (Analysis Tool/ Extract Clip).
Hoàn chỉnh bản đồ: Sau khi đã có đƣợc bản đồ phân bố nồng độ XCO2 ở Việt Nam và Đồng bàng sông Cửu Long, ta tiến hành xây dựng một bản đồ hoàn chỉnh trên Mapinfo và in ấn.
Tổng hợp số liệu về diện tích của từng cấp nồng độ, để đánh giá và so sánh sự biến thiên về diện tích.
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ THẢO LUẬN
3.1.Kết quả thu thập dữ liệu
Dữ liệu thu thập đƣợc từ vệ tinh GOSAT là theo mỗi ngày trong tháng với tổng số điểm khoảng 400 điểm và vệ tinh có chu kỳ lặp là 3 ngày. Có nghĩa là sau 3 ngày sẽ quay lại vị trí ban đầu, vì vậy cứ 3 ngày ta sẽ có một bộ dữ liệu của toàn cầu. Ví dụ: Bộ 1 gồm ngày 1, ngày 4 và ngày 7, bộ 2 gồm ngày 2, ngày 5 và ngày 8,…. Nhƣ vậy một tháng sẽ có từ 9 đến 10 bộ dữ liệu, điều này sẽ làm tốn rất nhiều thời thời gian phân tích và đánh giá kết quả nên ta sẽ gom chung dữ liệu theo từng tháng của năm để thuận tiện cho việc đánh giá và tiết kiệm thời gian. Vì vậy sau khi tổng hợp dữ liệu từ năm 2010 đến đầu năm 2014, ta thu đƣợc 53 bộ dữ liệu tƣơng ứng với 53 tháng nghiên cứu.
Hình 3.1 : Các điểm khảo sát (đo) của bộ cảm TANSO
3.2.Xu hƣớng phát thải khí CO2 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long năm 2010 2010
3.2.1. Xu hướng phát thải khí CO2 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long tháng 1
năm 2010
3.2.1.1. Nội suy giá trị nồng độ XCO2 tháng 1 năm 2010
Để thấy rõ việc chọn mô hình thích hợp trong việc nội suy qua sự so sánh các thông số trong 4 mô hình với nhau đƣợc tổng hợp ở bảng 3.1
Bảng 3.1: Thông số của các mô hình biến động không gian nồng độ XCO2 tháng 1 năm 2010 Mô hình Nugget Variance (Co) Sill (Co + C) Range (A) RSS (R 2 ) Proportion (C/[ Co+ C]) Spherical 0.43 6.947 9.0 0.0588 0.562 0.938 Exponential 0.81 6.946 7.2 0.0586 0.561 0.883
Từ những số liệu phân tích, so sánh ở trên ta sẽ chọn ra đƣợc một mô hình thích hợp với độ chính xác cao. Mô hình Exponential là mô hình đƣợc chọn với RSS là 0.0586 và R2 là 0.561 (Hình 3.2).
Giá trị biến động trong khoảng cách nhỏ nhất không nhìn thấy biến động do sai số (Nugget Variance Co) là 0.81.
Ngƣỡng giá trị biến động (Sill Co + C) là 6.946
Khoảng cách xa nhất còn tham gia biến động (Range A): 7.2 Phần trăm biến động (Proportion C/[C0 + C]) là 88,3%.
Hình 3.2: Variogram của nồng độ XCO2 tháng 1 năm 2010
3.2.1.2. Xây dựng bản đồ phân bố không gian nồng XCO2 tháng 1 năm 2010 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long. Nam và Đồng bằng sông Cửu Long.
Hình 3.3: Bản đồ phân bố không gian nồng độ CO2 tháng 1 ở Việt Nam và ĐBSCL
01/2010 01/2010
Qua hình 3.3 ta có thể thấy rằng nồng độ XCO2 trong tháng 1 ở Việt Nam và ĐBSCL chỉ ở mức trung bình thấp từ 385 ppm đến 388 ppm. Trong đó, nồng độ XCO2 từ 385 – 386 ppm chủ yếu phân bố ở vùng Tây Bắc, Bắc Trung Bộ và vùng châu thổ sông Hồng.
Đối với nồng độ từ 386 – 387 ppm phân bố chủ yếu ở khu vực Đông Bắc và Đồng bằng sông Cửu Long. Hai vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên có nồng độ cao nhất trong tháng là 387 – 388 ppm.
3.2.2. Xu hướng phát thải khí CO2 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long tháng 2
năm 2010
3.2.2.1. Nội suy giá trị nồng độ XCO2 tháng 2 năm 2010
Bảng 3.2: Thông số của các mô hình biến động không gian nồng độ XCO2 tháng 2 năm 2010 Mô hình Nugget Variance (Co) Sill (Co + C) Range (A) RSS (R 2 ) Proportion (C/[ Co+ C]) Spherical 1.05 8.72 68.6 3.31 0.945 0.880 Exponential 0.37 8.95 83.7 5.93 0.902 0.959 Linear 5.03 10.1 173.42 26.5 0.561 0.502 Gaussian 2.24 8.76 60.44 3.08 0.949 0.744
Qua giá trị trên bảng 3.2 cho thấy mô hình thích hợp nhất dùng để nội suy là mô hình Gausian (Hình 3.4). Các thông số của mô hình Gaussian là:
Giá trị Co là 2.24 Giá trị Co + C là 8.76
Khoảng cách xa nhất còn tham gia biến động (Range A): 60.44 Tổng độ lệch bình phƣơng (RSS) là 3.08
Hệ số tƣơng quan (R2) là 0.949
3.2.2.2. Xây dựng bản đồ phân bố không gian nồng độ XCO2 tháng 2 năm 2010 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long. Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long.
Hình 3.5 : Bản đồ phân bố không gian nồng độ CO2 tháng 2 ở Việt Nam và ĐBSCL
Đối với tháng 2, nồng độ XCO2 có xu hƣớng tăng hơn tháng 1 (Hình 3.5) cụ thể là từ 389 đến 392 ppm. Nồng độ phân bố nhiều nhất trong tháng là 390 – 391 ppm, phân bố ở khu vực ĐBSCL, Đông Nam Bộ, phía Nam vùng Nam Trung Bộ và Tây Nguyên. Nhìn chung nồng độ XCO2 có xu hƣớng giảm dần từ Bắc vào Nam.
Đối với khu vực ĐBSCL nồng độ XCO2 nồng độ thấp nhất (389 – 390 ppm) trong tháng phân bố ở các tỉnh ven biển nhƣ Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh,… Các tỉnh Đồng Tháp, Hậu Giang, Cần Thơ, An Giang có nồng độ từ 390 – 391 ppm. Nhìn chung nồng độ XCO2 có xu hƣớng tăng dần từ Đông sang Tây.
3.2.3. Xu hướng phát thải khí CO2 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long tháng 3
năm 2010
3.2.3.1. Nội suy giá trị nồng độ XCO2 tháng 3 năm 2010
Để thấy rõ việc chọn mô hình thích hợp trong việc nội suy qua sự so sánh các thông số trong 4 mô hình với nhau đƣợc tổng hợp ở bảng 3.3
02/2010
Bảng 3.3: Thông số của các mô hình biến động không gian nồng độ XCO2 tháng 3 năm 2010 Mô hình Nugget Variance (Co) Sill (Co + C) Range (A) RSS (R 2 ) Proportion (C/[ Co+ C]) Spherical 1.48 8.37 69.4 9.06 0.836 0.823 Exponential 0.46 8.41 71.1 14.0 0.747 0.945 Linear 5.54 9.11 172.7 38.4 0.306 0.392 Gaussian 2.6 8.4 60.8 9.48 0.828 0.691
Từ những số liệu phân tích, so sánh ở trên ta sẽ chọn ra đƣợc một mô hình thích hợp với độ chính xác cao. Mô hình Spherical là mô hình đƣợc chọn với RSS là 9.06 và R2 là 0.836 (Hình 3.6).
Giá trị biến động trong khoảng cách nhỏ nhất không nhìn thấy biến động do sai số (Nugget Variance Co) là 1.48.
Ngƣỡng giá trị biến động (Sill Co + C) là 8.37
Khoảng cách xa nhất còn tham gia biến động (Range A): 69.4 Phần trăm biến động (Proportion C/[C0 + C]) là 82,3%.
Hình 3.6: Variogram của nồng độ XCO2 tháng 3 năm 2010
3.2.3.2. Xây dựng bản đồ phân bố không gian nồng độ XCO2 tháng 3 năm 2010 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long. Nam và Đồng bằng sông Cửu Long.
Qua hình 3.7 ta có thể thấy nồng độ CO2 ở Việt Nam không có sự thay đổi so với tháng 2, nó chỉ thay đổi về diện tích phân bố và khu vực phân bố cụ thể là:
Nồng độ cao nhất tháng (392 – 393 ppm) phân bố ở vùng Bắc Trung Bộ với diện tích nhỏ không đáng kể. Nồng độ khá cao trong tháng (391 – 392 ppm) phân bố chủ yếu ở các vùng Tây Bắc, Nam Trung Bộ và phía Nam vùng Đông Bắc. Nhìn chung, từ vùng
Hình 3.7 : Bản đồ phân bố không gian nồng độ CO2 tháng 3 ở Việt Nam và ĐBSCL
Đối với vùng Đồng bằng sông Cửu Long, nồng độ XCO2 có xu hƣớng giảm so với tháng 2. Ở tháng 3, nồng độ có diện tích phân bố nhiều nhất tháng ở khu vực này là từ 388ppm đến 389ppm và phân bố hầu nhƣ ở toàn bộ các tỉnh của ĐBSCL.
3.2.4. Xu hướng phát thải khí CO2 ở Việt Nam và Đồng bằng sông Cửu Long tháng 4
năm 2010
3.2.4.1. Nội suy giá trị nồng độ XCO2 tháng 4 năm 2010
Bảng 3.4: Thông số của các mô hình biến động không gian nồng độ XCO2 tháng 4 năm 2010 Mô hình Nugget Variance (Co) Sill (Co + C) Range (A) RSS (R 2 ) Proportion (C/[ Co+ C]) Spherical 1.33 9.8 80.4 12.0 0.867 0.864 Exponential 0.31 9.95 87.9 19.6 0.784 0.969 Linear 5.75 10.9 174.2 55.7 0.385 0.472 Gaussian 2.6 9.85 70.5 12.2 0.865 0.736
Bảng 3.4 cho ta thấy các thông số của các mô hình biến động không gian nồng độ XCO2 tháng 4 năm 2010, mô hình đƣợc chọn là mô hình Spherical với RSS là 12 và R2 là 0.867 (Hình 3.8), các thông số khác của mô hình là:
Ngƣỡng giá trị biến động (Sill Co + C) là 9.8 3/2010
Giá trị biến động trong khoảng cách nhỏ nhất không nhìn thấy biến động do sai số (Nugget Variance Co) là 1.33.
Khoảng cách xa nhất còn tham gia biến động (Range A): 80.4 Phần trăm biến động (Proportion C/[C0 + C]) là 86.4%.
Hình 3.8: Variogram của nồng độ XCO2 tháng 4 năm 2010