CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨỤ
1.3. Các mô hình xác ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh
1.3.2. Mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt SEBI (Surface Energy Balance Index)
Bản chất của mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt là dựa trên sự tương phản giữa vùng ẩm ướt và vùng khô (Choudhury và Menenti 1993) đã đề xuất mô hình SEBI để tính toán lượng bốc thoát hơi nước từ những vùng nhỏ dễ bay hơị Mô
hình này dựa trên chỉ số thực tế sử dụng nước của cây trồng (CWSI, giá trị bốc hơi tương đối được xác định bằng tổng hợp nhiệt độ quan sát trong một phạm vi tối đa của nhiệt độ bề mặt, cân bằng năng lượng bề mặt cho thấy một giới hạn lý thuyết trên và dưới về sự khác biệt bề mặt và nhiệt độ không khí. Ở đây theo điều kiện khô, bay hơi được giả định là 0 cho các điểm lớp ranh giới để mật độ thông lượng nhiệt hợp lý có giá trị lớn nhất Ts, max (nhiệt độ bề mặt lớn nhất). Ts, max là nghịch đảo của phương trình chuyển đổi khối lượng, nó được tính như sau:
��,��� = ���� + ��,��� ( �
��� ) (1.10)
Trong đó:���� – đại diện cho lớp nhiệt độ đường biên trung bình của địa cầu (0K),��,��� - Khí động học làm chuyển đổi nhiệt hợp lý (s/m).
Nhiệt độ thấp nhất của bề mặt thu được cho các khu vực ẩm ướt từ phương trình (1.11) bằng cách tính toán lượng bốc thoát hơi nước tiềm năng từ phương trình Penman-Monteith không xem xét sự đề kháng ở bên trong:
��,��� = ���� + � � ,min ( � � − � ) ��� 1+ − ∆ � ( � ��� − )� � (1.11)
Trong đó: Ts, min - Đại diện cho khí động học tối thiểu (s/m), e và���� - Đại diện cho áp suất hơi nước thực tế và áp suất hơi nước bão hòa, Δ - Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa của không khí (kPa/°C), γ - Hằng số Psychrometric (kPa/°C).
Nội suy giá trị nhiệt độ bề mặt quan sát với giá trị nhiệt độ lớn nhất và nhỏ nhất của bề mặt, phần bay hơi tương đối sau đó sẽ được tính theo công thức sau:
��
��� =1− ∆� × ��−1 − ∆���� × ��,−1���
∆���� × ��,−1��� − ∆���� × ��,−1��� (1.12) Trong đó: ΔT = Ts − Tpbl, ΔTmin = Ts, min − Tpbl, và ΔTmax = Ts, max − Tpbl. Nhiệt độ bề mặt Ts được xác định bằng sử dụng kênh ảnh cận hồng ngoại nhiệt cho từng điểm ảnh, trong đó Tpbl là nhiệt độ tiềm năng của không khí ở phía trên của đỉnh khí quyển. Biến đổi mô hình CWSI, Menenti and Choudhury xác định về mặt lý thuyết
các dãy điểm tối ưu cho LE và Ts tính toán nguyên nhân sự biến đổi bốc hơi thực tế bề mặt do có độ phản xạ và độ nhám khí động học.
Đối với bề mặt cụ thể với suất phân sai bề mặt thay đổi và gồ ghề, điểm ảnh tối ưu và nhiệt độ bề mặt nhỏ nhất được xác định lại theo mô hình CWSỊ Điểm ảnh tối ưu trong mô hình SEBI được tính toán để có được giá trị bốc hơi nước cho vùng từ phần bay hơi tương đốị
1.3.3. Mô hình Hệ thống cân bằng năng lượng bề mặt SEBS (Surface Energy Balance System)
Một mô hình nổi tiếng là hệ thống cân bằng năng lượng bề mặt là SEBS (Su 2002, 2001, 2005, Su và cộng sự 2003) đã thiết kế sửa đổi từ mô hình SEBI cho việc ước tính cân bằng năng lượng bề mặt sử dụng dữ liệu viễn thám, được đặt tên là SEBS. Mô hình SEBS ước tính dòng nhiệt hợp lý và dòng nhiệt ẩn từ dữ liệu vệ tinh và từ những dữ liệu khí tượng thông thường có sẵn. Tính toán các tham số vật lý của bề mặt đất, tính toán độ dài của độ nhám cho sự truyển nhiệt, và ước tính phần nước bay hơi dựa vào cân bằng năng lượng ở các trường hợp giới hạn là cơ sở chính của phương pháp SEBS. Trong mô hình SEBS, dòng nhiệt ẩn làm bốc thoát hơi nước được coi bằng 0 ở điều kiện giới hạn khô, nghĩa là dòng nhiệt hợp lý đạt giá trị lớn nhất của nó khi đó Hdry = Rn − G. Mặt khác, ở giới hạn ẩm, giá trị ET diễn ra tại thời điểm đó theo tỷ lệ mức tiềm năng (LEwet), khi đó sự bay hơi chỉ bị hạn chế bởi năng lượng sẵn có cho một bề mặt riêng biệt và điều kiện khí quyển và thông lượng nhiệt hợp lý đạt giá trị nhỏ nhất của nó, Hwet. Dòng nhiệt hợp lý tại giới hạn khô và ẩm được thể hiện như sau:
���� = (�� − �) (1.13)
���� = ( � � − (� + ∆)� ) � − �� � �( ��� − �) �� (� + ∆)
(1.14)
Trong đó: ra - phụ thuộc vào độ dài của Obukhov, nó là hàm của tốc độ ma sát và thông nhiệt lượng hợp lý. Phần bốc hơi nước tương đối (EFr) và phần bốc hơi (EF) khi đó được thể hiện như sau:
��� = ����� − ��� − ��
��� (1.15)
�� = �� � − �� ���
�� − � (1.16
Bằng cách sử dụng lý thuyết tương tự, một sự phân biệt trong mô hình SEBS giữa lớp biên của khí quyển và lớp bề mặt khí quyển. Phân biệt như vậy để có chiều cao của lớp đường biên khí quyển là một tham chiếu của nhiệt độ không khí tiềm năng để tính toán dòng nhiệt.
Ưu điểm chính của mô hình SEBS bao gồm: (1) Xem xét sự cân bằng năng lượng trong các trường hợp giới hạn, giảm thiểu sự không chắc chắn liên quan đến nhiệt độ bề mặt và sự thay đổi thời tiết; (2) đưa ra công thức mới về chiều cao độ nhám địa hình cho sự truyền nhiệt thay vì sử dụng các giá trị không đổi; (3) đặc trưng cho dòng nhiệt thực tế thay đổi bất thường mà không cần kiến thức kinh nghiệm nào; và (4) đại diện cho các thông số liên quan đến phản xạ của bề mặt.