Kết quả tính giá trị hằng số Psychrometric γ (Kpa/0C)
Tên trạm 1/7/2015 15/6/2016 4/6/2017 25/7/2018 9/7/2019 7/7/2020 18/8/2021 Khí tượng 0,06690 0,06691 0,06693 0,06671 0,06686 0,06681 0,06676 Hòa Bình Khí tượng 0,06569 0,06568 0,06571 0,06558 0,06566 0,06570 0,06566 Mai Châu Khí tượng 0,06653 0,06651 0,06657 0,06638 0,06650 0,06648 0,06645 Kim Bôi Khí tượng 0,06699 0,06692 0,06698 0,06681 0,06691 0,06689 0,06681 Chi Nê Khí tượng 0,06667 0,06669 0,06671 0,06656 0,06666 0,06666 0,06657 Lạc Sơn Thủy văn 0,06689 0,06690 0,06692 0,06670 0,06687 0,06681 0,06676 HòaBình Khí tượng 0,06572 0,06567 0,06575 0,06558 0,06571 0,06560 0,06566 Phù Yên Khí tượng 0,05958 0,05960 0,05963 0,05956 0,05955 0,05963 0,05955 Mộc Châu
3.3.2.3. Tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ)
Sử dụng các công thức tính theo mô hình FAO 56 và dữ liệu khí tượng về nhiệt độ đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thủy văn ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021. Kết quả tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.13. Kết quả tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ) theo mô hình FAO 56
Kết quả tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi nước bão hòa Δ
Tên trạm (Kpa/0C) 1/7/2015 15/6/2016 4/6/2017 25/7/2018 9/7/2019 7/7/2020 18/8/2021 Khí tượng 0,31300 0,31676 0,32595 0,23440 0,29544 0,27399 0,25449 Hòa Bình Khí tượng 0,26605 0,26150 0,27736 0,22345 0,25386 0,27266 0,25449 Mai Châu Khí tượng 0,28145 0,27333 0,29903 0,22176 0,27000 0,26215 0,24764 Kim Bôi Khí tượng 0,31225 0,28145 0,31001 0,23915 0,27736 0,26934 0,23736 Chi Nê Khí tượng 0,27399 0,28490 0,29119 0,23148 0,27066 0,26934 0,23558 Lạc Sơn Thủy văn 0,30927 0,31300 0,32210 0,23089 0,29975 0,27266 0,25261 HòaBình Khí tượng 0,29402 0,27000 0,30558 0,23381 0,28838 0,24155 0,26474 Phù Yên Khí tượng 0,20969 0,21897 0,22974 0,20231 0,19819 0,23089 0,19972 Mộc Châu
Kết quả tính cho thấy các giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ), hằng số Psychrometric (γ), độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa (Δ) ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021 cho thấy tại các vị trí khác nhau trong cùng một thời điểm hay các thời điểm khác nhau tại cùng một vị trí đều có sự khác nhau phụ thuộc vào nhiệt độ trung bình và độ cao của bề mặt lớp phủ.
3.3.3 Kết quả tính hệ số a, b của mô hình Priestley – Taylor với điều kiện địahình, khí hậu tỉnh Hòa Bình, Sơn La thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam từ dữ liệu hình, khí hậu tỉnh Hòa Bình, Sơn La thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam từ dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn
3.3.3.1. Kết quả xác định hệ số tuyến tính a, b của mô hình Priestley-Taylor
Sau khi tính được các tham số Rnd, λ, γ, Δ từ dữ liệu khí tượng quan trắc tại 6 trạm khí tượng thủy văn Hòa Bình và 2 trạm khí tượng Sơn La, kết hợp với lượng bốc thoát hơi nước đo được tại thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày
04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021. Thay các giá trị Rnd, λ, γ, Δ và ETa_Đo vào mô hình Priestley – Taylor, tại mỗi thời điểm lập được hệ 8 phương trình dạng (2.40) với 2 ẩn số a, b giải bài toán theo nguyên lý số bình phương nhỏ nhất xác định được hệ số a, b cho các thời điểm ngày
01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021. Đề xuất hệ số a, b phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu tỉnh Hòa Bình thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam là giá trị trung bình của 7 thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021. Kết quả tính toán được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.14. Kết quả tính hệ số a, b của mô hình Priestley - Taylor phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu tỉnh Hòa Bình thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam
Kết quả tính hệ số a, b của mô hình Priestley - Taylor theo chuỗi thời điểm
Trung 01/7/2015 15/6/2016 4/6/2017 25/7/2018 9/7/2019 07/7/2020 18/8/2021 bình
a b a b a b a b a b a b a b a b
- - - - -
0,795 0,087 0,771 0,118 0,862 0,123 0,767 0,081 0,835 0,171 0,782 0,123 0,730 0,029 0,792 0,026
Qua kết quả tính hệ số a, b của mô hình Priestley - Taylor với điều kiện địa hình, khí hậu tại tỉnh Hòa Bình thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam từ dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại 6 trạm khí tượng thủy văn tỉnh Hòa Bình và 2 trạm khí tượng Sơn La tại thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021 cho thấy giá trị a của mô hình Priestley - Taylor tính từ dữ liệu khí tượng thủy văn dao động từ 0,730 tại thời điểm ngày 18/8/2021 đến 0,862 tại thời điểm ngày 04/6/2017. Giá trị b của mô hình dao động từ -0,171 tại thời điểm ngày 09/7/2019 đến 0,123 tại thời điểm ngày 04/6/2017 và ngày 07/7/2020. Giá trị a, b trung bình tại các thời điểm là a = 0,792 và b = -0,026. Giá trị a, b trung bình sẽ được sử dụng để ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước trên địa bàn tỉnh Hòa Bình với các tham số Rnd, λ, γ, Δ được chiết xuất, tính toán từ ảnh vệ tinh và giá trị độ cao tính từ DEM.
3.3.3.2. Kết quả kiểm chứng xác định hệ số a, b của mô hình Priestley-Taylor
Sử dụng hệ số a, b xác định được từ các thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021 để kiểm chứng kết quả tính tại 3 trạm (Thủy văn Hưng Thi, Thủy văn Lâm Sơn, Khí tượng Bắc Yên). Kết quả kiểm chứng được thể hiện trong bảng sau:
Bảng 3.15. Kết quả kiểm chứng xác định hệ số a, b của mô hình Priestley – Taylor
Kết quả kiểm chứng tại các trạm (mm/ngày)
Tên trạm 01/7/2015 15/6/2016 4/6/2017 25/7/2018 9/7/2019 07/7/2020 18/8/2021
ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_ ETa_
Đo Ktra Đo Ktra Đo Ktra Đo Ktra Đo Ktra Đo Ktra Đo Ktra
Thủy văn Hưng Thi 7,0 7,0 6,3 6,3 8,0 8,3 4,9 4,5 3,5 4,2 7,1 6,5 7,1 6,6 Thủy văn Lâm Sơn 6,8 7,2 6,5 6,3 9,2 8,6 4,8 4,4 5,1 4,4 6,8 6,4 6,2 6,6 Khí tượng Bắc Yên 7,2 7,3 7,1 6,8 7,1 8,1 4,7 4,8 3,1 3,9 7,8 6,7 6,5 6,5
Kết quả kiểm chứng xác định hệ số a,b của mô hình Priestley-Taylor tại 3 trạm (Thủy Văn Hưng Thi, Thủy Văn Lâm Sơn và Khí tượng Bắc Yên) cho thấy chênh lệch lượng bốc thoát hơi nước đo trực tiếp (ETa_Đo) và lượng bốc thoát hơi nước tính từ hệ số a,b theo mô hình Priestley-Taylor có giá trị chênh lệch lớn nhất là 1,1mm/ngày tại thời điểm ngày 07/7/2020 và chênh lệch trung bình tại 7 thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 15/6/2016, ngày 04/6/2017, ngày 25/7/2018, ngày 09/7/2019, ngày 07/7/2020 và ngày 18/8/2021 là 0,4 mm/ngàỵ
3.4. Thực nghiệm tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ tạitỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley – Taylor với hệ số a, b xác định bằng thực nghiệm
3.4.1. Kết quả tính giá trị năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày Rnd từ dữ liệuảnh vệ tinh Landsat 8 (Rnd _VT) ảnh vệ tinh Landsat 8 (Rnd _VT)
Ảnh vệ tinh thu nhận tại các thời điểm ngày 01/7/2015 ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 được xử lý và tính toán giá trị năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày theo mô hình SEBAL. Quá trình và kết quả tính năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày được thể hiện qua các bước trung gian như sau:
Để xác định chính xác nhiệt độ bề mặt ảnh vệ tinh cần được giảm bớt, hoặc loại bỏ các nhiễu khí quyển trong quá trình thu và nhận năng lượng đối với bước sóng hồng ngoại nhiệt. Có nhiều mô hình khác nhau được sử dụng để hiệu chỉnh khí quyển, nâng cao độ chính xác, giảm bớt ảnh hưởng của khí quyển. Trong nghiên cứu này nghiên cứu sinh đã sử dụng mô hình FLAASH trong phần mềm ENVI để loại bỏ những ảnh hưởng của hiệu ứng khí quyển.
Hình 3.3. Kết quả hiệu chỉnh khí quyển cho ảnh vệ tinh bằng mô hình FLAASH3.4.1.2. Tính giá trị pixel từ dạng số DN sang giá trị năng lượng bức xạ phổ và độ 3.4.1.2. Tính giá trị pixel từ dạng số DN sang giá trị năng lượng bức xạ phổ và độ phản xạ bề mặt
Ảnh vệ tinh Landsat 8 được đặc trưng bằng các pixel là các giá trị của từng điểm ảnh lưu ở dạng số hay còn gọi là các giá trị DN (Digital Number). Ảnh vệ tinh Landsat 8 khi tải về đã được xử lý ở mức L1GT (Level 1T – Terrain Corrected) đã được hiệu chỉnh về bức xạ, khí quyển, hình học và khắc phục sai số do địa hình gây rạ Sử dụng công thức (2.4) để tính chuyển giá trị pixel từ dạng số DN sang giá trị năng lượng bức xạ phổ Lλ cho Kênh 10 của Landsat 8 phục vụ tính nhiệt độ bề mặt.
8,17 11,32 7,05 11,35 7,56 11,59
Năng lượng bức xạ phổ Năng lượng bức xạ phổ Năng lượng bức xạ phổ Lλ Kênh 10 ảnh vệ tinh Lλ Kênh 10 ảnh vệ tinh Lλ Kênh 10 ảnh vệ tinh
Landsat 8 ngày 01/7/2015 Landsat 8 ngày 04/6/2017 Landsat 8 ngày 18/8/2021
Hình 3.4. Kết quả tính chuyển giá trị pixel từ dạng số DN sang giá trị năng lượng bức xạ phổ
Trên ảnh vệ tinh, bộ phận của cảm biến mới chuyển từ bước sóng ánh sáng thành giá trị độ sáng (DN value) và đổi về đơn vị số nguyên. Mỗi một Pixel ảnh tương ứng với một giá trị DN. Vì thế, để tiếp cận gần hơn với thông tin thực tế phải hiệu chỉnh nhiều yếu tố để đưa về độ phản xạ bề mặt (SR reflectance), khi đó công tác ứng dụng ảnh vệ tinh mới có ý nghĩa thực tiễn. Sử dụng công thức (2.5) để chuyển đổi giá trị điểm ảnh từ dạng số (DN) sang giá trị phản xạ bề mặt (Reflectance) cho các kênh từ 2 – 9 để tính các chỉ số NDVI và suất phân sai tại đỉnh khí quyển.
0,067 0,595 0,085 0,545 0,079 0,544
Năng lượng phản xạ phổ ρλ Năng lượng phản xạ phổ ρλ Năng lượng phản xạ phổ ρλ kênh 2 ảnh vệ tinh Landsat 8 kênh 2 ảnh vệ tinh Landsat kênh 2 ảnh vệ tinh Landsat 8
0,023 0,586 0,039 0,567 0,034 0,521
Năng lượng phản xạ phổ ρλ Năng lượng phản xạ phổ ρλ Năng lượng phản xạ phổ ρλ kênh 4 ảnh vệ tinh Landsat kênh 4 ảnh vệ tinh Landsat kênh 4 ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày 01/7/2015 8 ngày 04/6/2017 8 ngày 18/8/2017
0,003 0,994 0,014 0,951 0,003 0,965
Năng lượng phản xạ phổ ρλ Năng lượng phản xạ phổ ρλ Năng lượng phản xạ phổ ρλ kênh 7 ảnh vệ tinh Landsat kênh 7 ảnh vệ tinh Landsat kênh 7 ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày 01/7/2015 8 ngày 04/6/2017 8 ngày 18/8/2017
Hình 3.5. Kết quả tính chuyển đổi giá trị điểm ảnh từ dạng số (DN) sang giá trị phản
xạ bề mặt (Reflectance) cho một số kênh ảnh 3.4.1.3. Tính các chỉ số NDVI, SAVI, LAI
Ảnh vệ tinh tại các thời điểm 01/7/2015 ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 sau khi được tính chuyển từ dạng số sang giá trị phản xạ bề mặt được sử dụng để tính toán các chỉ số gồm: Chỉ số thực vật NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), Chỉ số thực vật có hiệu chỉnh ảnh hưởng của đất SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index), và LAI (Leaf Area Index) chỉ số diện tích lá. Áp dụng công thức (2.12), (2.13), (2.14) để tính các chỉ số NDVI, SAVI và LAỊ Kết quả tính được thể hiện trong hình sau:
-0,482 0,876 -0,327 0,819 -0,433 0,843
Chỉ số NDVI tính từ ảnh Chỉ số NDVI tính từ ảnh Chỉ số NDVI tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày vệ tinh Landsat 8 ngày vệ tinh Landsat 8 ngày
01/7/2015 04/6/2017 18/8/2021
-0,356 0,812 -0,129 0,767 -0,335 0,802
Chỉ số SAVI tính từ ảnh vệ Chỉ số SAVI tính từ ảnh vệ Chỉ số SAVI tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày tinh Landsat 8 ngày tinh Landsat 8 ngày
01/7/2015 04/6/2017 18/8/2021
-0,835 5,791 -0,519 5,684 -0,718 5,225
Chỉ số LAI tính từ ảnh vệ Chỉ số LAI tính từ ảnh vệ Chỉ số LAI tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8ngày tinh Landsat 8 ngày tinh Landsat 8 ngày
01/7/2015 04/6/2017 18/8/2021
Hình 3.6. Kết quả tính các chỉ số NDVI, SAVI và LAI 3.4.1.4. Tính hệ số phát xạ bề mặt (ε) LAI 3.4.1.4. Tính hệ số phát xạ bề mặt (ε)
Hệ số phát xạ bề mặt (ε) là tỷ số của năng lượng nhiệt bức xạ bởi bề mặt với năng lượng nhiệt phát ra bởi một vật đen ở nhiệt độ tương tự. Có 2 loại phát xạ bề
mặt được sử dụng trong mô hình SEBAL. Một là đại diện cho phát xạ nhiệt bề mặt với sự phát xạ nhiệt kênh 10 dải phổ hẹp tương đối của ảnh Landsat 8 (10,3 – 11,3 μm), thể hiện bởi εNB, thứ hai là một đại diện cho phát xạ nhiệt bề mặt với sự phát xạ nhiệt trong quang phổ nhiệt dải rộng (6 - 14 μm), thể hiện bởi ε0. Giá trị εNB được sử dụng để tính toán nhiệt độ bề mặt (Ts), và ε0 sử dụng sau để tính toán tổng phát xạ năng lượng sóng dài từ bề mặt. Sử dụng công thức (2.15) và (2.16) để tính các giá trị ε0, εNB kết quả tính được thể hiện trong hình sau:
0,943 0,985 0,946 0,985 0,946 0,985
Sự phát xạ nhiệt trong dải Sự phát xạ nhiệt trong dải Sự phát xạ nhiệt trong dải rộng (ε0) tính từ ảnh vệ tinh rộng (ε0) tính từ ảnh vệ tinh rộng (ε0) tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày 01/7/2015 Landsat 8 ngày 04/6/2017 Landsat 8 ngày 18/8/2021
0,968 0,990 0,967 0,990 0,968 0,999
Sự phát xạ nhiệt trong dải Sự phát xạ nhiệt trong dải Sự phát xạ nhiệt trong dải hẹp (εNB) tính từ ảnh vệ tinh hẹp (εNB) tính từ ảnh vệ tinh hẹp (εNB) tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày 01/7/2015 Landsat 8 ngày 04/6/2017 Landsat 8 ngày 18/8/2021
3.4.1.5. Tính nhiệt độ bề mặt Ts
Sử dụng công thức (2.17) để tính nhiệt độ bề mặt từ ảnh vệ tinh Landsat 8 tại hai thời điểm chụp ảnh ngày 01/7/2015 ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021. Kết quả tính nhiệt độ bề mặt được thể hiện trong hình sau:
291,8 313,0 287,0 308,0 286,7 313,5
Nhiệt độ bề mặt (TS) tính từ Nhiệt độ bề mặt (TS) tính từ Nhiệt độ bề mặt (TS) tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày 01/7/2015 (0K) 04/6/2017 (0K) 18/8/2021 (0K)
Hình 3.8. Kết quả tính nhiệt độ bề mặt Ts 3.4.1.6. Tính giá trị năng lượng phát xạ sóng dài RL↑ Ts 3.4.1.6. Tính giá trị năng lượng phát xạ sóng dài RL↑
Sử dụng công thức (2.18) để tính năng lượng phát xạ sóng dài đị Kết quả tính năng lượng phát xạ sóng dài đi từ ảnh vệ tinh Landsat 8 chụp các ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 được thể hiện trong hình sau:
389,54 522,67 344,25 525,57 365,05 531,93
Giá trị năng lượng phát xạ Giá trị năng lượng phát xạ Giá trị năng lượng phát xạ sóng dài đi (RL↑) tính từ ảnh sóng dài đi (RL↑) tính từ ảnh sóng dài đi (RL↑) tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 ngày vệ tinh Landsat 8 ngày vệ tinh Landsat 8 ngày
01/7/2015 04/6/2017 18/8/2021
Hình 3.9. Kết quả tính năng lượng phát xạ sóng dài đi (RL↑) từ ảnh vệ tinh Landsat 8 3.4.1.7. Tính toán suất phân sai bề mặt đất α
Suất phân sai bề mặt (α) là tỷ số giữa năng lượng bức xạ phản xạ với năng lượng bức xạ sóng ngắn. Suất phân sai bề mặt đất được tính toán bởi sự hiệu chỉnh suất phân sai ở đỉnh khí quyển αtoa truyền dẫn qua khí quyển. Suất phân sai bề mặt