CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
3.5. Xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp
lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh trên nền Google Earth Engine
Chương trình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh trên nền Google Earth Enginẹ Sơ đồ khối và giao diện chính của chương trình như sau:
3.5.1. Sơ đồ khối chương trình ước tính giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ lớp phủ
Sơ đồ khối chương trình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh được thể hiện trong hình sau:
Hình 3.20. Sơ đồ khối chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ từ dữ liệu ảnh vệ tinh
Bộ sưu tập ảnh, DEM
XỬ LÝ ẢNH
Lọc mây Xử lý hiệu ứng khí quyển Cắt ảnh theo ranh giới
Tính chuyển pixel ảnh từ dạng số (DN) sang giá trị phản xạ bề mặt
và bức xạ phổ các kênh ảnh
TÍNH CÁC THAM SỐ PHỤC VỤ ƯỚCTÍNH, GIÁM SÁT LƯỢNG BỐC THỐT HƠI NƯỚC
Tính giá trị năng lượng bức xạ rịng trung bình ngày (Rnd) Tính giá trị nhiệt ẩn (λ) Hằng số Psychrometric (γ) Độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão
hòa (Δ)
Sơ đồ khối gồm 3 phần chính là xử lý ảnh, chiết xuất, tính tốn giá trị của các tham số phục vụ ước tính giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ và phần thể hiện kết quả bản đồ bốc thoát hơi nước theo các thời điểm ảnh đầu vàọ
3.5.2. Các giao diện chính của chương trình
Giao diện chính của chương trình được thể hiện trong hình sau:
Hình 3.21. Giao diện chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước
Chương trình tính tốn lượng bốc thốt hơi nước gồm 2 chức năng chính: [1] Lựa chọn ảnh và tính giá trị lượng bốc thốt hơi nước:
- Lựa chọn khoảng thời gian ảnh: chương trình có chức năng tìm kiếm, thể hiện các ảnh vệ tinh trong khoảng thời gian được lựa chọn;
Hình 3.22. Kết quả lựa chọn khoảng thời gian ảnh và ngưỡng mây
- Tính tốn lượng bốc thốt hơi nước
Hình 3.23. Kết quả tính lượng bốc thốt hơi nước
[2] Xem vị trí và lượng bốc thốt hơi nước
- Xem được giá trị bốc thoát hơi nước và tọa độ của điểm bất kỳ trên bản đồ bốc thoát hơi nước.
Hình 3.24. Xác định vị trí và giá trị bốc thoát hơi nước tại các điểm
Tiểu kết Chương 3
Kết quả thực nghiệm đã xác định được hệ số của mơ hình Priestley – Taylor phù hợp theo điều kiện địa hình khí hậu vùng Tây Bắc Việt Nam thực nghiệm tại tỉnh Hịa Bình cho kết quả hệ số a = 0,792 và b = -0,026;
Sử dụng mơ hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 tính tốn giá trị năng lượng bức xạ rịng mặt trời phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ là hoàn toàn phụ hợp và đảm bảo độ tin cậỵ Cụ thể, thời điểm ngày 01/7/2015 chênh lệch trung bình giá trị Rnd gữa mơ hình FAO 56 và mơ hình viễn thám là 1,313 (MJ/m2/ngày) tương ứng 8,07%. Chênh lệch giá trị năng lượng bức xạ rịng trung bình ngày theo tỷ lệ % tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn giữa Rnd_FAO và Rnd_VT trong khoảng 0 – 5% có 3/8 trạm chiếm 37,5%; trong khoảng 5 – 10 % là 2/8 trạm chiếm 25,0 %; trong khoảng 10 – 15 % là 2/8 trạm chiếm 25,0 % và trong khoảng 15 – 20% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %. Sai số trung phương giữa Rnd_FAO và Rnd_VT ± 1,773 MJ/m2/ngàỵ Thời điểm ngày 04/6/2017 chênh lệch trung bình giá trị Rnd gữa mơ hình FAO 56 và mơ hình viễn thám là 0,938 (MJ/m2/ngày) tương ứng 6,60%. Chênh lệch giá trị bức xạ rịng trung bình ngày theo
tỷ lệ % tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn giữa Rnd_FAO và Rnd_VT trong khoảng 0 – 5% có 5/8 trạm chiếm 62,5%; trong khoảng 5 – 10 % là 1/8 trạm chiếm 12,5 %; trong khoảng 10 – 15 % là 1/8 trạm chiếm 12,5 % và trong khoảng 15 – 20% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %. Sai số trung phương giữa Rnd_FAO và Rnd_VT ± 1,444 MJ/m2/ngàỵ Thời điểm ngày 18/8/2021 chênh lệch trung bình giá trị Rnd gữa mơ hình FAO 56 và mơ hình viễn thám là 1,243 (MJ/m2/ngày) tương ứng 8,81%. Chênh lệch giá trị bức xạ rịng trung bình ngày theo tỷ lệ % tại các trạm quan trắc khí tượng, thủy văn giữa Rnd_FAO và Rnd_VT trong khoảng 0 – 5% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %; trong khoảng 5 – 10 % là 5/8 trạm chiếm 62,5%; trong khoảng 10 – 15 % là 1/8 trạm chiếm 12,5 % và chênh lệch trong khoảng 15 – 20% là 1/8 trạm chiếm 12,5 %. Sai số trung phương giữa Rnd_FAO và Rnd_VT ± 1,449 MJ/m2/ngày
Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mơ hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley - Taylor với hệ số a, b xác định bằng thực nghiệm so với lượng bốc thoát hơi nước thực tế đo trực tiếp tại các trạm khí tượng, thủy văn thời điểm ngày 01/7/2015 cho thấy: Giá trị chênh lệch trung bình tại 8 trạm quan trắc khí tượng, thuỷ văn là 1,2 mm/ngày, sai số trung phương giữa ETa_VT và ETa_Đo là ±1,27 mm/ngàỵ Thời điểm ngày 04/6/2017 giá trị chênh lệch trung bình tại 8 trạm quan trắc khí tượng, thuỷ văn là 0,6 mm/ngày, sai số trung phương giữa ETa_VT và ETa_Đo là ± 1,15 mm/ngàỵ Thời điểm ngày 18/8/2021 giá trị chênh lệch trung bình tại 8 trạm quan trắc khí tượng là 0,8 mm/ngày, sai số trung phương giữa ETa_VT và ETa_Đo là ± 0,88 mm/ngàỵ
Xây dựng được chương trình ước tính, giám định lượng bốc thoát hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ sử dụng kết hợp mơ hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley - Taylor với hệ số a, b xác định bằng thực nghiệm phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu khu vực Tây Bắc Việt Nam.
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Kết quả luận án “Nghiên cứu xây dựng mơ hình giám sát sự bốc thốt hơi
nước của lớp phủ khu vực Tây Bắc Việt Nam từ dữ liệu ảnh vệ tinh” đã góp phần
khẳng định việc ứng dụng dữ liệu ảnh vệ tinh trong việc chiết xuất, tính tốn giá trị của các tham số phục vụ ước tính lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ và đề xuất sử dụng kết hợp mơ hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley - Taylor với hệ số a, b xác định bằng thực nghiệm trong việc ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước các thời điểm ngày 01/7/2015, ngày 04/6/2017 và ngày 18/8/2021 tại tỉnh Hịa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam đảm bảo về độ chính xác, hiệu quả kinh tế, phù hợp với trang thiết bị, trình độ khoa học cơng nghệ tại Việt Nam. Qua kết quả nghiên cứu thực nghiệm của đề tài luận án, nghiên cứu sinh rút ra một số kết luận sau:
Lựa chọn được mơ hình ước tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu và bề mặt lớp phủ khu vực tỉnh Hịa Bình thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam là sử dụng kết hợp mơ hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình Priestley - Taylor với hệ số a, b xác định bằng thực nghiệm.
Xây dựng được quy trình, chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ với các tham số chiết xuất, tính tốn từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thơng tin độ cao địa hình tại tỉnh Hịa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam sử dụng kết hợp giữa mơ hình SEBAL và mơ hình Priestley-Taylor.
Kết quả thực nghiệm đã xác định được hệ số tuyến tính của mơ hình Priestley – Taylor phù hợp với điều kiện địa hình, khí hậu tại tỉnh Hịa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam với giá trị hệ số của mơ hình là a = 0,792 và b = -0,026.
Giá trị các tham số năng lượng bức xạ rịng trung bình theo ngày Rnd, nhiệt ẩn quá trình bốc thốt hơi nước (λ), hằng số Psychrometric (γ), độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hịa (Δ) được tính từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và thơng tin độ cao từ DEM có thể thay thế các tham số tính từ dữ liệu khí tượng tại các trạm khí
tượng, thủy văn phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ đảm bảo độ chính xác, độ tin cậy caọ
Giá trị năng lượng bức xạ rịng được tính từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 so với năng lượng bức xạ rịng tính từ dữ liệu khí tượng đo tại các trạm khí tượng có giá trị chênh lệch khơng vượt q 8,81%; Lượng bốc thốt hơi nước thực tế sử dụng kết hợp mơ hình SEBAL và mơ hình Priestley - Taylor (với a = 0,792 và b = -0,026) với dữ liêu ảnh vệ tinh Landsat 8 so với lượng bốc thoát hơi nước thực tế đo tại các trạm khí tượng thủy văn với sai số trung phương ±1,27 mm/ngàỵ
Mơ hình, quy trình, phần mềm giám sát lượng bốc thốt hơi nước bề mặt lớp phủ với các tham số được tính tốn theo mơ hình SEBAL và mơ hình Priestley-Taylor (a = 0,792 và b = -0,026) với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ mơ hình số DEM đã đề xuất hồn tồn phù hợp và đảm bảo độ chính xác trong giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ.
2. Kiến nghị
Do hạn chế về số số liệu, dữ liệu và thời gian nên đề tài luận án mới chỉ thực nghiệm tại tỉnh Hịa Bình và một số huyện thuộc tỉnh Sơn La, và mới chỉ sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8. Để đề xuất được mơ hình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước cho cả khu vực Tây Bắc Việt Nam cần có thêm các nghiên cứu thực nghiệm đối với các tỉnh khác thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam.
Các trạm khí tượng thủy văn của khu vực Tây Bắc chưa có các thiết bị đo trực tiếp giá trị năng lượng bức xạ mặt trờị Vì vậy, kết quả tính năng lượng bức xạ mặt trời từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 mới chỉ được so sánh, đánh giá độ chính xác so với tiêu chuẩn FAO 56 mà chưa có số liệu đo trực tiếp để kiểm chứng và không nên sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 trong việc tính năng lượng bức xạ rịng mặt Trời trong những ngày có sự thay đổi bất thường của thời tiết (mưa nắng bất thường).
Hệ số a, b của mơ hình Priestley - Taylor được tính từ kết quả thực nghiệm tại 7 thời điểm từ 2015-2021. Tuy nhiên, kết quả mới chỉ tiến hành thực nghiệm từ dữ liệu khí tượng tại các trạm khí tượng thủy văn của tỉnh Hịa Bình và 3 trạm khí tượng tỉnh Sơn Lạ Cần có các nghiên cứu thực nghiệm tiếp theo sử dụng dữ liệu khí tượng của các tỉnh khác thuộc vùng Tây Bắc, nhiều thời điểm hơn (cập nhật hệ số a, b hàng năm) để kiểm chứng và đề xuất hệ số cho mơ hình Priestley -Taylor phù hợp với điều kiện địa hình khí hậu cho cả khu vực Tây Bắc Việt Nam.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC, BÀI BÁO ĐÃ CƠNG BỐ
Tiếng Việt
1. Lê Hùng Chiến, Trần Xuân Trường, Doãn Hà Phong, Nguyễn Thị Dinh (2021), “Ước tính lượng bốc thốt hơi nước thực tế theo mơ hình Priestley – Taylor với dữ liệu được chiết xuất từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mơ hình số độ cao khu vực tỉnh Hịa Bình”, Tạp chí Nơng nghiệp và phát triển nông thôn, 21-2021, pp118-125.
2. Lê Hùng Chiến, Trần Xuân Trường, Doãn Hà Phong (2021), “Giám sát lượng bốc thốt hơi nước bằng mơ hình Makkink từ dữ liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thủy văn tỉnh Hịa Bình”, Tạp chí Rừng và Môi trường, (108 – 2021), pp 73-80.
3. Lê Hùng Chiến (2021), “Xác định hệ số tuyến tính của mơ hình Priestley-Taylor phục vụ ước tính lượng bốc thốt hơi nước tại tỉnh Hịa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam”, Tạp chí Khoa học Đo đạc và Bản đồ, Số 50 (2021).
Tiếng Anh
1. Le Hung Chien, Doan Ha Phong, Tran Xuan Truong, Ngo Thi Dinh (2021),
“Determination of evapotranspiration using solar radiation and meteorological
data applying different methods: a case study Hoa Binh province”, Journal of
Climate changer Science, Nọ19-Sep.2021, pp 37-48.
2. Le Hung Chien, Doan Ha Phong, Tran Xuan Truong (2021), “Comparative results of the average daily net radiation (Rnd) from meteorological observation data and Landsat–8 remote sensing imagery areas of Hoa Binh province”, Journal
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Ạ Tài liệu tiếng Việt
1. Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 46: 2012/BTNMT về quan trắc khí tượng.
2. Cục thống kê Hịa Bình (2019), Niên giám thống kê Hịa Bình 2018, Nhà xuất bản thống kê, Hà Nộị
3. Phan Thị Thùy Dương và cộng sự (2020), Nghiên cứu ảnh hưởng của sol khí và
lớp phủ bề mặtđến tiềm năng bức xạ mặt trời tại Việt Nam, Tạp chí Khí tượng
thủy văn, số 12/2020.
4. Nguyễn Văn Hùng, Trần Ngọc Tưởng, Lương Chính Kế (2014), Xác định hệ số
tuyến tính của mơ hình Makkink cho tính tốn lượng bốc thốt hơi nước ở khu vực phía bắc Việt Nam bằng sử dụng dữ liệu viễn thám, Kỷ yếu Hội thảo Khoa
học Công nghệ, Viện khoa học Đo đạc và Bản đồ, Hà Nộị
5. Nguyễn Văn Hùng (2017), Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng
bốc thoát hơi nước do bức xạ mặt trời tại lưu vực Sông Cầu, Luận án Tiến sĩ kỹ
thuật, Viện Khoa học đo đạc bản đồ, Hà Nộị
6. Lương Chính Kế (2012), Chiết xuất năng lượng bức xạ hấp thụ bề mặt khu vực Hà
Nội phục vụ nghiên cứu biến đổi khí hậu bằng sử dụng ảnh vệ tinh SPOT, Tuyển
tập Trắc địa và bản đồ vì sự nghiệp Tài ngun và Mơi trường, Hà Nộị
7. Lương Chính Kế (2013), Đánh giá độ chính xác lượng bốc thốt hơi nước bề mặt
địa hình theo mơ hình Makkink dựa vào số liệu bức xạ mặt trời chiết xuất từ ảnh vệ tinh Modis, Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Công nghệ lần thứ nhất, Trường Đại
học Tài nguyên và Mơi trường, Hà Nộị
8. Lương Chính Kế, Trần Ngọc Tưởng (2013), Đánh giá độ chính xác bức xạ hấp thụ
bề mặt đất khu vực miền Bắc Việt Nam được chiết xuất từ ảnh vệ tinh Modis,
Tuyển tập báo cáo hội thảo khoa học Quốc gia về Khí tượng Thủy văn, Mơi trường và Biến đổi khí hậu lần thứ XVỊ
9. Lương Chính Kế, Trần Ngọc Tưởng, Phạm Văn Mạnh (2013), Ứng dụng công nghệ viễn thám chiết xuất năng lượng bức xạ mặt trời đi tới mặt đất từ ảnh vệ tinh Modis, Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Công nghệ lần thứ nhất, Trường Đại học
Tài nguyên và Mơi trường Hà Nộị
10. Lương Chính Kế,Trần Ngọc Tưởng, Phạm Văn Mạnh (2014), So sánh đánh giá
liệu quan trắc khí tượng”, Kỷ yếu Hội thảo Khoa học Công nghệ lần thứ 2,
Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường, TP.HCM.
11. Vũ Duy Long, và cộng sự (2012), Quan trắc và đo đạc các yếu tố khí tượng trên
biển cần giờ, Đề tài cấp cơ sở, Viện Khoa học khí tượng thủy văn và biến đổi khí
hậu
12. Phạm Thị Thanh Ngà và cộng sự (2020), Ước tính và lập bản đồ phân vùng bức
xạ mặt trời bằng dữ liệu vệ tinh himawari-8 để khai thác nguồn năng lượng mặt trời cho Việt Nam, Tạp chí Khoa học khí tượng thủy văn.
13. Trần Thị Hồng Ngọc, Mark Honti (2017), So sánh các mơ hình khác nhau cho ước tính bốc thốt hơi nước tham chiếu vùng phía Nam Việt Nam, Tạp chí Khí
tượng thủy văn, số tháng 11 - 2017
14. Trần Thị Tâm, Nguyễn Hồng Sơn, Đỗ Thanh Tùng (2016), Xác định bốc thoát hơi nước tiềm năng khu vực Bắc Trung Bộ và Duyên hải Miền Trung trên cơ sở