2.2. Dữ liệu sử dụng và phương pháp nghiên cứu
2.2.2. Phương pháp thực hiện
2.2.2.1. Sơ đồ quy trình thực hiện
Hình 2.9: Quy trình tính toán nhiệt độ bề mặt đất.
Ảnh Landsat từ năm 2000 đến năm 2014.
Tính NDVIV
Tính NDVI
Tính NDVIS
Độ phát xạ thực vật V
Chỉ số hợp phần thực vật PV
Độ phát xạ đất trống S
Tính nhiệt độ
bức xạ TB (K)
Độ phát xạ Hiệu chỉnh hình học
Ảnh MODIS từ năm 2000 đến năm 2014.
Tính nhiệt độ bề mặt TS (K)
Bản đồ nhiệt độ bề mặt (LST)
MOD11A1 Số liệu nhiệt
độ tại các trạm KTTV
Tính nhiệt độ bề mặt TS (oC)
Biều đồ biến động nhiệt độ bề mặt (LST)
Thu thập ảnh MOD021KM
29 2.2.2.2. Xác định nhiệt độ bức xạ
Trong viễn thám hồng ngoại nhiệt, nhiệt độ bức xạ (TB) là nhiệt độ tương đương của vật đen truyền cùng một lượng bức xạ thu được từ một vật thực tế và phụ thuộc vào nhiệt độ động lực bề mặt thực (TS) và độ phát xạ (ε). Trường hợp không phải vật đen, tổng lượng bức xạ phát ra được biểu diễn theo định luật Stefan- Bolzman như sau:
B = εσT = σT (1)
(1) → = (2)
Nhiệt độ bức xạ theo định luật Planck
- Nhiệt độ bức xạ được đo bởi bộ cảm biến MODIS đặt trên vệ tinh TERRA là nhiệt độ bức xạ hay nhiệt độ sáng của vật đen tuyệt đối (với ε =1) và được xác định theo định luật Planck [17], [18], [22]:
T = K
ln + 1 (3)
Trong đú: K = (W.m-2.sr.àm-1); K = (K). (4) h: hằng số Plank (6,62x10-34 J.s).
c: vận tốc ánh sáng (3x108 m/s).
k: hằng số Boltzman (1,38x10-23 J/K).
λ: bước súng trung tõm (àm).
B : giỏ trị bức xạ (W.m-2.sr.àm-1).
(Nguồn http://mcst.gsfc.nasa.gov/forums/how-can-i-extract-temperature-l1b-data-product).
2.2.2.3. Các bước tính độ phát xạ Tạo ảnh chỉ số thực vật
- Chỉ số phổ thực vật được phân tách từ các băng cận hồng ngoại và dải đỏ.
- Chỉ số thực vật NDVI được tính theo công thức sau:
NDVI = (NIR − Red)
(NIR + Red) =(kênh 2 − kênh 1)
(kênh 2 + kênh 1) (5) Trong đó: Red là kênh có bước sóng trong dải màu đỏ (kênh 1).
NIR là phổ phản xạ của kênh cận hồng ngoại (kênh 2).
30 Chỉ số hợp phần hiện diện của thực vật trong pixel PV [16]:
P = NDVI − NDVI
NDVI − NDVI (6)
Trong đó: PV = 0 (đối với đất trống), PV = 1 (đối với đất phủ đầy thực vật).
NDVIV: NDVI của đất phủ đầy thực vật.
NDVIS: NDVI của đất trống.
ε: giá trị phát xạ bề mặt [16].
- Theo Van de Griend và Owe (1993), đã thực hiện thí nghiệm đo đạc trực tiếp độ phát xạ và phản xạ phổ trong dải khả kiến và cận hồng ngoại để tính chỉ số NDVI và tìm ra được mối quan hệ thực nghiệm giữa độ phát xạ - NDVI như sau:
ε = a + b. ln(NDVI ) (7)
- Trong công thức trên, với a = 1,0094 và b = 0,047. Quan hệ này chỉ thực thi đối với các khu vực có đặc tính đồng nhất. Theo Valor và Caselles (1996), đã đưa ra một mô hình tương tự cũng dựa trên chỉ số NDVI nhưng có thể ứng dụng cho các khu vực không đồng nhất với nhiều kiểu đất, thực vật và thực phủ thay đổi. Theo mô hình này, độ phát xạ hiệu quả của bề mặt không đồng nhất được định nghĩa là tổng độ phát xạ của các thành phần đơn giản của nó:
ε = ε P + ε (1 − P ) (8) Trong đó: ε , ε : độ phát xạ của thực vật và đất tinh khiết.
ε = 1,0094 + 0,047. ln(NDVI ) (9) ε = 1,0094 + 0,047. ln(NDVI ) (10)
PV: tỷ lệ hay hợp phần hiện diện của thực vật trong pixel.
2.2.2.4. Xác định nhiệt độ bề mặt đất.
Nhiệt độ bề mặt là nhiệt năng của một vật thể và có thể được đo bằng nhiệt kế.
Nhiệt độ bề mặt đất được hiệu chỉnh độ phát xạ:
= − 273,16 (℃) (11)
Tóm tắt trình tự áp dụng các công thức (nêu trên) để tính toán ra giá trị nhiệt độ bề mặt đất như sau: (4), (3), (5), (6), (9), (10), (8), (11).
31 2.2.2.5. Các bước xử lý cần thiết khác
Nắn chỉnh hình học ảnh.
- Dữ liệu ảnh MODIS được thu thập nằm ở hệ quy chiếu ISIN (Intergerized Sinusoidal) toàn cầu nên cần chuyển về hệ tọa độ toàn cầu WGS-84 để tránh sai số và thuận tiện cho việc chiết tách các thông tin hữu ích trên ảnh [5].
Sử dụng khoảng giá trị NDVI [-1; 1] để loại bỏ những giá trị bất thường.
Đánh giá mức độ tương quan giữa số liệu nhiệt độ bề mặt đất được đo đạc thực tế vào ngày 25 tháng 12 năm 2006 tại 08 vị trí quan trắc thuộc khu vực Thành phố Hồ Chí Minh với kết quả nhiệt độ bề mặt đất (LST) được tính toán từ ảnh MOD021KM.
Đánh giá kết quả tính toán bằng cách so sánh độ chính xác giữa:
- Sản phẩm kết quả nhiệt độ tính toán từ MOD21KM và số liệu nhiệt độ đo được từ trạm đo.
- Sản phẩm kết quả nhiệt độ tính toán từ MOD21KM và sản phẩm tính từ MOD11A1.
- Số liệu nhiệt độ đo được từ trạm KTTV và sản phẩm tính từ MOD11A1.
Biểu diễn phân bố nhiệt độ bề mặt đất tại khu vực Đông Nam Bộ cho từng năm.
Thành lập biểu đồ biến động nhiệt độ tại vị trí các trạm khí tượng thủy văn.
32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN