CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG KHÔNG KHÍ
2.3. Dữ liệu nghiên cứu
2.3.1. Dữ liệu ảnh sol khí MODIS
MoDerate resolution Imaging Spectrometer (MODIS) là một cảm biến gắn trên 2 vệ tinh Terra và Aqua trong các năm 1999 và 2002 bởi NASA với mục đích quan trắc, theo dõi các thông tin về mặt đất, đại dương và khí quyển trên phạm vi toàn cầu. Ảnh MODIS có vùng địa lý thu đƣợc với độ rộng 2330 km, gồm 36 băng phổ và có 3 độ phân giải là 250 m, 500 m và 1000 m, độ phân giải thời gian là hàng ngày, 8 ngày, 16 ngày, theo tháng, theo quý, theo năm. Mặc dù độ phân giải không cao nhƣng với tầm phủ rộng, thời gian quan trắc liên tục và đặc biệt là miễn phí, ảnh MODIS là nguồn tài liệu tham khảo giá trị cao đối với các nhà khoa học. 36 băng phổ giúp ảnh MODIS đƣợc ứng dụng ngày càng nhiều trong hầu hết lĩnh vực nghiên cứu hiện nay, đặc biệt trong lĩnh vực biến đổi khí hậu, ô nhiễm không khí.
Bảng dưới thể hiện chi tiết về các kênh phổ và ứng dụng thực tiễn:
Bảng 2. 2-Bước sóng phổ của các kênh ảnh và ứng dụng thực tiễn
Ứng dụng Kờnh Bước súng phổ (àm)
Ranh giới đất/mây/sol khí 1 620 - 670
2 841 - 876
Đặc tính đất/mây/sol khí 3 459 - 479
4 545 - 565
5 1230 - 1250
6 1628 - 1652
7 2105 - 2155
Màu sắc đại dương/ Thực vật phù du/ Sinh địa hóa học
8 405 - 420
9 438 - 448
10 483 - 493
11 526 - 536
12 546 - 556
13 662 - 672
14 673 - 683
15 743 - 753
16 862 - 877
Hơi nước khí quyển 17 890 - 920
18 931 - 941
19 915 - 965
Nhiệt độ mây/ Bề mặt 20 3.660 - 3.840
21 3.929 - 3.989
22 3.929 - 3.989
23 4.020 - 4.080
Nhiệt độ khí quyển 24 4.433 - 4.498
25 4.482 - 4.549
Hơi nước mây ti 26 1.360 - 1.390
27 6.535 - 6.895
28 7.175 - 7.475
Đặc tính mây 29 8.400 - 8.700
Ozone 30 9.580 - 9.880
Nhiệt độ mây/ Bề mặt 31 10.780 - 11.280
32 11.770 - 12.270
Độ cao mây tầng 33 13.185 - 13.485
34 13.485 - 13.785
35 13.785 - 14.085
36 14.085 - 14.385
Các sản phẩm ảnh vệ tinh MODIS đƣợc phân loại thành 5 mức độ khác nhau từ 0 đến 4 tùy thuộc vào mức độ tiền xử lý dữ liệu. Dữ liệu mức độ 0 là các dữ liệu thô đƣợc chuyển đổi trực tiếp từ thiết bị đo. Sau đó chúng đƣợc chia thành các granule và đƣợc áp dụng các thuật toán định vị để thêm các thông tin địa lý nhƣ kinh độ, vĩ độ, độ cao, góc quan sát, góc chiếu mặt trời, … tạo thành ảnh MODIS Level 1-A. Dữ liệu cấp 1-A tiếp tục đƣợc xử lý để tạo ra các sản phẩm cấp 1 -B (hiệu chỉnh giá trị radiance cho tất cả các band ảnh và thêm iá trị phản xạ bề mặt (surface reflectance) cho một số band đƣợc lựa chọn). Tuy nhiên dữ liệu 1B vẫn đƣợc coi là dữ liệu thô và chủ yếu dùng làm đầu vào cho các bước xử lý tiếp theo lên mức 2-4 là các mức dữ liệu được sử dụng chủ yếu bởi các nghiên cứu.
2.3.1.2. Sản phẩm ảnh vệ tinh MODIS AOT
Ảnh sol khí MODIS đƣợc thu trên toàn cầu theo quỹ đạo bay của 2 vệ tinh Terra và Aqua trên khắp đại dương và lục địa. Ảnh sol khí level 2 được cung cấp hàng ngày với độ phân giải không gian là 10 km/ 1 pixel. Có 2 loại ảnh sản phẩm tương ứng với 2 vệ tinh là ảnh MOD04_L2 - vệ tinh Terra và ảnh MYD04_L2 – vệ tinh Aqua. Số ảnh thu đƣợc hàng ngày khoảng 144 ảnh, thời gian thu là giờ UTC.
Các loại ảnh MODIS đều có định dạng tên file theo quy chuẩn của NASA, ảnh của vệ tinh Terra bắt đầu là MOD và của Aqua bắt đầu là MYD. Theo sau là các thông tin mô tả cần thiết để người sử dụng biết các thông tin cơ bản về ảnh và có thể chọn đúng ảnh cần xử lý. Ngoài định dạng file .hdf, người dùng còn có thể biết được các thông tin khác nhƣ: loại ảnh, thời gian chụp theo ngày, tháng năm, thời điểm chụp, ảnh thuộc collection nào và thời gian nào ảnh đƣợc xử lý xong và cung cấp miễn phí trên trang Ladsweb.
Định dạng tên ảnh MOD04 nhƣ sau:
MOD04_L2.A2010213.0355.051.2011120190855.HDF - MOD04_L2 / MOD04: tên sản phẩm ảnh MODIS.
- A2010214: ngày thu đƣợc ảnh theo ngày Julian dạng (A – YYYYDDD). Theo lịch Julian thể hiện ngày này là ngày thứ 213 trong năm.
- 0300: định danh của ảnh vệ tinh thu đƣợc trong tập ảnh (vị trí: ngang 03, dọc 55).
- 051 hoặc 006: phiên bản của tập dữ liệu ảnh thu đƣợc.
-2011120190855: ngày giờ phút giây theo lịch Julian tạo ra ảnh (YYYYDDDHHMMSS).
- .HDF: tên định dạng ảnh
Dữ liệu ảnh MODIS thu đƣợc từ Ladsweb là dạng file HDF4. HDF là dạng file có thể lưu trữ nhiều đối tượng, kiểu dữ liệu khác nhau, được sử dụng trong mục đích nghiên cứu khoa học và chia sẻ dữ liệu cho các nền tảng khác nhau. Trong cùng 1 file HDF có thể gộp các dữ liệu cùng kiểu (vd: các band thành từng layer) thành nhóm và xử lý dữ liêu trên các nhóm này.
Hình 2. 4-Cấu trúc nhóm các band ảnh raster trong file HDF
Ảnh sol khí MOD04 có hơn 60 subdataset đƣợc tích hợp trong 1 file HDFvới nhiều loại dữ liệu và mục đích sử dụng khác nhau, tùy theo mục đích nghiên cứu mà người dùng cần trích xuất các lớp dữ liệu cần thiết.
Sub dataset đƣợc lựa chọn để thực hiện nghiên cứu là
“Image_Optical_Depth_Land_And_Ocean” – cú giỏ trị AOT từ 0.55 àm cho cả đại dương và đất. Trên ảnh AOT, giá trị DN nằm trong khoảng từ -100 đến 5000. Giá trị DN đƣợc chuyển đổi sang AOT theo công thức:[9]
AOT = a * DN + b (2.13) Trong đó: a – giá trị scale factor;b- giá trị offset