Nghiên cứu ứng dụng viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại Lưu vực Sông Cầu - Nguyễn Văn Hùng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ ------------------o0o------------------ NGUYỄN VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC BỐC HƠI DO BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI LƯU VỰC SÔNG CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG VIỆN KHOA HỌC ĐO ĐẠC VÀ BẢN ĐỒ ------------------o0o------------------ NGUYỄN VĂN HÙNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG TƯ LIỆU VIỄN THÁM XÁC ĐỊNH LƯỢNG NƯỚC BỐC HƠI DO BỨC XẠ MẶT TRỜI TẠI LƯU VỰC SÔNG CẦU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT TRẮC ĐỊA – BẢN ĐỒ MÃ SỐ: 62.03 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. LƯƠNG CHÍNH KẾ 2. ĐÀO NGỌC LONG HÀ NỘI, NĂM 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng bản thân tôi. Toàn bộ quá trình nghiên cứu được tiến hành một cách khoa học, các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là chính xác, trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án Nguyễn Văn Hùng ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án“Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ Mặt Trời tại Lưu vực Sông Cầu”, Tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của tập thể lãnh đạo, các nhà khoa học, cán bộ, chuyên viên Cục Viễn thám quốc gia; tập thể Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TSKH. Lương Chính Kế, TS.

Đào Ngọc Long những thầy giáo trực tiếp hướng dẫn và chỉ bảo cho Tôi hoàn thành luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp của Tôi đang công tác tại Cục Viễn thám quốc gia, Viện Khoa học Đo đạc và Bản Đồ, các Trường Đại học Mỏ địa chất Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện và giúp đỡ Tôi trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Nguyễn Văn Hùng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.

vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ .xii MỞ ĐẦU. Tính cấp thiết của luận án. Mục tiêu nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.

Ý nghĩa khoa học:. Ý nghĩa thực tiễn:. Luận điểm bảo vệ của luận án. Những điểm mới của luận án.

4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỐC THOÁT HƠI NƯỚC DO BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Các khái niệm cơ bản về bốc thoát hơi nước và các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước. Các khái niệm cơ bản về bốc thoát hơi nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước.

Tổng quan các phương pháp truyền thống xác định lượng bốc thoát hơi nước. Nhóm phương pháp trực tiếp xác định lượng bốc thoát hơi nước ngoài thực địa. Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước do năng lượng bức xạ Mặt Trời.

Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới. Tổng quan về những kết quả nghiên cứu trong nước. Đánh giá kết quả nghiên cứu trong nước và trên thế giới. Những vấn đề được phát triển trong luận án .23 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT DỰA VÀO NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI CHIẾT XUẤT TỪ TƯ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM.

Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên. Đặc tính phản xạ phổ của thực vật. Khả năng phản xạ phổ của thổ nhưỡng. Khả năng phản xạ phổ của nước.

Sự phản xạ phổ của các đối tượng trong đô thị. Cơ sở khoa học ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời. Phương pháp cân bằng năng lượng bề mặt đất. Vai trò của tư liệu viễn thám trong việc xác định các tham số để tính lượng bốc thoát hơi nước.

Xác định các tham số tính bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất. Xác định các tham số tính Thông nhiệt bề mặt đất. Xác định các tham số tính năng lượng nhiệt cảm ứng H. Xác định các tham số tính năng lượng nhiệt ẩn LE.

Phương pháp viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. Chiết xuất năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bởi mặt đất. Hiệu chỉnh bức xạ ảnh vệ tinh. Tính toán suất phân sai bề mặt đất α.

Bức xạ sóng ngắn (RS↓ ). Bức xạ của sóng dài (RL↑ ). Bức xạ tới sóng dài RL↓. Bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất trung bình giờ Rni.

Bức xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bởi bề mặt đất Rnd. Phương pháp FAO-56 PM tính bức xạ ròng trung bình ngày. Xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo ngày. Xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo Phương pháp chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt giản lược S-SEBI.

Tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp Priestley-Taylor. Đề xuất ứng dụng phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám. Lựa chọn phương pháp S-SEBI. Đề xuất giải pháp nâng cao độ chính xác của phương pháp S-SEBI.

Kết luận Chương 2 .51 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT CỦA LƯU VỰC SÔNG CẦU BẰNG SỬ DỤNG TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT-7. Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên. Vị trí địa lý. Đặc điểm về địa hình.

Đặc điểm về khí hậu. Thổ nhưỡng. Thảm phủ thực vật. Mạng lưới sông suối.

Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất của Lưu vực Sông Cầu bằng sử dụng tư liệu ảnh LANDSAT-7 theo phương pháp l ựa chọn S-SEBI. Dữ liệu đầu vào. Đề xuất quy trình tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI. Chiết xuất năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bởi bề mặt đất Rnd từ ảnh LANDSAT-7.

Tiền xử lý ảnh viễn thám. Tạo ảnh suất phân sai bề mặt đất α. Tạo ảnh chỉ số thực vật NDVI. Tạo ảnh phát xạ bề mặt εo.

Tính ảnh nhiệt độ bề mặt Ts và nhiệt độ không khí Ta. Tạo ảnh bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất trung bình ngày. Xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa tại Lưu vực Sông Cầu dựa vào năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh viễn thám theo phương pháp S- SEBI. Tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời ETFi.

Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất trung bình ngày ETa (mm/ngày). Thành lập phương trình xác định hệ số “liên hệ c”. Khảo sát xác định tham số a sử dụng trong phương pháp Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu của Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam. Khảo sát bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo theo phương pháp FAO-56 PM từ năng lượng bức xạ ròng chiết xuất từ các phương pháp khác nhau.

Khảo sát mối quan hệ giữa bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo_Rnd_VT với các tham số Albedo, NDVI, Ts_DEM và Rnd_ VT tính toán từ ảnh viễn thám. Tính ảnh bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo_Rnd_VT dựa vào chỉ số thực vật NDVI. Xác định hệ số cây trồng Kc. Khảo sát bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với các tham số ETo_Rnd_VT , Rnd_VT , Ts_DEM, NDVI, và Albedo chiết xuất từ ảnh viễn thám.

Khảo sát mối quan hệ giữa bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với các tham số khí tượng đo đạc ngoài thực địa. So sánh đánh giá bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp S-SEBI từ bức xạ ròng trung bình ngày tính toán theo các phương pháp khác nhau. 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 111 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ.

113 TÀI LIỆU THAM KHẢO .1: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO1 (trong đó bức xạ Mặt Trời đi tới Rs được xác định theo Ăngstrom – công thức 2.2: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO2 (trong đó bức xạ Mặt Trời đi tới Rs được xác định theo công thức thực nghiệm của Việt Nam – công thức 2.3: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng bức xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh LANDSAT Rnd_VT – công thức 2.1: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO1 (trong đó bức xạ Mặt Trời đi tới Rs được xác định theo Ăngstrom – công thức 2.2: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng Rnd_FAO2 (trong đó bức xạ Mặt Trời đi tới Rs được xác định theo công thức thực nghiệm của Việt Nam – công thức 2.3: Tính ETo theo FAO-56 PM sử dụng bức xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh LANDSAT Rnd_VT – công thức 2.