Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ mặt trời tại lưu vực sông cầu (tt)

1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Bốc thoát hơi nước bề mặt đất ETa (evapotranspiration) là quá trình chuyển đổi khối lượng nước từ bề mặt (đất) thành hơi nước (bốc hơi) và từ thảm thực vật (thoát hơi nước) vào bầu không khí. Bức xạ Mặt Trời cung cấp năng lượng làm gia tăng nhiệt độ bề mặt của mặt nước và mặt đất tạo điều kiện chuyển hóa các phân tử nước từ thể lỏng sang thể hơi. Thực tế, rất khó để đo lường ETa trực tiếp và trong hầu hết các ứng dụng, ETa được tính toán bằng cách sử dụng các mô hình lý thuyết, thực nghiệm. Độ tin cậy định lượng bốc thoát hơi nước ETa không chỉ là một nhiệm vụ quan trọng cho các nhà quản lý nguồn tài nguyên nước, mà còn là một thách thức đối với các nhà khoa học. Với sự phát triển của công nghệ viễn thám, trong những năm gần đây các nhà nghiên cứu trên thế giới đang từng bước ứng dụng công nghệ viễn thám ước tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám, giảm đáng kể về chi phí và công sức cho công tác quan trắc ngoại nghiệp. Trong khi đó ở Việt Nam, để xác định lượng bốc thoát hơi nước người ta thường sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp tại các trạm quan trắc khí tượng riêng biệt rải rác trên khu vực, đây là công việc hết sức khó khăn và tốn kém. Trung bình mỗi tỉnh thành chỉ có một đến vài ba trạm, từ đó nội suy ra các vùng lân cận. Số liệu đo từ nguồn này có thuận lợi là có số liệu đo hàng ngày và dữ liệu được ghi chép trong thời gian dài, nhưng số liệu thô do điểm đo ít và thưa thớt, không thể cung cấp một cách chi tiết dữ liệu giữa các trạm quan trắc trong một khu vực rộng lớn. Vì vậy, chúng không đảm bảo tính tổng quát, tính khách quan cho toàn vùng. Một thực tế hiện nay là ở Việt Nam, có khá đầy đủ các loại tư liệu ảnh viễn thám; từ loại ảnh vệ tinh có độ phân giải thấp và trung bình như ảnh MODIS, LANDSAT đến các loại ảnh vệ tinh ASTER, SPOT có độ phân giải cao phủ trùm lãnh thổ Việt Nam chụp ở các thời kỳ khác nhau. Với các loại ảnh này, kết hợp với một số dữ liệu về khí tượng thủy văn cho phép nghiên cứu xác định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời trong một chu trình thời gian phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ nguồn tài 2 nguyên nước một cách có hiệu quả. Với tính cấp thiết nêu trên, luận án tiến sĩ đã được đề xuất “Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ Mặt Trời tại Lưu vực Sông Cầu”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của luận án là nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời được chiết xuất từ tư liệu ảnh viễn thám phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam. 3. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan các khái niệm về bốc thoát hơi nước và các phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi nước. - Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ dữ liệu viễn thám, thí điểm cho Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam. - Đề xuất quy trình xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ tư liệu viễn thám. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp: Để có được các đánh giá một cách tổng quan các nội dung liên quan đến lĩnh vực của đề tài, nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp một số tài liệu, các kết quả nghiên cứu ứng dụng các phương pháp tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ dữ liệu viễn thám đã được công bố trên thế giới và ở Việt Nam. Từ đó, đề xuất phương pháp phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu ở Việt Nam. - Phương pháp viễn thám: Phương pháp viễn thám là phương pháp sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để nghiên cứu, chiết xuất năng lượng bức xạ Mặt Trời và tính toán lượng bốc thoát hơi nước bề mặt đất, lấy ví dụ cho khu vực nghiên cứu là Lưu vực Sông Cầu. - Phương pháp thực nghiệm: Tác giả tiến hành thực nghiệm chiết xuất năng lượng bức xạ Mặt Trời từ ảnh viễn thám và tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu ở các thời điểm khác nhau bằng phương pháp viễn thám. Đây là phương pháp ứng dụng công nghệ cao, đã và đang được nghiên cứu áp dụng trên thế giới. 3 - Phương pháp mô hình: Các nghiên cứu được thể hiện dưới dạng các mô hình lý thuyết, mô hình trực quan, các sơ đồ, biểu đồ nhằm nâng cao hiệu quả và thể hiện rõ ràng các kết quả nghiên cứu. 5. Phạm vi nghiên cứu Khu vực nghiên cứu thí điểm là phạm vi Lưu vực Sông Cầu ở miền Bắc Việt Nam, với diện tích Lưu vực hơn 6030 km2 , trải rộng trên địa phận của 5 tỉnh: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc Giang và Thành phố Hà Nội. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 6.1. Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được cơ sở khoa học và minh chứng thực tiễn thành công khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám trong 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. Có thể nói đây là nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng công nghệ viễn thám để xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất dựa vào bức xạ Mặt Trời được chiết xuất từ tư liệu viễn thám ở Việt Nam. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là tư liệu hỗ trợ về lý thuyết và thực tiễn ứng dụng công nghệ viễn thám trong 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. Từ các kết quả nghiên cứu của luận án, phương pháp thực hiện có tính khả thi cao và có thể ứng dụng cho các hệ thống Lưu vực sông của Việt Nam. 7. Luận điểm bảo vệ của luận án Luận điểm 1: Có thể thay thế tính toán bức xạ ròng của phương pháp FAO-56 PM (phương pháp truyền thống) bằng phương pháp viễn thám theo mô hình S-SEBI, sai số xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất có thể đạt được nhỏ hơn 20%. Luận điểm 2: Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT, kết hợp với việc xác định hệ số “liên hệ c” sẽ nâng cao độ chính xác xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất lên trên 5%. 8. Những điểm mới của luận án Đưa công nghệ viễn thám vào lĩnh vực chiết xuất bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất thông qua xác định các tham số phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam bao gồm: 4 - Đề xuất xác định hệ số liên hệ c: Hệ số “liên hệ c” được định nghĩa là hệ số liên kết giữa ba đại lượng: (1) Tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời ETFi tính theo phương pháp S-SEBI, (2) bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp Priestley-Taylor, và (3) bốc thoát hơi nước tham chiếu tính theo phương pháp FAO-56 PM. Việc đề xuất hệ số “liên hệ c” nhằm nâng cao độ chính xác tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam. - Đề xuất hệ số a trong phương pháp Priestley-Taylor được khảo nghiệm trong điều kiện địa hình và khí hậu ở Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam nằm trong khoảng 0,95-1,05 sẽ cho phép tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất với sai số tuyệt đối trung bình có thể đạt được nhỏ hơn 20% so với kết quả đo ngoại nghiệp. - Dựa vào bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp viễn thám và bốc thoát hơi nước tham chiếu tính theo phương pháp FAO-56 PM đề xuất xác định hệ số cây trồng hỗn hợp Kc trên quy mô diện rộng, nhanh và hiệu quả. - Đề xuất xây dựng quy trình tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo mô hình S-SEBI (Mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt giản lược) phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu Sông Cầu của Việt Nam. 9. Khối lượng và kết cấu của luận án Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án có 3 chương: Chương 1: Tổng quan về bốc thoát hơi nước do bức xạ Mặt Trời và phương pháp nghiên cứu; 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; Chương 3: Thực nghiệm xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu bằng sử dụng tư liệu ảnh LANDSAT-7. NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỐC THOÁT HƠI NƯỚC DO BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1. Khái niệm cơ bản về bốc thoát hơi nước và các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước 1.1.1. Khái niệm cơ bản về bốc thoát hơi nước (Lượng nước bốc hơi) 5 - Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa (evapotranspiration) là quá trình chuyển đổi khối lượng nước từ bề mặt (đất) thành hơi nước (bốc hơi) và từ thảm thực vật (thoát hơi nước) vào bầu không khí. - Bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo là lượng nước dùng để tưới cho một cây trồng là cỏ chuẩn, trồng và chăm sóc đúng kỹ thuật, phủ đều trên toàn bộ mặt đất và được cung cấp nước đầy đủ theo một điều kiện tối ưu. - Hệ số cây trồng Kc (Crop coefficient) là tỉ số giữa lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất trong từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng với lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu (Kc= ETa /ETo). 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước gồm; bức xạ mặt trời, nhiệt độ, gió và độ ẩm không khí. Sự bốc thoát hơi nước từ bề mặt địa hình tăng lên khi bức xạ Mặt Trời lớn, nhiệt độ môi trường tăng cao, không khí trở nên khô, gió mạnh, độ ẩm thấp (Lê Anh Tuấn, 2009). 1.2. Tổng quan các phương pháp truyền thống xác định lượng bốc thoát hơi nước 1.2.1. Nhóm phương pháp trực tiếp xác định lượng bốc thoát hơi nước ngoài thực địa Nhóm phương pháp dựa trên nền tảng khí tượng học để xác định tổng lượng bốc thoát hơi nước thông qua các thiết bị đo đạc trực tiếp ngoài ngoại nghiệp, một số phương pháp tiêu biểu gồm: Phương pháp Thủy tiêu kế (Lysimeter); tương quan gió cuốn (Eddy Covariance); sử dụng thiết bị cảm biến (Bowen ratio) và Phương pháp chậu Pan A. 1.2.2. Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng dựa trên số liệu đo đạc khí tượng tại các trạm quan trắc khí tượng để ước tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. Một số nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng tính bốc thoát hơi nước thực tế gồm: Nhóm phương pháp sử dụng năng lượng bức xạ Mặt Trời; sử dụng lý thuyết về ngân sách nước; sử dụng lý thuyết ngân sách năng lượng và Nhóm phương pháp kết hợp. Phương pháp Penman-Monteith (FAO-56 PM) nằm trong nhóm phương pháp kết hợp được coi là phương pháp đáng tin cậy nhất để ước tính bốc 6 thoát hơi nước tham chiếu cho các thời điểm khác nhau. Công thức FAO-56 PM tính lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo như sau: 900 (1.2) 0.48∆(𝑅 𝑛 − 𝐺) + 𝛾 𝑢 (𝑒 − 𝑒 𝑎 ) 𝑇 + 273 2 𝑠 ET0 = ∆ + 𝛾(1 + 0,3𝑢2 ) Trong đó: ETo - Lượng bốc thoát hơi tham chiếu chung đối với cây trồng (mm/ngày); Rn - Bức xạ ròng trên bề mặt cây trồng (MJ/m2 /ngày); G - Thông lượng nhiệt trong đất (MJ/ m2 /ngày); T Nhiệt độ trung bình ngày bề mặt đất (°C); u2 - Tốc độ gió tại chiều cao 2 m từ mặt đất (m/s); es - Áp suất hơi nước bão hòa (kPa); ea - Áp suất hơi nước thực tế (kPa); ∆ - Độ dốc của áp suất hơi nước trên đường cong quan hệ nhiệt độ (kPa/ °C); γ - Hằng số ẩm (kPa/ °C). Hiện nay, trong thực tế người ta hay sử dụng phương pháp Priestley-Taylor để tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. Do đây là phương pháp đơn giản, sử dụng ít số liệu ngoại nghiệp nhưng có độ chính xác xấp xỉ với độ chính xác của phương pháp chặt chẽ FAO-56 PM. 1.3. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời 1.3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới Việc ứng dụng ảnh viễn thám trong tính toán lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời trên thế giới hiện nay chủ yếu tập trung vào giải pháp cân bằng năng lượng bề mặt đất EB (energy balance), đây là giải pháp sử dụng phản xạ bề mặt đất trên ảnh viễn thám ở dải phổ nhìn thấy, phần cận hồng ngoại của quang phổ điện từ và nhiệt độ bề mặt, bức xạ ròng từ kênh ảnh nhiệt hồng ngoại của ảnh viễn thám. Cách tiếp cận này dựa trên cơ sở khoa học cho rằng lượng bốc thoát hơi nước là sự thay đổi trạng thái của nước sử dụng năng lượng có sẵn trong môi trường để bốc hơi. Các phương pháp cân bằng năng lượng bề mặt đất dựa trên sự biến đổi bức xạ ảnh vệ tinh về đặc trưng bề mặt đất, suất phân sai bề mặt đất Albedo, chỉ số thực vật, phát xạ bề mặt và nhiệt độ bề mặt để tính toán bốc thoát hơi nước như là số hiệu chỉnh trong phương pháp cân bằng bề mặt đất. Theo các nghiên cứu khoa học đã được công bố trên các tạp chí trên thế giới thì hiện nay có một số phương pháp viễn thám tiêu biểu để xác định lượng bốc thoát hơi nước như sau: Phương pháp cân bằng năng lượng bề mặt cho đất (SEBAL); Phương pháp lập Bản đồ bốc thoát hơi nước bằng kiểm định nội hóa (METRIC); Mô hình hai nguồn (TSM); Hệ thống cân 7 bằng năng lượng bề mặt (SEBS); Chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt (SEBI) và Phương pháp chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt giản lược (S-SEBI). 1.3.2. Tổng quan về những kết quả nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam các công trình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chưa có nhiều. Theo các tài liệu đã được công bố trên các tạp chí trong và ngoài nước từ trước đến nay có một số công trình nghiên cứu ứng dụng dữ liệu ảnh Modis xác định bức xạ Mặt Trời và áp dụng một số phương pháp thực nghiệm để tính toán lượng bốc thoát hơi nước cho khu vực phía Bắc Việt Nam của nhóm tác giả Lương Chính Kế và các cộng sự. 1.4. Những vấn đề được phát triển trong luận án Qua các kết quả nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam những vấn đề được phát triển trong luận án bao gồm: (1) Nghiên cứu chiết xuất năng lượng bức xạ ròng từ tư liệu ảnh viễn thám; (2) Nghiên cứu xây dựng quy trình tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI; (3) Nghiên cứu, khảo sát kết hợp tư liệu ảnh LANDSAT với mô hình số độ cao (DEM) và hệ số “liên hệ c” nhằm nâng cao độ chính xác trong tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu; (4) Nghiên cứu, khảo sát xác định hệ số a trong phương pháp Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu ở Lưu vực Sông Cầu; (5) Xác định hệ số cây trồng Kc từ ảnh viễn thám phục vụ công tác xác định nhu cầu nước của cây trồng để có thể áp dụng trong điều kiện thực tiễn của Việt Nam. 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 2.1. Đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên Phần này Trình bày các đặc tính phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên của (thực vật, thổ nhưỡng, nước, đối tượng trong đô thị) ảnh hưởng đến việc tính chỉ số thực vật NDVI, hệ số phát xạ bề mặt đất gây ra sai số trong tính toán nhiệt độ, bức xạ ròng và bốc thoát hơi nước thực tế trên cơ sở sử dụng năng lượng bức xạ Mặt Trời được chiết xuất từ ảnh viễn thám. 8 2.2. Cơ sở khoa học ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời 2.2.1. Phương pháp cân bằng năng lượng bề mặt đất Sự cân bằng năng lượng về mặt đất được các nhà khoa học trên thế giới đề xuất bằng phương trình toán học tổng quát sau (Bastiaanssen, và các cộng sự, 1998): (Rn -G) = (H+LE) (2.3) Trong đó: Rn - Bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất (W/m2 ); G - Thông nhiệt bề mặt đất (W/m2 ); H - Năng lượng nhiệt cảm ứng (W/m2 ); LE Năng lượng nhiệt ẩn là dòng nhiệt lượng cần thiết (tiêu hao) cho quá trình bốc hơi nước từ đất, sông, hồ và thoát hơi nước từ thảm thực vật (W/m2 ). 2.2.2. Vai trò của tư liệu viễn thám trong việc xác định các tham số để tính lượng bốc thoát hơi nước Từ ảnh viễn thám chúng ta có thể chiết xuất một số tham số khí tượng để xác định lượng bốc thoát hơi nước bề mặt đất gồm: Lượng bức xạ sóng ngắn đi tới bề mặt đất; Chỉ số thực vật NDVI; Nhiệt độ (Ta - Nhiệt độ không khí ở gần bề mặt đất; Ts - Nhiệt độ bề mặt đất; TB - Nhiệt độ sáng khí quyển ); Hàm lượng hơi nước, áp suất hơi nước và độ ẩm tương đối của khí quyển; Tham số truyền dẫn của khí quyển; Suất phân sai bề mặt đất (albedo); Hệ số phát xạ bề mặt đất và của không khí. 2.3. Phương pháp viễn thám xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất 2.3.1. Chiết xuất năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bởi mặt đất Theo Bastiaanssen và các cộng sự, (2002) bức xạ ròng tại thời điểm i thu nhận ảnh được chiết xuất từ ảnh dựa trên nguyên lý cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt 𝑅 𝑛𝑖 được mô tả bằng biểu thức: 𝑅 𝑛𝑖 = 𝑅 𝑛𝑠 + 𝑅 𝑛𝑙 ≡ [(1 − 𝛼) 𝑅 𝑠 ] + [𝑅 𝐿↓ − 𝑅 𝐿 ↑ (2.9) − (1 − 𝜀 𝑜 ) 𝑅 𝐿↓ ] Trong đó: RS- Tia tới sóng ngắn (W/m2 ); α RS - Tia phản xạ sóng ngắn (W/m2 ); RL↓ - Tia tới sóng dài (W/m2 ); RL↑ - Tia phát xạ sóng dài (W/m2 ); (1-εo )RL↓ - Tia phản xạ sóng dài (W/m2 ); 𝛼 - Suất phân sai bề mặt đất (albedo); 𝜀 𝑜 - Hệ số phát xạ bề mặt. 9 Để tính lượng bức xạ trung bình ngày, chúng ta cần tính tích phân sau: 𝐷𝐿 (2.31) 𝑅 𝑛𝑑 = ∫0 𝑅 𝑚𝑎𝑥 𝑠𝑖𝑛( 𝜋.𝑡/𝐷𝐿) = 𝐴. 𝑅 𝑛𝑖 Trong đó: Rmax - Bức xạ Mặt Trời vào giữa trưa 12h; DL - Độ dài của ngày (từ thời điểm Mặt Trời mọc tới thời điểm Mặt Trời lặn); t Khoảng thời gian bắt đầu từ lúc Mặt Trời mọc tới thời điểm i, A là hệ số. Các bước xử lý ảnh và chiết xuất các tham số gồm: 2.3.1.1. Hiệu chỉnh bức xạ ảnh vệ tinh Quá trình xử lý bức xạ ảnh từ DN về phản xạ “thực” bề mặt đất gọi là quá trình hiệu chỉnh bức xạ ảnh (bởi đầu thu, khí quyển, và tính chất của địa hình). 2.3.1.2. Tính toán suất phân sai bề mặt đất α - Tính toán suất phân sai ở đỉnh khí quyển 𝜶 toa - Tính suất phân sai bề mặt đất. 2.3.1.3. Bức xạ sóng ngắn (RS↓ ) Bức xạ sóng ngắn được tính toán trong điều kiện bầu trời trong xanh như sau: (2.19) 𝑅 𝑠 = 𝐺 𝑠𝑐 × 𝑐𝑜𝑠𝜃 × 𝑑 𝑟 × 𝜏 𝑠𝑤 2 Trong đó: 𝐺 𝑠𝑐 - Hằng số Mặt Trời (1367 W/m ); 𝑑 𝑟 - Khoảng cách thiên văn từ Mặt Trời tới mặt đất; θ - góc cao mặt trời. 2.3.1.4. Bức xạ của sóng dài (R L↑ ) Bức xạ của sóng dài là năng lượng bức xạ nhiệt phát xạ từ bề mặt của Trái đất tới khí quyển (W/m2 ). Tia phát xạ sóng dài được tính toán theo công thức Stefan-Boltzmann như sau: (2.20) RL↑ = εo × σ × 𝑇 𝑠4 Trong đó: σ - Hằng số Stefan-Boltzmann (5.67 × 10-8 W/m2 /K4 ); Ts - Nhiệt độ bề mặt đất (o K); εo - Hệ số phát xạ bề mặt. Để tính tia phát xạ sóng dài ta tính một số các tham số sau: - Tính nhiệt độ bề mặt Ts 𝑇𝐵 (2.23a) 𝑇 𝑠 = 0.25 𝜀𝑜 Trong đó: TS - Nhiệt độ bề mặt (o K); TB - Nhiệt độ độ sáng (o K); εo - Hệ số phát xạ bề mặt đất. - Sử dụng DEM để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt do chênh cao địa hình 10 Thông thường, nhiệt độ bề mặt giảm 6.5 o C khi độ cao tăng lên 1km ở tầng đối lưu. Giải pháp sử dụng mô hình số độ cao (DEM) hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt do chênh cao địa hình được đề xuất trong phương pháp SEBAL theo công thức sau: (2.23b) 𝑇 𝑠_𝐷𝐸𝑀 = 𝑇 𝑠 + 0.0065∆𝑧 o Trong đó: TS - Nhiệt độ bề mặt ( C), ∆𝑧 - Độ cao của mỗi điểm ảnh so với bề mặt trung bình của nước biển (m). - Chỉ số thực vật NDVI là tỷ số hiệu số chuẩn hóa giữa phản xạ của kênh cận hồng ngoại (ρ4 ) và kênh đỏ (ρ3 ) NDVI = (ρ4 − ρ3 ) / (ρ4 + ρ3 ) (2.24) Trong đó: ρ4 - Kênh phổ ảnh cận hồng ngoại (Near InfraRed), ρ3 Kênh phổ ảnh phổ thuộc bước sóng màu đỏ. - Tính hệ số phát xạ bề mặt εo Công thức tính cho các loại thực vật và lớp phủ thực vật thay đổi: εo = εv P v + εs (1 – P v ) (2.25) Trong đó: εv và εs - Đại lượng phát xạ của các thảm thực vật và đất trống; P v - Phần phủ thực vật. 2.3.1.5. Bức xạ tới sóng dài R L↓ . Bức xạ đi tới sóng dài RL↓ là dòng bức xạ nhiệt đi xuống từ khí quyển theo công Stefan-Boltzmann như sau: (2.28) RL↓ = εa × σ × 𝑇 4 𝑎 Trong đó: εa - Hệ số phát xạ của khí quyển; Ta - Nhiệt độ không khí gần mặt đất (o K). * Ngoài phương pháp viễn thám tính toán bức xạ ròng trong luận án còn sử dụng Phương pháp FAO-56 PM tính bức xạ ròng trung bình ngày phục vụ kiểm tra đánh giá kết quả viễn thám Phương pháp FAO-56 PM là phương pháp sử dụng bức xạ ròng trung bình ngày để tính lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu mà Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc khuyến cáo sử dụng như sau: (2.32) 𝑅 𝑛𝑑 = (1 − 𝛼) 𝑅 𝑠 − 𝑓𝜀𝜎𝑇 4 𝑎 Trong đó: α - Suất phân sai bề mặt đất (albedo); Rs - Tổng xạ Mặt Trời sóng ngắn đi tới mặt đất; f - Tham số hiệu chỉnh do mây; 𝜀 Tham số phát xạ khí quyển; Ta - Nhiệt độ không khí trong ngày. 11 Phương pháp tính bức xạ ròng trung bình ngày 𝑅 𝑛𝑑 theo phương pháp FAO-56 PM trong luận án được đề xuất tính cho hai trường hợp: (1) bức xạ Mặt Trời đi tới Rs được tính theo công thức Ăngstrom; (2) bức xạ Mặt Trời đi tới 𝑅 𝑠 được tính theo công thức kinh nghiệm của Việt Nam. 2.3.2. Xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo ngày 2.3.2.1. 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 SSEBI Công thức để tính toán 𝐸𝑇𝐹𝑖 dựa vào mối quan hệ tuyến tính giữa hệ số phát xạ bề mặt albedo và nhiệt độ bề mặt như sau: (𝑇 − 𝑇) (2.33) 𝐸𝑇𝐹𝑖 = ( 𝐻 𝑠 ) 𝑇 𝐻 − 𝑇 𝐿𝐸 Trong đó: 𝑇 𝐻 - Nhiệt độ bề mặt tương ứng với điều kiện khô, đại diện cho dòng nhiệt ẩn nhỏ nhất (LEkhô = 0), hay dòng năng lượng nhiệt cảm ứng lớn nhất (Hkhô = Rn − G); 𝑇 𝐿𝐸 - Nhiệt độ bề mặt tương ứng với điều kiện ẩm nó đại diện cho dòng nhiệt ẩn lớn nhất (LEẩm =(Rn − G )), hay dòng năng lượng nhiệt cảm ứng nhỏ nhất (Hẩm = 0) của phản xạ bề mặt, được thể hiện dưới sơ đồ ở hình 2.9: ố. Nhiệt độ bề mặt Ts H(α)(max) Chuyển đổi bức xạ TH H(khô) TS LE(α)(max) TLE LE(ướt) Chuyển đổi bốc thoát hơi nước α Suất phân sai bề mặt đất α Hình 2.9: Sơ đồ mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt và suất phân sai bề mặt trong phương pháp S-SEBI 12 𝑎 𝐻 − b 𝐻 𝛼−𝑇𝑠 (2.36) 𝐸𝑇𝐹𝑖 = 𝑎 𝐻 −𝑎 𝐿𝐸−( 𝑏 𝐻− 𝑏 𝐿𝐸) 𝛼 Giá trị bốc thoát hơi nước theo ngày tính toán theo phương pháp SSEBI dựa vào lý thuyết vật lý như sau: λET 𝑖 λET 𝑎 (2.39) 𝐸𝑇𝐹 = 𝐸𝑇𝐹 = = 𝑖 𝑑 (𝑅 𝑖−𝐺 𝑖 ) (𝑅 𝑛𝑑−𝐺 𝑛𝑑 ) Xem xét rằng tổng thông lượng nhiệt trong đất G là xấp xỉ bằng 0 giá trị bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa được tính toán bởi công thức: 𝐸𝑇𝐹 𝑑 ×𝑅 𝑛𝑑 (2.40) 𝐸𝑇a = 𝜆 Trong đó: ETa - Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất (mm/ngày); R 𝑛𝑑 - Bức xạ ròng trung bình ngày (MJ/m2/ngày), 𝜆 - Hằng s 2.3.2.2. Tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp Priestley-Taylor Priestley-Taylor, (1972) đề xuất phương pháp thực nghiệm tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa từ năng lượng bức xạ Mặt Trời có độ chính xác xấp xỉ với độ chính xác của phương pháp chặt chẽ FAO-56 PM như sau: ∆ 𝑅𝑛 (2.41) 𝐸𝑇 𝑎 = 𝑎 + 𝑏 ∆+𝛾 𝜆 Hệ số a, b của Priestley-Taylor kiểm định tại Mỹ có trị số bằng 1,26 và 0; kiểm định tại châu Âu (Thụy Sĩ), 1984, a = 0.90 và b = 0; kiểm định tại châu Á (Đài Loan) a = 1.00 và b = 0 (Chen J và các cộng sự, 2005). Ngoài các hệ số a nêu trên, trong nội dung nghiên cứu của luận án mở rộng khảo sát thêm hai trường hợp a=0.95 và a=1.05. Hệ số a về mặt lý thuyết có thể xây dựng phục vụ tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo hai phương pháp dựa vào nhiệt độ và dựa vào các tham số nhiệt độ, albedo và chỉ số thực vật NDVI chiết xuất từ viễn thám. 2.4. 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 2.4.1. Lựa chọn phương pháp S-SEBI Các phương pháp gồm SEBAL, SEBI, SEBS, METRIC, TSM đều có những ưu điểm riêng của từng phương pháp trong xác định lượng 13 bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. Tuy nhiên các phương pháp này có chung nhược điểm là cần nhiều số liệu đo đạc khí tượng ở ngoài thực địa và cần tính đến tham số kháng trở bề mặt đất và độ nhám của địa hình (các tham số này rất khó xác định và ảnh hưởng tới độ chính xác xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa). Trong luận án lựa chọn phương pháp S-SEBI với ưu nhược điểm như sau: Ưu điểm của phương pháp S-SEBI: - Là phương pháp đơn giản không cần nhiều các số liệu khí tượng đo đạc ở ngoài ngoại nghiệp mà vẫn đảm bảo độ chính xác. - Phương pháp S-SEBI dựa vào mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt độ bề mặt Ts và suất phân sai bề mặt đất α (Albedo) để xác định hệ số lý thuyết phần bay hơi tức thời ETFi, từ đó tính ra lượng bốc thoát hơi nước ETa. - Phương pháp S-SEBI là phương pháp phù hợp cho các khu vực có ít số liệu đo đạc khí tượng và khó tiếp cận được. Nhược điểm của Phương pháp S-SEBI: - Độ chính xác xác định ETa phụ thuộc vào trình độ, kinh nghiệm của người xử lý ảnh trong việc chọn đường thẳng tuyến tính xác định tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời ETFi từ mối quan hệ giữa nhiệt độ và suất phân sai bề mặt đất α. - Phương pháp này có độ chính xác thấp khi tính toán bốc thoát hơi nước ở các khu vực trong điều kiện môi trường cực kỳ khô. 2.4.2. Đề xuất giải pháp nâng cao độ chính xác của phương pháp SSEBI (1) Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt Ts chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT và (2) Đề xuất xác định hệ số “liên hệ c”. 2.5. Kết luận Chương 2 Các nghiên cứu cho thấy, việc sử dụng tư liệu ảnh viễn thám hoàn toàn có thể chiết tách các tham số phục vụ công tác tính toán lượng bốc thoát hơi nước theo đơn vị thời gian cho một khu vực cụ thể. Các tham số khí tượng chiết xuất từ tư liệu ảnh viễn thám có ưu điểm là được cập nhật thường xuyên theo chu kỳ sẽ là các tư liệu có giá trị mà các phương pháp khác khó có thể có được. Đặc biệt, trong nội dung chương 2, nghiên cứu sinh đã nghiên cứu, phân tích, đánh giá ưu nhược điểm của phương pháp S-SEBI từ đó lựa chọn Phương pháp SSEBI là phương pháp phù hợp điều kiện địa hình, khí hậu và số liệu 14 khí tượng ít tại Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam và đề xuất giải pháp nâng cao độ chính xác khi ứng dụng phương pháp này trong xác định bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. 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 Chương 3 gồm các nội dung: (1) Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên ảnh hưởng đến quá trình bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất của Lưu vực Sông Cầu; (2) Đề xuất quy trình xác định 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) từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám LANDSAT-7; (3) Thực nghiệm chứng minh các luận điểm và tính mới của luận án. 3.1. Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên Lưu vực Sông Cầu nằm trong phạm vi tọa độ địa lý: 21o 07' - 22o 18' vĩ Bắc, 105o 28' - 106o 08' kinh Đông, có diện tích khoảng 6030 km2 . Là khu vực có điều kiện địa hình vùng núi cao phía Bắc và vùng đồng bằng phía Nam. Khí hậu Lưu vực Sông Cầu có đặc điểm cơ bản của khí hậu nhiệt đới gió mùa, với nền chung của khí hậu nóng ẩm nhưng có một mùa đông khá lạnh, mùa hè mưa nhiều. 3.2. 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 lựa chọn S-SEBI 3.2.1. Dữ liệu đầu vào Dữ liệu ảnh LANDSAT-7 ETM quét các ngày 04/11/2000 và 23/11/2001 mức xử lý 1T, dải, hàng 126/45 không mây; DEM và Số liệu đo đạc tại các trạm quan trắc khí tượng ngoài thực địa của 06 trạm khí tượng thuỷ văn ở Lưu vực Sông Cầu gồm: nhiệt độ Ts, vận tốc gió, số giờ nắng thực, độ ẩm không khí và bốc thoát hơi thực tế. 3.2.2. Đề xuất quy trình tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp S-SEBI Qua các kết quả nghiên cứu Chương 1 và Chương 2, nghiên cứu sinh đề xuất quy trình theo phương pháp S-SEBI được thể hiện tại hình 3.2. 15 Hình 3.2: Sơ đồ quy trình tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa theo phương pháp S-SEBI 3.2.3. Chiết xuất năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày hấp thụ bởi bề mặt đất Rnd từ ảnh LANDSAT-7 3.2.3.1. Tiền xử lý ảnh viễn thám Phương pháp hiệu chỉnh khí quyển FLAASH đã được sử dụng trong nghiên cứu này để loại bỏ các ảnh hưởng bởi các hiệu ứng khí quyển. 3.2.3.2. Tạo ảnh suất phân sai bề mặt đất α 3.2.3.3. Tạo ảnh chỉ số thực vật NDVI 3.2.3.4. Tạo ảnh phát xạ bề mặt εo 16 3.2.3.5. Tính ảnh nhiệt độ bề mặt Ts và Ta - Sử dụng kênh nhiệt 6.1 của ảnh vệ tinh LANDSAT-7 để tính toán nhiệt độ bề mặt Ts cho hai thời điểm ngày 04/11/2000, và ngày 23/11/2001. Nhiệt độ bề mặt Ts trước và sau khi hiệu chỉnh chênh cao địa hình bằng DEM trong bảng 3.10a. Bảng 3.10a: Nhiệt độ bề mặt Ts trước và sau khi hiệu chỉnh chênh cao địa hình tại 06 điểm quan trắc T rạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yên 4.T am Đảo 5.T hái Nguyên 6.Bắc Kạn Ngày 04/11/2000 T s_DEM ΔT ( o K) T s ( o K) ( o K) 300.04 300.05 0.019 303.70 303.75 0.046 301.12 301.23 0.111 292.80 297.26 4.452 299.43 299.66 0.234 302.70 303.60 0.897 T s ( o K) 296.47 297.20 296.00 289.08 295.79 295.96 Ngày 23/11/2001 T s_DEM ΔT ( o K) ( o K) 296.49 0.021 297.24 0.051 296.11 0.110 293.61 4.530 296.02 0.231 296.85 0.891 - Trong nội dung của Luận án, nghiên cứu sinh xác định nhiệt độ không khí gần mặt đất Ta thông qua mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt độ bề mặt đất Ts_DEM (sau khi đã hiệu chỉnh ảnh hưởng chênh cao địa hình) và số liệu nhiệt độ bề mặt đo đạc ngoài thực địa. 3.2.3.6. Tạo ảnh bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất trung bình ngày Sau khi tính được các tham số trung gian thay vào công thức (2.9) tính được ảnh bức xạ ròng trung bình giờ Rni (W/m2 /giờ). Bảng 3.10c: Bức xạ ròng trung bình giờ trước và sau khi hiệu chỉnh chênh cao địa hình bởi DEM tại vị trí 06 điểm quan trắc T rạm quan trắc 1 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yên 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyên 6.Bắc Kạn Rni (W/m 2 / giờ) 2 438,60 470,40 434,60 590,90 450,10 409,10 Ngày 04/11/2000 Rni _DEM Δrni (W/m 2 /giờ) (W/m 2 / giờ) 3 4=2-3 443,40 -4,80 445,50 24,90 462,00 564,30 487,70 430,80 -27,40 26,60 -37,60 -21,70 Rni (W/m 2 / giờ) 5 423,67 441,93 431,39 548,84 453,11 415,17 Ngày 23/11/2001 Rni _DEM Δrni (W/m 2 /giờ) (W/m 2 / giờ) 6 7=5-6 418,74 4,93 397,08 44,85 427,17 493,57 442,42 431,38 4,22 55,27 10,69 -16,21 - Ảnh và biểu đồ phân bố bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất trung bình ngày chiết xuất từ ảnh vệ tinh LANDSAT-7 cho hai thời điểm ngày 04/11/2000 và ngày 23/11/2001 tại Lưu vực Sông Cầu trên hình 3.14a và hình 3.14b. 17 0.0 (MJ/m2 /ngày) 17.38 0.0 (MJ/m2 /ngày) 23.13 Hình 3.14a: Bức xạ ròng trung Hình 3.14b: Bức xạ ròng bình ngày chiết xuất từ ảnh trung bình ngày chiết xuất từ LANDSAT-7 thời điểm ngày ảnh LANDSAT-7 thời điểm (04/11/2000) ngày (23/11/2001) 3.2.4. 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 3.2.4.1. Tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời ETFi Đồ hình chọn đường biên xác định hệ số lý thuyết tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời được mô tả trên hình 3.15a và hình 3.15b. Hình 3.15a: Biểu đồ mô tả mối Hình 3.15b: Biểu đồ mô tả mối quan hệ giữa nhiệt độ Ts và quan hệ giữa nhiệt độ Ts và Suất phân sai bề mặt đất α ngày Suất phân sai bề mặt đất α 04/11/2000 ngày 23/11/2001 18 - Các hệ số a, b được xác định thông qua mối quan hệ giữa nhiệt độ bề mặt Ts và suất phân sai bề mặt đất α (albedo) cho hai thời điểm ngày 04/11/2000 và ngày 23/11/2001 được thể hiện ở bảng 3.13. Bảng 3.13. Hệ số a, b xác định tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời ETFi của 2 thời điểm theo phương pháp S-SEBI Giá trị Các hệ số (ngày 04/11/2000) a b Các hệ số ngày (23/11/2001) a b 𝐓𝑯 46.45 -42.20 36.52 -31.10 𝐓 𝑳𝑬 16.39 36.33 12.84 28.95 3.2.4.2. Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất trung bình ngày ETa (mm/ngày) Trong luận án trình bày bốc thoát hơi nước thực tế ETa được tính với ba trường hợp gồm: trước và sau khi nhiệt độ Ts đã được hiệu chỉnh chênh cao địa hình bởi DEM và sau khi hiệu chỉnh hệ số liên hệ c (kí hiệu lần lượt ETa_VT1, ETa_VT2 và ETa_VT3). 3.2.5. Thành lập phương trình xác định hệ số “liên hệ c” Phương pháp chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt giản lược S-SEBI để xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa là phương pháp đồ giải. Trong khi đó hai phương pháp Priestley-Taylo và phương pháp FAO-56 PM là hai phương pháp sử dụng số liệu thực nghiệm. Do vậy, để phương pháp S-SEBI có thể ứng dụng trong điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu có tính chặt chẽ về lý thuyết và thực tiễn, thì hệ số “liên hệ c” cần phải xác định. Công thức xác định hệ số “liên hệ c” được đề xuất trong luận án như sau: (3.1) 𝑐 =(ETa_PT)/(ETFi × ETo_Rnd_VT ) - Ảnh bôc thoát hơi nước sau khi hiệu chỉnh các tham số được thể hiện tại hình 3.20a và hình 3.20b. Kết quả đánh giá các sai số được thể hiện ở bảng 3.15a và bảng 3.15b. Bảng 3.15a: Độ chính xác xác định ETa_VT3 (mm/ngày) theo phương pháp S-SEBI sau khi đã hiệu chỉnh hệ số c, ngày 04/11/2000 Trạm quan trắc ETa-VT1 (mm/ngày) 1 1.Bắc Ninh 2,Bắc Giang 3.Vĩnh Yê n 4.Tam Đảo 2 3.83 2.28 4.01 4.86 ETa-VT2 (mm/ngày) 3 3.82 2.28 3.02 4.67 ETa-VT3 (mm/ngày) 4 3.84 2.40 3.02 4.68 ETa-TĐ (mm/ngày) 5 4.9 3.9 3.1 4.3 Sai số thực (mm/ngày) 6=5-4 1.06 1.50 0.08 -0.38 19 5.Thái Nguyê n 6.Bắc Kạn Trung bình SSTP (mm/ngày) SSTĐTB the o % 3.03 3.18 3.53 1.07 25.26 3.39 3.15 3.39 0.92 19.27 3.39 2.65 3.33 0.87 17.86 4.4 2.8 1.01 0.15 3.9 4.57 0.00 6.34 0.0 Hình 3.20a: Ảnh ETa_VT3 Hình 3.20b: Ảnh ETa_VT3 (mm/ngày) ngày 04/11/2000 (mm/ngày) ngày 23/11/2001 Bảng 3.15b: Độ chính xác xác định ETa_VT3 (mm/ngày) theo phương pháp S -SEBI sau khi đã hiệu chỉnh hệ số c, ngày 23/11/2001 Trạm quan trắc ETa-VT1 (mm/ngày) 1 1.Bắc Ninh 2,Bắc Giang 3.Vĩnh Yê n 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyê n 6.Bắc Kạn Trung bình SSTP (mm/ngày) SSTĐTB the o % 2 2.67 2.37 2.89 4.11 2.97 2.59 2.93 0.50 15.14 ETa-VT2 (mm/ngày) 3 2.62 1.86 2.40 3.67 3.05 2.71 2.72 0.55 13.28 ETa-VT3 (mm/ngày) 4 2.60 2.29 2.40 3.71 3.05 2.75 2.80 0.44 11.41 ETa-TĐ (mm/ngày) 5 3.4 2.9 2.4 3.5 3.1 2.4 2.95 Sai số thực (mm/ngày) 6=5-4 0.80 0.61 0.00 -0.21 0.05 -0.35 20 3.2.6. 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 Kết quả khảo sát tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế theo phương pháp Priestley-Taylor dựa vào bức xạ ròng trung bình ngày chiết xuất từ ảnh LANDSAT cho 07 trường hợp sử dụng tham số a khác nhau gồm: a = 1.26, a = 0.90, a = 1.00, a = 0.95, a = 1.05, a theo tham số nhiệt độ Ts và theo các tham số Ts, albedo và NDVI, với ký hiệu tương ứng là ETa-PT1, ETa-PT2, ETa-PT3, ETa-PT4, ETa-PT5, ETa-PT6 và ETa-PT7 (mm/ngày) được trình bày ở bảng 3.18 và bảng 3.19. Kết quả cho thấy hệ số a trong khoảng 0,95-1,05 sẽ cho phép tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất với sai số tuyệt đối trung bình có thể đạt được nhỏ hơn 20% so với kết quả đo ngoại nghiệp. Bảng 3.18: Khảo sát tính ETa_PT trung bình ngày theo phương pháp Priestley-Taylor với hệ số a khác nhau của ngày 04/11/2000 Trạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yên 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyên 6.Bắc Kạn SSTP ETaTĐ 4.9 3.9 3.1 4.3 4.4 ETaPT1 4.08 4.04 4.07 5.00 4.20 ETaPT2 2.92 2.88 2.90 3.57 3.00 ETaPT3 3.15 3.38 3.32 4.10 3.51 ETaPT4 3.08 3.05 3.07 3.77 3.17 ETaPT5 3.40 3.37 3.39 4.17 3.50 ETaPT6 3.28 2.07 3.73 5.66 2.65 ETaPT7 1.81 1.74 1.81 4.53 2.69 2.8 3.76 0.72 2.69 1.12 2.91 0.84 2.84 0.98 3.13 0.77 2.39 1.38 1.01 1.91 16.2 23.23 15.82 19.26 15.76 32.5 43.87 SSTĐTB % Bảng 3.19: Khảo sát tính ETa_PT trung bình ngày theo phương pháp Priestley-Taylor với hệ số a khác nhau của ngày 23/11/2001 Trạm quan trắc 1.Bắc Ninh 2.Bắc Giang 3.Vĩnh Yê n 4.Tam Đảo 5.Thái Nguyê n 6.Bắc Kạn SSTP SSTĐTB % ETaTĐ 3.4 2.9 2.4 3.5 3.1 ETaPT1 3.57 3.55 3.60 4.26 3.73 ETaPT2 2.55 2.54 2.57 3.04 2.66 ETaPT3 2.83 2.82 2.86 3.38 2.96 ETaPT4 2.69 2.68 2.72 3.21 2.81 ETaPT5 2.97 2.96 3.00 3.55 3.11 ETaPT6 2.93 2.37 2.99 5.76 3.33 ETaPT7 1.48 1.25 1.56 2.94 1.83 2.4 3.34 0.79 24.6 2.39 0.46 12.95 2.65 0.33 9.16 2.52 0.37 10.99 2.79 0.34 8.65 3.03 1.03 26.64 0.92 1.36 43.41