Nghiên Cứu Mô Hình Giám Sát Sự Bốc - Thoát Hơi Nước Của Lớp Phủ Khu Vực Tây Bắc Việt Nam

• Tác giả: Lê Hùng Chiến
• Người hướng dẫn: TS Trần Xuân Trường
• Trường học: Trường Đại Học Mỏ - Địa Chất
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Trắc Địa - Bản Đồ
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Giám Sát Bốc Thoát Hơi Nước Khu Vực Tây Bắc Việt Nam Từ Dữ Liệu Ảnh Vệ Tinh
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Nội dung nghiên cứu của luận án
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
• 1.8. Luận điểm bảo vệ
• 1.9. Những điểm mới của luận án
• 1.10. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Các khái niệm bốc thoát hơi nước
• 1.2. Bốc thoát hơi nước ET (Evaporation Transpiration)
• 1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự bốc thoát hơi nước
• 1.4. Bốc thoát hơi nước tham chiếu ET0 (Potential evaptransporation)
• 1.5. Thoát hơi nước trong điều kiện tiêu chuẩn (ETc)
• 1.6. Thoát hơi nước trong điều kiện không tiêu chuẩn (ETc adj)
• 1.7. Lượng bốc thoát hơi thực tế ET (Actual evapotransporation)
• 1.8. Mô hình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước
• 1.9. Phương pháp xác lượng bốc thoát hơi nước sử dụng dữ liệu khí tượng
• 1.10. Các phương pháp đo trực tiếp
• 1.11. Các mô hình sử dụng năng lượng bức xạ mặt trời (radiaton-based models)
• 1.12. Các mô hình kết hợp (combined models)
• 1.13. Các mô hình xác ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh
• 1.14. Mô hình cân bằng năng lượng bề mặt đất SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land)
• 1.15. Mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt SEBI (Surface Energy Balance Index)
• 1.16. Mô hình Hệ thống cân bằng năng lượng bề mặt SEBS (Surface Energy Balance System)
• 1.17. Mô hình chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt đơn giản S-SEBI (Simplified Surface Energy Balance Index)
• 1.18. Mô hình về bản đồ bốc thoát hơi nước độ phân giải cao với hiệu chỉnh bên trong METRIC (Mapping ET with Internalized Calibration)
• 1.19. Các kết quả nghiên cứu trên thế giới liên quan đến đề tài
• 1.20. Các kết quả nghiên cứu trong nước liên quan đến lĩnh vực của đề tài
• 1.21. Đánh giá chung về các phương pháp và mô hình ước tính lượng bốc thoát hơi nước từ bề mặt lớp phủ
• 1.22. Một số vấn đề thảo luận phát triển trong luận án
• 1.23. Tiểu kết chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC SỬ DỤNG DỮ LIỆU ẢNH VỆ TINH PHỤC VỤ ƯỚC TÍNH, GIÁM SÁT LƯỢNG BỐC THOÁT HƠI NƯỚC BỀ MẶT LỚP PHỦ
• 2.1. Khái quát về viễn thám
• 2.2. Nguyên lý viễn thám
• 2.3. Đặc tính phản xạ của thực vật
• 2.4. Đặc tính phản xạ phổ của nước
• 2.5. Đặc tính phản xạ của các đối tượng trong đô thị
• 2.6. Đặc điểm của ảnh vệ tinh Landsat 8
• 2.7. Vai trò của dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 trong việc chiết xuất, tính toán các tham số phục vụ ước tính lượng bốc thoát hơi nước
• 2.8. Khả năng ứng dụng dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 trong việc ước tính lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ
• 2.9. Tính giá trị năng lượng bức xạ ròng mặt trời (Rn) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8
• 2.10. Xác định giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước λ từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8
• 2.11. Xác định hằng số Psychrometric (γ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao DEM
• 2.12. Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8 xác định giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ)
• 2.13. Tính giá trị của các tham số từ ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao phục vụ ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ
• 2.14. Tính giá trị năng lượng bức xạ ròng Rni từ ảnh vệ tinh Landsat 8 theo mô hình SEBAL
• 2.15. Tính giá trị bức xạ ròng trung bình ngày Rnd từ Rni được tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8
• 2.16. Tính bức xạ ròng trung bình ngày Rnd từ số liệu khí tượng đo trực tiếp tại các trạm quan trắc theo mô hình FAO 56 – Penman - Monteith
• 2.17. Tính giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8
• 2.18. Tính giá trị hằng số Psychrometric (γ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và thông tin độ cao từ DEM
• 2.19. Tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ) từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8
• 2.20. Xác định hệ số a, b của mô hình Priestley - Taylor phù hợp với địa hình khí hậu khu vực Tây Bắc Việt Nam
• 2.21. Đề xuất mô hình, quy trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley - Taylor
• 2.22. Đề xuất mô hình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ khu vực Tây Bắc Việt Nam
• 2.23. Quy trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley - Taylor
• 2.24. Xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước sử dụng kết hợp mô hình SEBAL và mô hình Priestley-Taylor trên nền Google Earth Engine
• 2.25. Khái quát về Google Earth Engine
• 2.26. Những lợi ích của Google Earth Engine trong việc xây dựng chương trình ước tính, giám sát lượng bốc thoát hơi nước
• 2.27. Tiểu kết chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Điều kiện tự nhiên của tỉnh Hòa Bình
• 3.2. Vị trí địa lý
• 3.3. Địa hình, địa mạo
• 3.4. Điều kiện khí hậu
• 3.5. Thực trạng về cơ cấu tài nguyên đất tỉnh Hòa Bình
• 3.6. Tài nguyên nước
• 3.7. Tài nguyên rừng
• 3.8. Dữ liệu phục vụ nghiên cứu
• 3.9. Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình số độ cao DEM (SRTM)
• 3.10. Dữ liệu khí tượng
• 3.11. Thực nghiệm xác định hệ số a, b của mô hình Priestley – Taylor với điều kiện địa hình, khí hậu khu vực Tây Bắc Việt Nam từ dữ liệu quan trắc khí tượng, thủy văn tại tỉnh Hòa Bình
• 3.12. Kết quả tính giá trị năng lượng bức xạ ròng Rnd từ dữ liệu khí tượng, thủy văn đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thủy văn Hòa Bình theo mô hình FAO 56
• 3.13. Kết quả tính giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ), hằng số Psychrometric (γ), độ dốc đường cong áp suất hơi nước bão hòa (Δ) từ dữ liệu khí tượng thủy văn đo trực tiếp tại các trạm khí tượng thủy văn Hòa Bình theo mô hình FAO 56
• 3.14. Kết quả tính hệ số a, b của mô hình Priestley – Taylor với điều kiện địa hình, khí hậu tỉnh Hòa Bình, Sơn La thuộc vùng Tây Bắc Việt Nam từ dữ liệu quan trắc khí tượng thủy văn
• 3.15. Thực nghiệm tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế từ bề mặt lớp phủ tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam sử dụng kết hợp mô hình SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley – Taylor với hệ số a, b xác định bằng thực nghiệm
• 3.16. Kết quả tính giá trị năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày Rnd từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 (Rnd _VT)
• 3.17. So sánh kết quả tính giá trị năng bức xạ ròng trung bình ngày theo mô hình FAO 56 (Rnd_FAO) và năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8 (Rnd_VT)
• 3.18. Kết quả tính giá trị nhiệt ẩn của quá trình bốc thoát hơi nước (λ) với tham số nhiệt độ bề mặt được tính từ ảnh Landsat 8
• 3.19. Kết quả tính giá trị hằng số Psychrometric (γ) với giá trị độ cao được chiết xuất từ DEM và dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8
• 3.20. Kết quả tính giá trị độ dốc của đường cong áp suất hơi bão hòa (Δ) với tham số nhiệt độ bề mặt được tính từ ảnh vệ tinh Landsat 8
• 3.21. Tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế ETa theo mô hình Priestley – Taylor với các tham số chiết xuất, tính toán từ dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và giá trị độ cao từ DEM tại tỉnh Hòa Bình khu vực Tây Bắc Việt Nam
• 3.22. So sánh lượng bốc thoát hơi nước thực tế đo tại các trạm khí tượng thủy văn ETa_Đo và lượng bốc thoát hơi nước tính sử dụng kết hợp mô hình viễn thám SEBAL với dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8 và mô hình Priestley – Taylor ETa_VT
• 3.23. Xây dựng 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 Engine
• 3.24. Sơ đồ khối chương trình ước tính giám sát lượng bốc thoát hơi nước bề mặt lớp phủ
• 3.25. Các giao diện chính của chương trình
• 3.26. Tiểu kết Chương 3
• KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC, BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Mô Hình Giám Sát Bốc Thoát Hơi Nước

Nghiên cứu mô hình giám sát bốc thoát hơi nước là một lĩnh vực quan trọng trong quản lý tài nguyên nước, đặc biệt tại khu vực Tây Bắc Việt Nam. Việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh giúp cung cấp thông tin chính xác về lượng nước bốc hơi từ bề mặt lớp phủ. Mô hình này không chỉ giúp theo dõi tình trạng tài nguyên nước mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch sử dụng nước hiệu quả.

1.1. Khái Niệm Về Bốc Thoát Hơi Nước

Bốc thoát hơi nước (ET) là quá trình nước chuyển từ bề mặt đất và thực vật vào khí quyển. Hiểu rõ về ET giúp xác định nhu cầu nước cho cây trồng và quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

1.2. Vai Trò Của Dữ Liệu Ảnh Vệ Tinh

Dữ liệu ảnh vệ tinh cung cấp thông tin không gian và thời gian về lượng nước bốc hơi. Việc sử dụng công nghệ này giúp giảm thiểu chi phí và tăng hiệu quả trong việc giám sát tài nguyên nước.

II. Thách Thức Trong Việc Giám Sát Bốc Thoát Hơi Nước Tại Tây Bắc Việt Nam

Khu vực Tây Bắc Việt Nam đối mặt với nhiều thách thức trong việc giám sát bốc thoát hơi nước. Địa hình phức tạp và sự biến đổi khí hậu làm cho việc thu thập dữ liệu trở nên khó khăn. Hơn nữa, số lượng trạm quan trắc khí tượng còn hạn chế, dẫn đến việc thiếu thông tin chính xác.

2.1. Địa Hình Phức Tạp

Địa hình chia cắt và nhiều tiểu vùng khí hậu tại Tây Bắc Việt Nam gây khó khăn trong việc thu thập dữ liệu bốc thoát hơi nước. Điều này đòi hỏi các mô hình phải được điều chỉnh phù hợp với từng khu vực.

2.2. Biến Đổi Khí Hậu

Sự biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến lượng nước bốc hơi, làm cho việc dự đoán trở nên khó khăn hơn. Cần có các phương pháp mới để theo dõi và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Mô Hình Giám Sát Bốc Thoát Hơi Nước

Nghiên cứu mô hình giám sát bốc thoát hơi nước sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm mô hình SEBAL và dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat 8. Những phương pháp này giúp ước tính chính xác lượng nước bốc hơi từ bề mặt lớp phủ.

3.1. Mô Hình SEBAL

Mô hình SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms for Land) là một trong những công cụ hiệu quả để ước tính lượng bốc thoát hơi nước. Mô hình này sử dụng dữ liệu năng lượng bức xạ mặt trời để tính toán ET.

3.2. Dữ Liệu Ảnh Vệ Tinh Landsat 8

Dữ liệu từ ảnh vệ tinh Landsat 8 cung cấp thông tin chi tiết về nhiệt độ bề mặt và độ ẩm, giúp cải thiện độ chính xác của các mô hình ước tính bốc thoát hơi nước.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Mô Hình Giám Sát Bốc Thoát Hơi Nước

Mô hình giám sát bốc thoát hơi nước có nhiều ứng dụng thực tiễn trong quản lý tài nguyên nước. Việc ước tính chính xác lượng nước bốc hơi giúp nông dân và các nhà quản lý tài nguyên nước đưa ra quyết định hợp lý trong việc sử dụng nước.

4.1. Quản Lý Tài Nguyên Nước

Thông tin từ mô hình giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định về phân bổ và sử dụng nước, đảm bảo nguồn nước được sử dụng hiệu quả.

4.2. Hỗ Trợ Nông Nghiệp

Mô hình cung cấp thông tin về nhu cầu nước của cây trồng, giúp nông dân tối ưu hóa việc tưới tiêu và nâng cao năng suất cây trồng.

V. Kết Luận Về Nghiên Cứu Mô Hình Giám Sát Bốc Thoát Hơi Nước

Nghiên cứu mô hình giám sát bốc thoát hơi nước từ dữ liệu ảnh vệ tinh là một bước tiến quan trọng trong quản lý tài nguyên nước tại Tây Bắc Việt Nam. Việc áp dụng các mô hình hiện đại giúp cải thiện độ chính xác và hiệu quả trong việc theo dõi tài nguyên nước.

5.1. Tương Lai Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu trong tương lai cần tiếp tục phát triển các mô hình mới và cải thiện độ chính xác của các mô hình hiện tại để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về quản lý tài nguyên nước.

5.2. Khuyến Nghị Chính Sách

Cần có các chính sách hỗ trợ nghiên cứu và ứng dụng công nghệ mới trong giám sát tài nguyên nước, nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững cho khu vực Tây Bắc Việt Nam.