Luận án về mô hình vật lý và ứng dụng hệ phổ kế siêu cao tần trong xác định độ ẩm đất

Đất là một yếu tố quan trọng trong hệ sinh thái, hỗ trợ sự sinh trưởng của thực vật và là môi trường sống cho nhiều loài động vật. Theo Dokuchaev, đất được coi là một thực thể tự nhiên có nguồn gốc và lịch sử phát triển riêng. Đất khác biệt với đá, được hình thành từ quá trình phong hóa và sự phân hủy của các chất hữu cơ. Đất có vai trò quan trọng trong việc cung cấp oxy và hấp thụ carbon dioxide, ảnh hưởng đến sự sống trên Trái Đất. Độ ẩm đất, được định nghĩa là hàm lượng nước trong đất, có vai trò thiết yếu trong việc duy trì sự sống của các loài sinh vật. Thông tin về độ ẩm đất rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực như khí tượng, thủy văn, nông - lâm nghiệp, và an ninh lương thực. Tuy nhiên, việc xác định chính xác độ ẩm đất trên diện rộng là một thách thức lớn. Tại Việt Nam, độ ẩm đất chủ yếu được đo bằng phương pháp truyền thống, dẫn đến những hạn chế trong việc quản lý tài nguyên đất và nước.

Mục tiêu của luận án là nghiên cứu phương pháp viễn thám siêu cao tần trong xác định độ ẩm đất thông qua các phép đo của hệ phổ kế siêu cao tần. Nhiệm vụ nghiên cứu bao gồm tổng quan về độ ẩm đất và các phương pháp nghiên cứu, tổng quan về ứng dụng viễn thám siêu cao tần trong nghiên cứu độ ẩm đất, nghiên cứu và xây dựng mô hình vật lý bán thực nghiệm về độ ẩm đất, thiết lập quy trình thực nghiệm đo nhiệt độ phát xạ của mặt đất bằng phổ kế siêu cao tần, và lập chương trình tính toán độ ẩm đất dựa trên mô hình vật lý bán thực nghiệm và các dữ liệu đầu vào. Những nhiệm vụ này sẽ giúp cung cấp dữ liệu chính xác và đáng tin cậy cho việc quản lý tài nguyên đất.

Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu tổng hợp và phân tích lý thuyết về các mô hình vật lý trong nghiên cứu độ ẩm đất. Phương pháp thực nghiệm sử dụng phổ kế siêu cao tần để đo nhiệt độ phát xạ của mặt đất, cung cấp dữ liệu thực nghiệm cho mô hình vật lý tính toán độ ẩm đất. Phương pháp tính toán độ ẩm đất theo mô hình sử dụng phần mềm Excel. Luận điểm bảo vệ thứ nhất là tích hợp mô hình Fresnel và mô hình Wang-Schumugge để sử dụng số liệu đo nhiệt độ phát xạ bằng phổ kế SCT nhằm xác định độ ẩm đất một cách bán thực nghiệm. Luận điểm bảo vệ thứ hai là quy trình đo nhiệt độ phát xạ bằng phổ kế SCT và thuật toán hồi quy độ ẩm đất cho phép xác định độ ẩm đất trên diện rộng, phục vụ các ứng dụng trong nông nghiệp.

Luận án đã thiết lập được quy trình chuẩn để đo nhiệt độ phát xạ của mặt đất bằng phổ kế siêu cao tần, cung cấp dữ liệu thực nghiệm cho mô hình vật lý. Đây là lần đầu tiên tại Việt Nam, độ ẩm đất được nghiên cứu một cách bài bản cả về lý thuyết và thực nghiệm bằng phương pháp viễn thám siêu cao tần. Những kết quả này không chỉ góp phần nâng cao hiểu biết về độ ẩm đất mà còn mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu tài nguyên đất, giúp cải thiện khả năng quản lý và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên.