BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN NGUYỄN MINH ĐỨC TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ BỐC HƠI BẰNG TƯ LIỆU ẢNH MODIS PHỤC VỤ GIÁM SÁT LỚP PHỦ RỪNG Ở KHU VỰC TÂYNGUYÊN Chuyên ngành : Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ Mã số : 60520503 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT  TS. Phạm Việt Hòa HÀ NỘI - 2014 LỜI CAM ĐOAN  !"##$%&!$' ()*+,&-./ 0&1 !&234 !& #53#6 7689+ !9: .; !"#.#)(    )1&234 Nguyễn Minh Đức MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 5 DANH MỤC HÌNH ẢNH 7 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ÚNG DỤNG ẢNH MODIS 4 1.1 Tổng quan về ảnh MODIS 4 1.1.4 Dữ liệu ảnh MODIS sử dụng trong tính toán chỉ số bốc hơi 14 1.2 Sự bốc hơi nước 21 1.3 Cơ sở ứng dụng ảnh MODIS trong tính toán chỉ số bốc hơi 23 1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu về giám sát bốc hơi (Evapotranspiration) 23 1.3.2 Lựa chọn công nghệ và mô hình tính giám sát bốc hơi 26 CHƯƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BỐC HƠI 30 2.1 Các nhân tố tự nhiên 30 2.1.1 Vị trí địa lý 30 2.1.2 Địa chất 30 2.1.3 Địa hình - địa mạo 32 2.1.4 Khí hậu 36 2.1.5. Thủy văn 42 2.1.6. Thổ nhưỡng 46 2.1.7. Các thảm thực vật chính của Tây Nguyên 49 2.2. Các nhân tố kinh tế xã hội 52 2.2.1. Dân tộc và chính sách phát triển kinh tế xã hội 52 2.2.2. Phát triển nông - lâm nghiệp 53 CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA BỐC HƠI VỚI BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG KHU VỰC TÂY NGUYÊN 58 3.1 Mô hình tính toán và cơ sở dữ liệu 58 3.1.1 Mô hình tính toán bốc hơi 58 3.1.2 Dữ liệu sử dụng 58 3.2 Phân tích mối tương quan giữa chỉ số bốc hơi với biến động lớp phủ rừng khu vực Tây Nguyên giai đoạn 2000 - 2010 65 3.3 Phân tích mối tương quan giữa chỉ số bốc hơi với biến động lớp phủ rừng khu vực Tây Nguyên giai đoạn 2000 - 2010 72 KẾT LUẬN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của MODIS trên vệ tinh TERRA và AQUA 4 Bảng 1.2 Chi tiết các kênh của ảnh Modis 6 Bảng 1.3 Các sản phẩm từ ảnh MODIS 9 14 Bảng 1.4: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MOD15A2 14 Bảng 1.5: Bảng mô tả số lớp sản phẩm ảnh MOD15A1 15 Bảng 1.6: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD12Q1 15 Bảng 1.7: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MCD12Q1 16 17 Bảng 1.8: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD43B2 17 Bảng 1.9: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MODIS Terra + Aqua BRDF/Albedo Quality 16-Day L3 Global 1km SIN Grid V005 (MCD43B2): 18 Bảng 1.10: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD43B3 19 Bảng 1.11: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MODIS Terra+Aqua BRDF/Albedo 16-Day L3 Global 1km SIN Grid V005 (MCD43B3): 20 Bảng 2.1: Nhiệt độ trung bình và lượng mưa tại các trạm khí tượng của Tây Nguyên 39 Bảng 2.2: Danh sách, tọa độ các trạm khí tượng 41 Bảng 2.3 Các loại đất chính vùng Tây Nguyên 48 Bảng 2.4: Hiện trạng lớp phủ Tây Nguyên năm 2010 49 Bảng 3.1: Mã hiện trạng lớp phủ rừng 61 Bảng 3.2: Số liệu thống kê diện tích các loại lớp phủ của năm 2000 63 Bảng 3.3: Số liệu thống kê diện tích các loại lớp phủ của năm 2010 65 Bảng 3.4: Phân bố các lớp hiện trạng rừng bốc hơi năm 2000 66 Bảng 3.5: Phân bố các lớp hiện trạng rừng theo nhóm bốc hơi năm 2010 70 Bảng 3.6: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2000 73 Bảng 3.7: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2001 73 Bảng 3.8: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2002 74 Bảng 3.9: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2003 74 Bảng 3.10: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2004 75 Bảng 3.11: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2005 75 Bảng 3.12: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2006 76 Bảng 3.13: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2007 76 Bảng 3.14: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2008 77 Bảng 3.15: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2009 77 Bảng 3.16: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2010 77 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Cấu trúc trục của ảnh MODIS chụp theo chiều ngang dọc 5 Hình 1.2 Sơ đồ đường bay chụp của vệ tinh MODIS 6 Hình 1.3 Ảnh vệ tinh MODIS tổ hợp 8 ngày tháng 12 năm 2012 8 Hình 1.4: Ảnh MOD15A2 khu vực Tây Nguyên 14 Hình 1.5: ảnh MCD12Q1 khu vực Tây Nguyên 15 Hình 1.6: ảnh MCD43B2 khu vực Tây Nguyên 17 Hình 1.7: hình ảnh MCD43B3 khu vực Tây Nguyên 19 Hình 1.8: Vòng tuần hoàn nước 22 Hình 1.9: Mô hình tính toán ET hàng ngày sử dụng dữ liệu MODIS và dữ liệu khí tượng MODIS-MM5 FDDA 24 Hình 1.10: Mô hình tính toán ET toàn cầu sử dụng dữ liệu MODIS (Mu et al. 2011) 25 Hình 2.1 Bản đồ phân tầng độ cao và bản đồ vờn bóng địa hình khu vực Tây Nguyên 33 Hình 2.2 Bản đồ địa mạo Tây Nguyên 35 Hình 2.3 Nhiệt độ trung bình tháng và lượng mưa của trạm Đà Lạt năm 2012 40 Hình 2.4 Nhiệt độ trung bình và lượng mưa của trạm Buôn Mê Thuột 40 Hình 2.5 Sơ đồ các trạm khí tượng khu vực Tây Nguyên 42 Hình 2.6 Sơ đồ thủy văn khu vực Tây Nguyên 44 Hình 2.7 Bản đồ đất khu vực Tây Nguyên (Nguồn http://taynguyen3.vast.vn/ ) 47 Hình 2.8: Sơ đồ hiện trạng lớp phủ rừng Tây Nguyên năm 2010 51 Hình 3.1: Bản đồ bốc hơi nước khu vực tỉnh Tây Nguyên từ năm 2000 – 2010 (nguồn CSDL Tây Nguyên 3 – Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) 60 Hình 3.2: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2000 62 Hình 3.3: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2010 64 Hình 3.4: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2000 và bản đồ bốc hơi nước năm 2000 66 Hình 3.5: Biểu đồ hiện trạng diện tích lớp phủ theo các nhóm bốc hơi năm 2000 68 Hình 3.6: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2010 và bản đồ bốc hơi nước năm 2010 69 Hình 3.7: Biểu đồ hiện trạng lớp phủ theo các nhóm bốc hơi năm 2010 72 Hình 3.8 Phân bố của lớp rừng không biến động theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000 đến năm 2010 79 Hình 3.9: Phân bố của lớp rừng mất đi theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000 đến năm 2010 79 80 Hình 3.10: Phân bố của lớp rừng phục hồi theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000 đến năm 2010 80 Hình 3.11 Phân bố của lớp không rừng không biến động theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000 đến năm 2010 khu vực Tây Nguyên 80 < MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài &$!7=  !#>&? &$0&@)': 6A #6B, C#!79D #&#EF$ ))*) -0&1 @ &$!7= 3,:F #/ (G6A -!7&$=  ! #>&? &$!79D*&1#: (H3A)F5F#)!7::  !? #,F-)I5F#)  !J!7KLM#> #N).J3OB, C#!73#: 68AFF#'#6#/-)P3D0&1@!73Q #6 "68= R#>&#,&J#I !8 )0&1@-)*) #: 68S#6T #J)D##C#)*59/=AFF#'!7-U9, ) .#&35 !VJ#6!7W&&?(X"32-3,F# C#1##6Y&= '3,F#)  !J#,F-#,F3)#M =*ZBR: .#) /AFF#'!7UF!: #O&.#T.#4([U9, Y.#&35!7&$-3A #>O&.,D#"#-.#C#2&33,*ZBR &$: !$9, -3,F# C#-)*) AFF#'!7$&W&680&1@ #6\&$#P( G #\J-3,*ZBR)568)*) #6 #J)F%#/ )$&W&$3,B5= #, #+T.#14&:F.DF #\-$ R) # )*) 30&1@!7#/ *%:F9)#(32WF#1T = F#6PF#)FAJT #J2F#2  # ##3#C#)T#632 A###T6!)1F#)F-)0&/ D##8F@ ! )) *)  &$!7( -*5F#)  !J'#,3, #0&*) !): -.#14% BR#,3] #)./ #8F3A#, # D@ !#$%&AFF#' #532 # #:T#O&6& #/3AO&.,U #H'&$(X3,% BR1#3] #)-U9, 1#^_`T.#14#RF<ab1#cd#, )F%68)$&W&(&J'1#^_ #J #&#268 #-3A W*&: 0&*) K# #N-=F#' !HA-eF #& #2F #  ###T-?9=-.#)#0&!: F#H#8F# ))*) AFF#'3F#) !J'!7([6&J368  !='B>,&*3A1#3, #=F#1 (!-1#^_S&:F#>#f*+0& !V3O#, !MAF F#'!7#6)#f*+*# !6Y #532 -#f*+B, C#)-=9+#P6A9O U (((!T-) #*+3O#f*+9+#Pag`g3F !*F! d# T h #J C#68 71#3, #^_F#R3R#3, C#)3i &W#4 68-6A3)9/= !6\( j&: F#)  7#>@B !$#V3$K#VO k#$%&#f*+9+ #P9l 6,&1#^_F#R3R)*) AFF#'!7Y.#&35&$k #&234'"#( 2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài #$%&#f*+9+#P9l 6,&1#^_F#R3R ))*) AFF#'!7 m#$%&5#V#"# C# )#f*+9+#P mnBR1#^_ ! #LBo-)*) #f*+9+#P m[6!+ 6P0&>#f*+9+#P`gd3A#, !M39/= AFF#'!7F#R3R)#"#0&1@3)*) AFF#'!7&$ 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu m#$%&)#f*+9+#P-AFF#'!7 mp#M3#$%&#&35&$ 4. Phương pháp nghiên cứu q&234*ZBR)F#6PF#)F#$%&*& mp#6PF#)F #+.$#& #2F- N#8F3Z@) # -) ,& $0&r mp#6PF#)FF# C#.#N#8F-Z@) ,&-1 0&/ )3:OM !3F# C#+ 6P0&.#>#, !MAF F#'!73#f*+9+#Pr mp#6PF#)F3] #)B>,&1#3, #0&#VTF#M3 #&#2 !=-#&.;2FM#F#sF0& !t)*) ) #N3O #5F#'c #532 #L #\F#H#8F3A ) #LBo) #N')+ 68 #532 ( 5. Ý nghĩa Khoa học và thực tiễn của đề tài #0&3,#$%&@ #&/ -./ 0&1 #5#, )1&+ #J #,)3:O*& mnBRF#6PF#)F3] #)3 ))*) AFF#'!7 F#6PF#)FLM#,&0&13W68%BR!=!K mH1#^_#F#sF )*) AFF#'!7#-# #)- .# +.sB1#^_68&:F]F#C( [...]... 0–32766 0.0010 e) Nhận xét: Ảnh MODIS cũng cung cấp những chỉ số quan trọng về hiện trạng lớp phủ rừng như các chỉ số sinh trưởng thực vật, chỉ số diện tích lá, độ bốc hơi nước bề mặt trong đó có các thông số về chỉ số bốc hơi Qua đó ta có thể tính toán được chỉ số bốc hơi để phục vụ công tác giám sát lớp phủ rừng Việc có thể thu nhận được hàng ngày, độ phủ trùm lớn của ảnh MODIS giúp chúng ta có thể... cấp thông số giám sát môi trường lớp phủ rừng thường xuyên, góp phần bảo vệ và phát triển lớp phủ rừng trên địa bàn Tây Nguyên - Thể hiện mối tư ng quan giữa hiện trạng lớp phủ rừng và chỉ số bốc hơi theo thời gian 6 Kết cấu của luận văn Luận văn được xây dựng trên cơ sở 3 chương: Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng ảnh MODIS trong tính toán chỉ số bốc hơi Chương 2: Các nhân tố ảnh hưởng đến quá... Chương 2: Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình bốc hơi Chương 3: Tính toán lượng bốc hơi phục vụ giám sát lớp phủ rừng khu vực Tây Nguyên bằng tư liệu ảnh MODIS 7 Lời cảm ơn Luận văn được hoàn thành theo chương trình đào tạo cao học khoá 26 tại trường Đại học Mỏ – Địa Chất Hà Nội Hoàn thành luận văn thạc sỹ này, tôi đã được sự quan tâm giúp đỡ của Ban giám hiệu, khoa đào tạo Sau đại học trường Đại... Dữ liệu ảnh MODIS sử dụng trong tính toán chỉ số bốc hơi a) sản phẩm MOD15A2 Bảng 1.4: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MOD15A2 Phạm vi thời gian Khu vực Dung lượng file Múi chiếu Dạng dữ liệun Kích thước Độ phân ows/columns February 18, 2000 ~10 x 10 lat/long ~0.2 MB compressed Sinusoidal s HDF-EOS 1200 x 1200 giải 1 kilometer Hình 1.4: Ảnh MOD15A2 Số lớp sản phẩm 6 khu vực Tây Nguyên Sản phẩm của chỉ số. .. dữ liệu như AmeriFlux, LAI, độ ẩm đất trong mô hình CASA ở phạm vi khu vực Kết quả ước tính ET ở độ phân giải 1km có giá trị từ 110mm/năm ở những khu vực đất cằn cỗi và có lớp thực phủ thưa đến 840mm/năm ở những khu vực rừng thường xanh và rụng lá Dưới đây là phương trình tính toán ET: (Jin et al 2011) Sử dụng mô hình tính toán ET toàn cầu (hình 2) để tính toán ET cho khu vực nghiên cứu Dữ liệu MODIS. .. tách các băng khác nhau từ ảnh tải về Điểm chung của Modis Terra và Modis Aqua là có ảnh ở Level 0, Level 1A, 1B các dữ liệu chưa được sử lý theo chuyên đề nên ta có thể sử dụng và xử lý theo mục đích sử dụng Hình 1.3 Ảnh vệ tinh MODIS tổ hợp 8 ngày tháng 12 năm 2012 khu vực Tây Nguyên 9 1.1.3 Một số sản phẩm từ ảnh MODIS Ảnh MODIS mức độ 1 và các sản phẩm khí quyển, phân phối bởi: L1 and Atmosphere Archive... quan rất phù hợp cho công tác giám sát lớp phủ và phát triển của rừng Đây là ưu điểm vượt trội của dữ liệu này so với ảnh vệ tinh độ phân giải cao 1.2 Sự bốc hơi nước Bốc hơi nước là một quá trình nước chuyển từ thể lỏng sang thể hơi hoặc khí Bốc hơi nước là đoạn đường đầu tiên trong vòng tuần hoàn mà nước chuyển từ thể lỏng thành hơi nước trong khí quyển Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các đại dương,... được sử dụng trong nghiên cứu được hiệu chỉnh từ phương trình P-M được tác giả Mu và cộng sự áp dụng trong một nghiên cứu khác (Mu et al 2007) Trong trường hợp nghiên cứu thứ nhất nhóm tác giả đưa ra mô hình tính ET độc lập trong điều kiện ảnh MODIS không mây với các đầu vào như hiện trạng lớp phủ và dữ liệu khí quyển được chiết tách từ dữ liệu MODIS Trường hợp hai sử dụng dữ liệu MODIS và MM5 của hệ... của ảnh MODIS Ảnh MODIS được phân phối dưới nhiều mức độ xử lý khác nhau, hầu hết là miễn phí Mức độ này được chia thành: 0, 1A, 1B, 2, 2G, 3 và 4 Ảnh 0 và 1A là ảnh gốc, chưa được hiệu chỉnh địa lý và khí quyển, ảnh 1B đã được hiệu chỉnh địa lý, ở dạng gí trị số DN Ảnh ở mức độ 2 trở lên hầu hết đã được hiệu chỉnh khí quyển, người dùng 8 có thể tải trực tiếp, sử dụng công cụ thích hợp để nắn chỉnh... chuyển của các lớp không khí xung quanh một cây tăng lên làm cho bốc hơi cũng tăng cao Loại cây: Loại cây khác nhau sẽ thoát hơi nước với tốc độ khác nhau Các loại cây sống trong vùng khô cằn thì thoát hơi ít hơn các loại cây khác Ví dụ cây xương rồng để giữ lại lượng nước quý báu bằng cách giảm bớt sự thoát hơi hơn các cây trông khác 23 1.3 Cơ sở ứng dụng ảnh MODIS trong tính toán chỉ số bốc hơi 1.3.1