TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009 Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐÔ THỊ BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT Trần Thị Vân(1), Hoàng Thái Lan(2), Lê Văn Trung (3) (1) Viện Môi trường Tài nguyên, ĐHQG-HCM (2) Viện Vật lý Tp.HCM, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam (3) Trường Đại học Bách khoa, ĐHQG-HCM (Bài nhận ngày 23 tháng 09 năm 2008, hoàn chỉnh sửa chữa ngày 26 tháng 02 năm 2009) TÓM TẮT: Viễn thám hồng ngoại nhiệt đo lường xạ bề mặt trái đất giúp ta khôi phục giá trị nhiệt độ bề mặt toàn vùng nghiên cứu theo pixel Bài báo trình bày kết nghiên cứu phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt cho đô thị TP.HCM, có tính đến việc hiệu chỉnh kết tính toán thông qua việc xác định độ phát xạ bề mặt từ phương pháp NDVI Phương pháp cho đồ phân bố nhiệt độ bề mặt có độ phân giải cao tính trực tiếp từ kênh nhiệt Nghiên cứu thử nghiệm thực dòng ảnh vệ tinh Landsat Aster có kênh hồng ngoại nhiệt với độ phân giải không gian trung bình, thích hợp cho nghiên cứu trình nhiệt khu đô thị Kết tính toán đối sánh với số liệu đo thực tế 10 điểm quan trắc nhiệt độ phân tích sai số theo nhiều phương pháp khác để chứng minh tính ưu việt phương pháp điều kiện thực tế khu vực nghiên cứu nói riêng Việt Nam nói chung Kết nghiên cứu đóng góp hướng tiếp cận giải vấn đề xác định yếu tố khí tượng liên quan đến trình nhiệt nghiên cứu biến đổi khí hậu Từ khoá: Độ phát xạ, NDVI, nhiệt độ bề mặt, viễn thám nhiệt GIỚI THIỆU Nhiệt độ bề mặt đất biến quan trọng nhiều tính toán ứng dụng khí hậu, thủy văn, nông nghiệp, sinh địa hóa nghiên cứu biến Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang Trang Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009 Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 động môi trường Nó yếu tố thị cân lượng bề mặt trái đất Nhiệt độ bề mặt đất bị ảnh hưởng mạnh mẽ khả bề mặt phát xạ, tức độ phát xạ bề mặt Vì vậy, biết rõ độ phát xạ bề mặt điều định để ước tính cân xạ bề mặt trái đất Bức xạ nhiệt từ bề mặt phụ thuộc vào yếu tố: (1) nhiệt độ bề mặt, thị tình trạng nhiệt động lực gây nên cân nhiệt thông lượng khí quyển, bề mặt lớp đất mặt phụ; (2) độ phát xạ bề mặt, hiệu suất bề mặt để truyền dẫn lượng xạ sinh đất vào khí Nó phụ thuộc vào thành phần, độ nhám bề mặt tham số vật lý bề mặt độ ẩm đất Vì vậy, để ước tính định lượng nhiệt độ bề mặt, cần phải tách hiệu ứng nhiệt độ độ phát xạ xạ quan sát Viễn thám thụ động đo lường xạ phát từ bề mặt trái đất pixel phụ thuộc vào trường nhìn tức thời cảm biến (IFOV) đặt vệ tinh Vùng bước sóng điện từ 335μm thường gọi vùng hồng ngoại viễn thám mặt đất Dải quang phổ điện từ cho phép thu nhận xạ ước tính nhiệt độ bề mặt, đặc biệt cửa sổ khí từ 814μm Các cảm biến thu nhận ảnh có chứa kênh hồng ngoại nhiệt kể đến AVHRR (trên vệ tinh NOAA), MVIRI (Meteosat), AATSR (ENVISAT), MODIS (TERRA) với độ phân giải thấp từ 1km trở lên Trong nghiên cứu đô thị thường yêu cầu độ phân giải cao hơn, có ảnh vệ tinh thu nhận từ cảm biến LANDSAT: TM có độ phân giải kênh nhiệt 120m, EMT+ - 60m; ASTER độ phân giải không gian 90m; TIMS độ phân giải 18m; ATLAS độ phân giải 10m Trong đó, ảnh TIMS ATLAS thu nhận từ vệ tinh nhỏ phục vụ cho nghiên cứu địa phương Ảnh hồng ngoại nhiệt Landsat Aster mặc Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang Trang Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009 Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 dù có độ phân giải thấp lại có quỹ đạo bay chụp toàn cầu tư liệu lưu trữ lâu dài, thích hợp cho nhiều nghiên cứu ứng dụng, đặc biệt nghiên cứu lịch sử Ứng dụng viễn thám hồng ngoại nhiệt (viễn thám nhiệt) nghiên cứu ước tính nhiệt độ bề mặt đô thị có tính ưu việt đặc biệt mức độ chi tiết kết thể toàn vùng, số đo điểm quan trắc phương pháp đo đạc truyền thống từ trạm quan trắc khí tượng Bài báo trình bày kết nghiên cứu phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt đối tượng cấp đô thị (sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT ASTER) có tính đến yếu tố phát xạ hiệu chỉnh kết tính toán với quy trình tính toán áp dụng cho ảnh vệ tinh không phụ thuộc vào số lượng kênh nhiệt tăng cường độ phân giải ảnh kết Đồng thời kết nghiên cứu kiểm chứng với số đo quan trắc nhiệt độ bề mặt thực tế để đánh giá độ xác 2.CƠ SỞ THUYẾT LÝ Bức xạ Mặt Trời qua khí ảnh hưởng lên điều kiện khí tượng cách truyền lượng vào không khí trái đất Vật đen dùng để nghiên cứu xạ Đó vật lý tưởng hấp thụ hoàn toàn phát xạ toàn lượng đạt tới Thực tế tồn vật thể tự nhiên (vật xám) với khả phát xạ vật thể tự nhiên có giá trị khoảng 0-1 Năng lượng xạ trái đất hàm số hai thông số: nhiệt độ độ phát xạ Nếu vật tự nhiên vật đen có nhiệt độ bề mặt vật tự nhiên phát xạ vật đen Vùng bước sóng điện từ 3-35μm thường gọi vùng hồng ngoại viễn thám mặt đất Trong vùng này, xạ phát Trái Đất lớn nhiều so với xạ phản xạ Mặt Trời, viễn thám vùng dùng để khôi phục giá trị nhiệt độ bề mặt đất Các cảm biến vận hành chủ yếu phát đặc tính xạ nhiệt vật liệu mặt đất Tuy nhiên, kênh phổ hữu ích bị hạn chế cường độ xạ phát cửa sổ khí Cửa sổ khí tốt 8-14μm [10] có hấp thụ vật chất khí thấp [13] Phần lớn lượng bề mặt đất cảm biến nhiệt thu nhận dải bước sóng 10.5-12.5 µm, dùng để ước tính nhiệt độ bề mặt đất trình Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang Trang Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009 Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 nhiệt khác [12], [10], [4] Viễn thám hồng ngoại nhiệt thu nhận liệu cửa sổ 3-5μm 8-14μm nói chung bị động, nghĩa là, cảm biến thu thập liệu theo xạ phát cách tự nhiên Các kỹ thuật chủ động triển khai búp sóng laser bước sóng đơn sắc (gọi radar lazer LIDAR) phát triển gần Bức xạ hồng ngoại nhiệt dải 8-14μm phát từ bề mặt tương quan với nhiệt độ động độ phát xạ bề mặt Tuy nhiên, có hai vấn đề cần phải giải để đạt nhiệt độ độ phát xạ bề mặt từ liệu hồng ngoại nhiệt Thứ nhất, xạ đo cảm biến bị ảnh hưởng khí từ trình hấp thụ phát xạ lại khí, chủ yếu nước vùng hồng ngoại phổ điện từ Vì vậy, để đạt nhiệt độ bề mặt, cần phải hiệu chỉnh khí qua việc sử dụng mô hình truyền xạ Thứ hai, chất không xác định số đo nhiệt độ độ phát xạ Nếu xạ nhiệt đo N kênh, có N+1 tham số gồm N lớp độ phát xạ (đối với N kênh) lớp nhiệt độ bề mặt Ước tính độ phát xạ nhiệt độ liệu hồng ngoại nhiệt đa phổ cần giả thiết bổ sung để giải biến không xác định [16], [11] Các giả thiết thường liên quan đến đo đạc độ phát xạ phòng thí nghiệm thực tế Giá trị xạ thu nhận dải hồng ngoại nhiệt phổ điện từ cảm biến vệ tinh gồm thành phần: (1) phát xạ bề mặt truyền qua khí (τεBλ); (2) xạ hướng phát khí phản xạ bề mặt truyền qua khí đến cảm Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang Trang Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009 Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 (τ(1-ε)Lλ↓) (3) phát xạ từ khí truyền qua khí điểm phát xạ (Lλ↑) Minh họa điều qua phương trình truyền xạ sau: Lsensor, λ = τ [ε Bλ + (1 - ε) Lλ↓] + Lλ↑(1) Trong đó, τ ε độ truyền qua độ phát xạ Thành phần (2) (3) phụ thuộc vào điều kiện khí Các thông số thường đo đạc đồng thời lúc thu nhận ảnh từ vệ tinh, dùng để hiệu chỉnh khí cho toán liên quan mô MODTRAN, ATCOR Thực tế số đo điều kiện khí không sẵn có, việc hiệu chỉnh khí cho việc khôi phục lại số đo mặt đất việc khó khăn vùng vào thời điểm thường bỏ qua số nghiên cứu ứng dụng Trong công thức (1), xạ bề mặt đất Rλ đo kênh bước sóng λ gồm hai thành phần: Rλ = ε Bλ + (1 - ε) Lλ↓(2) Do nhiệt độ khí thường thấp nhiệt độ mặt đất nên phần mặt đất hấp thụ xạ phát từ khí ((1 - ε) Lλ↓) thường nhỏ so với phần phát xạ mặt đất Thực tế tính toán, bề mặt tự nhiên, xạ bề mặt biểu diễn gần sau: [9]: Rλ = ε Bλ(3) 3.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU T Mỗi loại cảm biến nhiệt thiết kế với sứ mạng riêng mình, có loại có kênh nhiệt (bộ cảm biến Landsat TM ETM+), có loại có từ hai đến nhiều kênh (bộ cảm biến Aster có kênh nhiệt) Chọn lựa phương pháp xác định nhiệt độ độ phát xạ bề mặt cho phù hợp đồng thời với liệu vệ tinh (chỉ chứa kênh nhiệt nhiều hơn) yêu cầu nghiên cứu nhằm đơn giản hoá việc tính toán áp dụng cho tất loại liệu vệ tinh cho khu vực khác Xác định nhiệt độ Trong viễn thám hồng ngoại nhiệt, nhiệt độ xạ (TR) định nghĩa nhiệt độ tương đương vật đen truyền lượng xạ thu từ vật thực tế phụ thuộc vào nhiệt độ động lực bề mặt thực (TK) độ phát xạ Trường hợp vật đen, tổng lượng xạ phát biểu diễn theo định luật Stefan-Bolzman sau: = σT B = εσT (4) R K Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang Trang Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM S TẠP CHÍ PHÁT TRIỂN KH&CN, TẬP 12, SỐ 04 - 2009 Science & Technology Development, Vol 12, No.04 - 2009 uy ra: T = ε (5) Như vậy, nhiệt độ xạ vật tự nhiên nhỏ nhiệt độ xạ vật đen nhiệt độ Điều cho thấy nhiệt độ đo phương pháp viễn thám nhỏ ε R K nhiệt độ động lực bề mặt tương đương hệ số ¼ [10] Nhiệt độ xạ đo cảm biến vệ tinh nhiệt độ xạ gọiluật nhiệt độ sáng vật đen tuyệt đối (với ε=1) xác định theocòn định Planck: K + 1⎟ TB = (6) ⎞ ⎜ ⎛ K ln B ⎝ λ ⎠ Trong đó, Bλ - xạ vật đen tuyệt đối (Wm-2μm-1); K1 = 2πhc2/λ5; K2= hc/kλ; h - số Planck (6,62x10-34 Js); c - vận tốc ánh sáng -1 (3x10 ms ); k - số Boltzman (1,38x10-23 JK-1); λ - bước sóng trung tâm (μm) Nhiệt độ bề mặt (hay nhiệt độ động bề mặt) nhiệt vật thể đo nhiệt kế Công thức (5) cho thấy nhiệt độ xạ nhiệt độ bề mặt có mối Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM Trang Trang Bản quyền thuộc ĐHQG-HCM tương quan qua độ phát xạ ε Nếu đo tổng xạ phát từ mặt đất đo nhiệt độ xạ số liệu dùng để tính nhiệt độ mặt đất sau: 1 (7) TS = TB ε Nhiệt độ bề mặt bị ảnh hưởng chủ yếu xạ mặt trời Độ xác ước tính nhiệt độ bề mặt từ liệu viễn thám nhiệt phụ thuộc vào yếu tố: khí quyển, tương tác bề mặt khí quyển, độ phát xạ vật thể độ phân giải ảnh Nhiệt độ bề mặt đo lường từ viễn thám nhiệt bị ảnh hưởng hỗn hợp yếu tố pixel, xảy có nhiều vật thể tồn bên trường nhìn cảm biến (FOV) Vì vậy, để so sánh nhiệt độ đo từ viễn thám nhiệt với số đo thực mặt đất, cần phải chọn lựa khu vực đối tượng lớn kích thước pixel Xác định độ phát xạ Độ phát xạ (ε) tỷ số lượng phát xạ từ bề mặt tự nhiên lượng phát xạ từ vật thể đen bước sóng nhiệt độ (xem công thức 3) Nhiệt độ độ phát xạ luôn hai biến cần xác định phương pháp viễn thám, phương pháp thường phát triển tính toán đồng thời giá trị hai biến Tuy nhiên, tính chất phức tạp không xác định, nên toán giải N+1 ẩn số không giải với độ xác tính tổng quát đầy đủ Tuy nhiên, độ phát xạ bề mặt biến thay đổi theo thời gian không gian so với nhiệt độ bề mặt, ta thường xác định độ phát xạ bề mặt trước tính toán nhiệt độ bề mặt Có nhiều phương pháp tính độ phát xạ bề mặt từ liệu cảm biến vệ tinh hành Một số phương pháp giả thiết ban đầu độ phát xạ số (ví dụ phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NEM, NOR) nhiệt độ số (phương pháp tỷ số phổ), lúc biến tính biến số giả thiết tính lại tiếp sau Một số phương pháp bỏ qua khái niệm phản xạ bề mặt yêu cầu biết trước thông tin bề mặt phương pháp NDVI [5] Phương pháp dựa NDVI hữu ích biết trước độ phát xạ đất trống thực vật cấu trúc phân bố thực vật Ước tính độ phát xạ bề mặt từ kênh khả kiến cận hồng ngoại theo phương pháp NDVI có ưu điểm chính: (1) cảm biến vệ tinh thường cung cấp độ phân giải không gian cao kênh khả kiến cận hồng ngoại so với kênh nhiệt, đồ độ phát xạ thu có độ phân giải không gian cao so với phương pháp tính trực tiếp từ kênh nhiệt; (2) phương pháp NDVI ứng dụng cho cảm biến nào, không phụ thuộc vào số lượng kênh nhiệt; (3) trình tự tính toán đơn giản hiệu chỉnh khí phức tạp Các pixel đại diện bề mặt đất thường pixel hỗn hợp chứa thực vật đất tùy thuộc vào độ phân giải ảnh vệ tinh Độ phát xạ hiệu pixel ước tính cách cộng lại phần đóng góp độ phát xạ thực vật độ phát xạ đất chứa Van de Griend Owe (1993) [17] thực thí nghiệm đo đạc trực tiếp độ phát xạ phản xạ phổ dải khả kiến cận hồng ngoại để tính NDVI tìm mối quan hệ thực nghiệm độ phát xạ NDVI sau: ε = a + b.ln(NDVI) (8) với a = 1.0094 b = 0.047 Quan hệ thực thi khu vực có đặc tính đồng Valor Caselles (1996) [16] đưa mô hình tương tự dựa NDVI ứng dụng cho khu vực không đồng với nhiều kiểu đất, thực vật thực phủ thay đổi Theo mô hình này, độ phát xạ hiệu bề mặt không đồng định nghĩa tổng độ phát xạ thành phần đơn giản nó: ε = εv Pv + εs (1 – Pv) (9) Trong đó, εv εs độ phát xạ thực vật đất tinh khiết, nghĩa vòng pixel đại diện thực vật đất, pha trộn Pv tỷ lệ hay hợp phần diện thực vật pixel, giá trị từ (đối với đất trống) đến (đối với đất phủ đầy thực vật) Do Pv tính theo NDVI tương quan với ngưỡng giá trị NDVIs đất trống NDVIv đất phủ đầy thực vật NDVI xác định theo tỷ số giá trị phản xạ kênh đỏ thuộc dải khả kiến cận hồng ngoại ((red-NIR)/(red+NIR)) Pv xác định theo công thức tỷ số [3] sau: P = ⎛ ⎜NDVI − NDVI s ⎞ v NDVI − NDVI ⎟ (10) s v ⎠ Việc xác định độ phát xạ theo phương pháp NDVI yêu cầu phải biết trước độ phát xạ đất thực vật Hầu hết nghiên cứu trước lấy số liệu độ phát xạ từ văn liệu sẵn có qua đo đạc thực nghiệm mẫu đại điện Điều dễ dẫn đến sai số khu vực bề mặt có đặc trưng vật lý khác nhau, cần thiết phải xác định riêng cho khu vực Trong nghiên cứu này, tác giả thử nghiệm khu vực TPHCM với nhiều vùng mẫu thực vật đất trống với kích thước lớn nhiều giá trị pixel để xác định độ phát xạ đất thực vật phần trăm lớp phủ thực vật Pv, cung cấp đầu vào phương pháp Valor Caselles để xác định độ phát xạ cho pixel khu vực nghiên cứu Sơ đồ thực xem hình ⎝ 4.THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Khu vực nghiên cứu chọn TP.HCM có cấu tạo địa hình thấp dần từ Bắc xuống Nam với công trình xây dựng tập trung khu tiến dần lên phía Bắc Dữ liệu viễn thám sử dụng ảnh vệ tinh LANDSAT ETM+ ASTER, có: kênh nhiệt bên cạnh kênh khả kiến kênh hồng ngoại, độ phân giải không gian trung bình thích hợp cho nhiều nghiên cứu cấp địa phương (tỉnh, thành) giá tương đối rẻ Hai ảnh chọn vào thời điểm mùa khô, mây: ảnh Landsat chụp ngày 13-02-2002 Aster chụp ngày 25-12-2006 (Hình 2) Ảnh Landsat có kênh nhiệt dải phổ 10.412.5μm dùng tính toán Ảnh Aster gồm kênh nhiệt từ 8.12511.65μm, kênh cuối 13 14 có dải phổ 10.25-11.65μm Phần lớn lượng bề mặt đất cảm biến nhiệt thu nhận dải bước sóng 10.5-12.5 µm, dùng để ước tính nhiệt độ bề mặt đất trình nhiệt khác [12], [10], [4] Do đó, kênh nhiệt 13 14 ảnh Aster dùng tính toán Ảnh vệ tinh Hiệu chỉnh xạ, tính chuyển từ DN sang B λ Kênh hồng ngoại nhiệt Kênh khả kiến hồng ngoại Chuyển xạ vệ tinh phản xạ vệ tinh Chuyển xạ bề mặt qua phép Hiệu chỉnh khí ISAC Chuyển phản xạ bề mặt qua phép Hiệu chỉnh khí DOS Hiệu chỉnh hình học Tính NDVI Xác định NDVI NDVI V, Tính nhiệt độ sáng T S Độ phát xạ thực vật ε đất trống ε B (K) v S Hợp phần thực vật (P ) V Độ phát xạ ε pixel ảnh Nhiệt độ bề mặt T (K) S Nhiệt độ bề mặt T chuyển C o S Hình 1: Quy trình xác định nhiệt độ độ phát xạ bề mặt LANDSAT 13-02-2002 25-12-2006 ASTER Hình Ảnh tổ hợp màu giả khu vực nghiên cứu Tính giá trị xạ Ở bước tiền xử lý ảnh, việc hiệu chỉnh xạ điều cần thiết kênh nhiệt để chuyển đổi giá trị số nguyên (DN) không đơn vị sang giá trị thực xạ (Bλ) với đơn vị Wm-2μm-1 Mỗi cảm biến có tham số tính chuyển khác nhau: Đối với ảnh Landsat: Bλ = g * DN + b(11) Đối với ảnh Aster:Bλ = (DN – 1) * R (12) Trong đó, g, b, R hệ số chuyển đổi đơn vị thường cung cấp sẵn loại cảm biến (Bảng 1) Bảng Các hệ số chuyển đổi đơn vị liệu Landsat ETM+ Aster (Nguồn: [15], [1]) LANDSAT ETM+ Kênh g b R AST ER Kênh 1.176078 -6.20 Kên h1 1.688 0.0417 1.205098 -6.40 1.415 0.0318 0.938824 -5.00 0.965490 -5.10 01 6.882 x 1036.780 x 10- 0.190471 -1.00 N B4 0.862 0.2174 0.066824 0.00 0.0696 11 21 36.590 x 1035.693 x 10- 0.066235 -0.35 0.0625 0.971765 -4.70 0.0597 31 35.225 x 103 0.862 R Các kênh khả kiến cận hồng ngoại tiếp tục chuyển sang giá trị phản xạ đưa phản xạ bề mặt qua phép hiệu chỉnh khí từ phương pháp ”Trừ đối tượng đen” (DOS – Dark Object Subtract) Phương pháp dựa vào điều kiện ảnh, đối tượng đen ước tính từ giá trị thấp histogram trích dẫn từ kênh Phương pháp dùng để hiệu chỉnh khí cho kênh nhiệt dải phổ từ - 14μm dùng nghiên cứu ”Bù trừ hiệu ứng khí ảnh” (ISAC - In-Scene Atmospheric Compensation) Giải thuật giả thiết thay đổi tham số khí toàn ảnh bề mặt gần với vật đen tuyệt đối tồn bên ảnh Giả thiết thành phần hướng xuống xạ bị phản xạ [7] Tiếp theo bước hiệu chỉnh hình học Ở bước tất kênh loại ảnh đưa độ phân giải kênh đỏ, ảnh Landsat 30m, ảnh Aster 15m, để tính giá trị NDVI Tính độ phát xạ Mỗi vật thể phát xạ riêng tùy theo khả hấp thụ nó, giá trị độ phát xạ vật thể khác khác Tuy nhiên, ảnh vệ tinh đối tượng bề mặt đất cảm nhận theo pixel có kích thước liên quan đến độ phân giải ảnh Vì vậy, pixel ảnh thường hỗn hợp hai vài đối tượng bên trong, lúc giá trị độ phát xạ hỗn hợp đối tượng hợp lại NDVI xác định cho đất trống đất phủ đầy thực vật ảnh Landsat 2002 0.107 0.676 tương ứng độ phát xạ εs=0.904 εv=0.991; ảnh Aster 2006 0.106 – 0.725, tương ứng εs=0.904 εv=0.994 Độ phát xạ có liên quan đến tình trạng lớp phủ mặt đất tỷ lệ thuận với sinh khối thực vật, kết thể hình 3b ảnh Aster 2006 cho thấy khu vực có thực vật thường có giá trị phát xạ cao 0.92, đặc biệt vùng phủ đầy thực vật độ phát xạ đạt 0.95, vùng đất nông nghiệp có mật độ xanh cao khu công viên xanh Những khu vực đất trống, đô thị, khu xây dựng thường có giá trị độ phát xạ thấp (khoảng 0.90 – 0.91) Mặt nước sông hồ có giá trị khoảng 0.91 nước hàm lượng thực vật lơ lửng, ngược lại mặt nước có hàm lượng thực vật lơ lửng cao độ phát xạ đạt đến 0.92 Tương tự ảnh Landsat năm 2002 (hình 3a) cho thấy độ phát xạ vùng đất nông nghiệp khu vực có phủ xanh thường lớn 0.92 đến 0.95 gần tùy vào mật độ phủ đến nhiều Đất đô thị khu xây dựng, đất trống có độ phát xạ khoảng 0.90-0.91 Các vùng nước sông hồ có hàm lượng thực vật lơ lửng cao nên độ phát xạ có giá trị khoảng từ 0.92– 0.95 gần thực vật Tính nhiệt độ bề mặt đất Nhiệt độ ước tính từ kênh nhiệt cảm biến Đối với Landsat có kênh nhiệt kênh Aster có kênh nhiệt, kênh cho giá trị nhiệt độ khác nhau, nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cực đại thường xảy dải bước sóng 10 12μm [6], vậy, ảnh ASTER nhiệt độ tính từ hai kênh 13 14, giá trị cực đại từ kênh nhiệt độ bề mặt kết Hình biểu diễn phân bố nhiệt độ bề mặt khu vực TP.HCM ảnh Landsat Aster Kết thống kê cho thấy nhiệt độ cao 40oC khu công nghiệp tập trung, nhiệt độ từ 36oC đến 40oC thường tập trung khu đô thị, khu vực dân cư thiếu xây xanh với mật độ xanh thưa thớt hay khu vực đất trống khô Do tính chất vật liệu bề mặt (bêtông, đá, nhựa đường…) nơi mang tính dẫn nhiệt cao, hấp thu nhiệt tốt nhanh, trình bốc thoát nước lại bề mặt không thấm, nên thông lượng hiển nhiệt luôn cao so với vùng có xanh hay đất ẩm ướt Đặc biệt, kết cho thấy vùng có mây với nhân nhiệt độ thường thấp [...]... điều kiện thực tế ở Việt Nam 2 Nhiệt độ được xác định cho từng khu vực tương ứng với kích thước của pixel và cho bức tranh phân bố nhiệt độ toàn thể khu vực nghiên cứu 3 Số đo nhiệt độ bề mặt thực tế của từng điểm quan trắc chắc chắn sẽ khác biệt so với số đo tính từ phương pháp viễn thám Điều này lý giải bởi độ phân giải của ảnh vệ tinh, cụ thể các bộ cảm biến viễn thám cảm nhận vật thể trong một... khoảng 30 phút đó mặt đất đã được đốt nóng thêm một lượng nhiệt khiến cho nhiệt độ bề mặt lúc này sẽ cao hơn so với nhiệt độ bề mặt trước đó 30 phút Thứ hai, có thể do xu hướng ngày càng nóng ấm bởi tiến trình đô thị hóa và công nghiệp hóa, đã làm tăng diện tích bề mặt không thấm, hấp thu nhiều năng lượng mặt trời cùng các hoạt động thải nhiệt của con người từ các quá trình sản xuất, hoạt động giao thông... góp phần làm tăng nhiệt độ bề mặt của khu vực Nhìn chung, phân bố nhiệt độ bề mặt trên 2 ảnh tập trung nền nhiệt độ cao ở các quận nội thành và quận huyện phía Bắc Phần rừng ngập mặn phía Nam ở huyện Cần Giờ và các khu vực cây xanh đất nông nghiệp còn lại có nền nhiệt độ thấp hơn Kết quả phân bố này cho biết thông tin giữa nhiệt độ bề mặt và lớp phủ thực vật trên một khu vực nghiên cứu có mối quan hệ... một khu vực nghiên cứu có mối quan hệ không gian với nhau thông qua các đặc tính nhiệt của vật chất Do đó, sản phẩm kết quả nhiệt độ bề mặt từ dữ liệu viễn thám sẽ hữu ích cho việc phát hiện thực phủ cũng như đánh giá biến động trong nghiên cứu đô thị hoá qua đặc tính các bề mặt không thấm o Bảng 2 Thống kê nhiệt độ bề mặt tính từ ảnh vệ tinh ( C) Bộ cảm biến LANDSAT ETM+ ngày 13-02-2002 ASTER ngày... phương pháp của đề tài có tính đến hiệu chỉnh độ phát xạ theo NDVI, độ lệch khoảng 2oC và sai số khoảng 5.42% Phương pháp tính nhiệt độ theo AC có độ lệch cao hơn một ít so với phương pháp của đề tài Riêng trường hợp chỉ dừng tính toán đến nhiệt độ sáng (không hiệu chỉnh theo độ phát xạ bề mặt) cho kết quả sai lệch lớn đáng kể Đây là trường hợp xấu nhất, nếu chỉ để xem xét tổng thể khu vực nghiên cứu. .. Do đó, thường thì các nghiên cứu đơn giản bỏ qua giai đoạn tính toán độ phát xạ và lúc đó chỉ dừng việc tính nhiệt độ bức xạ trên vệ tinh (nhiệt độ sáng) hoặc giả thiết độ phát xạ là một hằng số Điều này dễ dẫn đến kết quả khác biệt nhiều so với thực tế, trong khi đó độ chính xác đo lường nhiệt độ bề mặt liên quan trực tiếp đến độ chính xác tính độ phát xạ của đối tượng Tính độ phát xạ từ các kênh... phù hợp với từng khu vực nghiên cứu cụ thể, không phải phụ thuộc vào các thư viện phổ cho sẵn hoặc phải tham khảo từ các văn liệu nghiên cứu trước đây B Về phương pháp ước tính nhiệt độ bề mặt trong kết quả nghiên cứu này phản ánh: 1 Kết quả của đề tài ước tính giá trị nhiệt độ bề mặt với độ lệch so với số đo thực tế trong vòng 2oC với quy trình tính toán đơn giản sẽ là giải pháp tối ưu trong điều kiện... kênh sẽ cho giá trị nhiệt độ khác nhau, tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho thấy, nhiệt độ cực đại thường xảy ra trong dải bước sóng 10 12μm [6], vì vậy, đối với ảnh ASTER nhiệt độ được tính từ hai kênh 13 và 14, giá trị cực đại từ 2 kênh sẽ là nhiệt độ bề mặt kết quả Hình 4 biểu diễn phân bố nhiệt độ bề mặt của khu vực TP.HCM trên 2 ảnh Landsat và Aster Kết quả thống kê cho thấy nhiệt độ cao hơn 40oC là... Aster Vì vậy, qua kết quả này, phương pháp tính nhiệt độ có hiệu chỉnh độ phát xạ từ NDVI của đề tài sẽ là giải pháp tối ưu trong điều kiện thực tế của Việt Nam Phương pháp tính ε Không tính ε NDVI AC NOR TES – AST08 5.KẾT LUẬN Viễn thám nhiệt là một kênh thông tin khá hữu ích trong các nghiên cứu về tài nguyên môi trường, khí hậu, cảnh quan và trong các nghiên cứu về đô thị Đặc biệt, đây là một “tài... nguyên thông tin” quý giá trong những nghiên cứu về sự thay đổi của các đặc tính vật lý của môi trường đất - khí quyển xung quanh, trong bối cảnh bức xúc về biến đổi khí hậu toàn cầu Các kết quả nghiên cứu của đề tài đã cho thấy: A Độ phát xạ bề mặt thu nhận từ viễn thám được khôi phục lại là một điều thử thách vì tính chất gồ ghề của bề mặt đất, đặc biệt là bề mặt đô thị và khó khăn trong việc loại bỏ ... Như vậy, nhiệt độ xạ vật tự nhiên nhỏ nhiệt độ xạ vật đen nhiệt độ Điều cho thấy nhiệt độ đo phương pháp viễn thám nhỏ ε R K nhiệt độ động lực bề mặt tương đương hệ số ¼ [10] Nhiệt độ xạ đo cảm... cân xạ bề mặt trái đất Bức xạ nhiệt từ bề mặt phụ thuộc vào yếu tố: (1) nhiệt độ bề mặt, thị tình trạng nhiệt động lực gây nên cân nhiệt thông lượng khí quyển, bề mặt lớp đất mặt phụ; (2) độ phát... vực khác Xác định nhiệt độ Trong viễn thám hồng ngoại nhiệt, nhiệt độ xạ (TR) định nghĩa nhiệt độ tương đương vật đen truyền lượng xạ thu từ vật thực tế phụ thuộc vào nhiệt độ động lực bề mặt thực