ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Hoàng Hiệp NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT LỚP PHỦ HUYỆN CAO PHONG, TỈNH HỊA BÌNH NĂM 2016 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Hoàng Hiệp NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐẶC ĐIỂM NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT LỚP PHỦ HUYỆN CAO PHONG, TỈNH HỊA BÌNH NĂM 2016 BẰNG PHƯƠNG PHÁP VIỄN THÁM NHIỆT Chuyên ngành: Bản đồ - Viễn thám - GIS Mã số: 60440214 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô khoa Địa lý, trường đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN đặc biệt thầy cô môn Bản đồ - Viễn thám Các thầy cô không trang bị cho em kiến thức chuyên ngành quý báu mà tạo điều kiện tốt cho chúng em rèn luyện suốt thời gian học tập trường Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn chân thành biết ơn sâu sắc tới PSG.TS Nguyễn Ngọc Thạch - người thầy ln tận tình hướng dẫn, khích lệ, động viên giúp đỡ em suốt thời gian học tập khoa Địa lý Em xin cảm ơn đề tài cấp Nhà nước thuộc Chương trình Khoa học cơng nghệ trọng điểm “Nghiên cứu xây dựng mơ hình hệ thống dự báo thời tiết tiểu vùng cảnh báo nguy lũ quét, cháy rừng sâu bệnh nông nghiệp cấp huyện vùng Tây Bắc”, mã số: KHCN-TB.13C/13-18 PGS.TS Nguyễn Ngọc Thạch làm chủ nhiệm định hướng nghiên cứu tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, người ln đồng hành em suốt quãng đời sinh viên ln giúp đỡ em vượt qua khó khăn hoàn thành luận văn Học viên Nguyễn Hoàng Hiệp i MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Nhiệm vụ mục tiêu nghiên cứu 3 Cơ sở liệu phạm vi nghiên cứu 4 Ý nghĩa đề tài Cấu trúc luận văn Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Viễn thám hồng ngoại nhiệt: sở khoa học ứng dụng 1.1.1 Nguyên lý xạ nhiệt vật chất 1.1.2 Các ảnh hưởng khí tới việc quét tạo ảnh hồng ngoại 10 1.1.3 Đặc điểm ảnh hồng ngoại nhiệt 12 1.1.4 Phân tích ảnh quét nhiệt 15 1.1.5 Đặc điểm số tư liệu viễn thám nhiệt 16 1.1.6 Ứng dụng viễn thám hồng ngoại nhiệt 18 1.2 Nhiệt độ bề mặt đất (Land surface temperture - LST) 22 1.3 Đảo nhiệt 24 1.4 Phương pháp nghiên cứu 24 1.4.1 Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt có tính độ phát xạ từ phương pháp NDVI 26 1.4.2 Phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NOR (Emissivity Normalization Method) 30 Chƣơng 2: CÁC ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ KINH TẾ XÃ HỘI ẢNH HƢỞNG TỚI ĐẶC TÍNH NHIỆT CỦA HUYỆN CAO PHONG 32 2.1 Đặc điểm tự nhiên 32 2.1.1 Vị trí địa lí 32 2.1.2 Đặc điểm địa hình 33 2.1.3 Đặc điểm địa chất - địa mạo 34 2.1.4 Đặc điểm thổ nhưỡng 34 2.1.5 Đặc điểm khí hậu, thủy văn 36 2.2 Đặc điểm kinh tế xã hội 40 2.2.1 Đặc điểm dân cư - dân tộc 40 2.2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 41 ii Chƣơng 3: XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT, MỐI QUAN HỆ NHIỆT ĐỘ VỚI LỚP PHỦ HUYỆN CAO PHONG 43 3.1 Đánh giá hai phương pháp nghiên cứu: Phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NOR Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt có tính độ phát xạ từ phương pháp NDVI 43 3.1.1 Kết nghiên cứu phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt có tính độ phát xạ từ phương pháp NDVI (PP1) 45 3.1.2 Kết nghiên cứu phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NOR (PP2) 47 3.1.3 Đánh giá hai phương pháp trích lọc nhiệt độ bề mặt 47 3.2 Phân tích mối quan hệ nhiệt độ - lớp phủ 49 3.3 Xác định khu vực “đảo nhiệt” huyện Cao Phong 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 Kết luận 54 Kiến nghị 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 PHỤ LỤC 58 iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Sự phát xạ số đối tượng tự nhiên điển hình dải 8-14μm [5] Bảng 1.2 Các thông số hệ số nhiệt số vật chất [5] 12 Bảng 1.3 Độ phân giải mặt đất tâm (Nadir) độ rộng đường quét cho độ cao khác hệ quét đa phổ có góc 90o trường nhìn tổng 2,5 mili radian IFOV [5] 12 Bảng 1.4 Một số tư liệu viễn thám hồng ngoại nhiệt 16 Bảng 1.5 Giá trị ML , AL ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 27 Bảng 1.6 Giá trị K1, K2 ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT 27 Bảng 2.1 Thành phần loại đất khu vực nghiên cứu 36 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Đặc điểm phát xạ nhiệt vật chất Hình 1.2 Mơ hình nhiệt vật chất có khác biệt lớn nhiệt độ vật ngày đêm 10 Hình 1.3 Sự thay đổi phần tử phân dải mặt đất theo vận tốc thẳng 13 Hình 1.4 Biến dạng địa hình ảnh chụp ảnh quét đa phổ 14 Hình 1.5 Biến dạng ảnh quét gây yếu tố khác 14 Hình 1.6 Ảnh Landsat năm 2013 18 Hình 1.7 Ảnh Landsat năm 2015 18 Hình 1.8 Ảnh Landsat năm 2016 18 Hình 1.9 Sơ đồ quy trình tính giá trị nhiệt bề mặt phương pháp có tính độ phát xạ từ NDVI 30 Hình 1.10 Sơ đồ quy trình tính giá trị nhiệt bề mặt phương pháp chuẩn hóa độ pháp xạ NOR 31 Hình 2.1 Khu vực nghiên cứu 32 Hình 2.2 Bình đồ ảnh khu vực nghiên cứu 33 Hình 2.3 Mơ hình số độ cao huyện Cao Phong 34 Hình 2.4 Biểu đồ thể phần trăm diện tích thổ nhưỡng huyện Cao Phong 35 Hình 2.5 Bản đồ thổ nhưỡng huyện Cao Phong 35 Hình 2.6 Bản đồ lượng mưa mùa đông mùa hè 37 Hình 2.7 Bản đồ lượng mưa trung bình năm nhiệt độ tối cao năm 37 Hình 2.8 Bản đồ nhiệt độ tối cao trung bình tháng 37 Hình 2.9 Bản đồ nhiệt độ tối thấp trung bình tháng 38 Hình 2.10 Bản đồ nhiệt độ tối thấp nhiệt độ trung bình năm 38 Hình 2.11 Nhiệt độ trung bình năm huyện Cao Phong 39 Hình 2.12 Bản đồ tài nguyên nước mặt huyện Cao Phong 40 Hình 3.1 Ảnh Landsat ngày 10/02/2016 khu vực nghiên cứu, RGB: 4-3-2 44 Hình 3.2 Landsat ngày 01/6/2016 khu vực nghiên cứu - kênh 10 44 Hình 3.3 Kết tính tốn xạ (a: tháng 2, b: tháng 6) 45 Hình 3.4 Kết tính tốn nhiệt độ sáng (BT) 46 Hình 3.5 Kết tính tốn NDVI 46 Hình 3.6 Kết tính tốn độ phát xạ 46 Hình 3.7 Kết tính tốn nhiệt độ bề mặt theo PP1 46 Hình 3.8 Kết tính tốn nhiệt độ bề mặt theo PP2 47 Hình 3.9 Phân mức nhiệt độ bề mặt từ kết PP1 (ảnh tháng 6) 48 Hình 3.10 Phân mức nhiệt độ bề mặt từ kết PP2 (ảnh tháng 6) 48 Hình 3.11 Nhiệt độ khơng khí ngày 01/6/2016 khu vực huyện Cao Phong 48 Hình 3.12 Phân cấp nhiệt độ bề mặt 50 Hình 3.13 Lớp phủ bề mặt Cao Phong 50 Hình 3.14 Biểu đồ mối quan hệ Nhiệt độ - lớp phủ 50 Hình 3.15 Khu vực nhiệt độ cao hai mùa (a - tháng 2, b - tháng 6) 52 Hình 3.16 Đảo nhiệt khu vực huyện Cao Phong 52 v MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhiệt độ bề mặt đất (Land surface temperature - LST) có vai trị đặc biệt trình vật lý xảy đất khí quyển, yếu tố quan trọng tác động tới trực tiếp tới môi trường đời sống dân cư Nó biến quan trọng nhiều tính tốn ứng dụng phục vụ nhiều lĩnh vực nghiên cứu khí hậu, thủy văn, nơng nghiệp, sinh địa hóa nghiên cứu biến động mơi trường [14] Nhiệt độ bề mặt đất tính tốn sở phát xạ đối tượng bề mặt (đất đai, lớp phủ thực vật, bề mặt nhà cửa…) có mối liên quan mật thiết với q trình biến đổi mơi trường đất, đồng thời phản ánh thay đổi lớp phủ thực vật, đóng vai trị quan trọng với số cảnh báo hạn hán, ví dụ điều kiện khô hạn, nhiệt độ tăng cao số phản ánh thiếu nước thực vật (Mcvicar T.R Jupp D.L.B 1998) Mối quan hệ nhiệt độ bề mặt yếu tố tự nhiên góp phần tìm câu trả lời tốt để cải thiện vấn đề nạn hạn hán, sâu bệnh, cải thiện chất lượng môi trường, từ làm sở khoa học cho cơng tác cảnh báo hạn quy hoạch sử dụng đất [9].v.v Để xác định nhiệt độ bề mặt khu vực rộng lớn cần trạm quan trắc khí tượng bố trí mặt đất với số lượng lớn hoạt động thời gian dài cung cấp thơng tin xác bề mặt khu vực đó, nhiên với quốc gia cịn khó khăn điều kiện kinh tế nước ta điều khơng thể với tốc độ thị hóa nay, bê tơng hóa dần thay lớp phủ thực vật, dẫn tới nhiệt độ bề mặt đất tăng lên, góp phần tác động khơng nhỏ tới tượng nóng lên tồn cầu, gây thiên tai lụt lội ảnh hưởng đến môi trường sống Ứng dụng viễn thám hồng ngoại nhiệt (viễn thám nhiệt) nghiên cứu ước tính nhiệt độ bề mặt có tính ưu việt, đặc biệt mức độ chi tiết kết thể tồn vùng, khơng phải số đo điểm quan trắc phương pháp đo đạc truyền thống từ trạm quan trắc khí tượng 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 3- 14μm 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 8- 14μm 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 nhiều nghiên cứu thường yêu cầu độ phân giải cao hơn, có ảnh vệ tinh thu nhận từ cảm biến LANDSAT TIRS có độ phân giải kênh nhiệt 100m, 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 có độ phân giải thấp lại có quỹ đạo bay chụp tồn cầu tư liệu lưu trữ lâu dài, thích hợp cho nhiều nghiên cứu ứng dụng, đặc biệt nghiên cứu lịch sử Để đánh giá điều kiện nhiệt mặt đất liệu vệ tinh, cần phải tìm mối quan hệ nhiệt độ bề mặt lớp phủ 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 thơng 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 Môi trường nhiệt xung quanh khu vực đô thị đặc trưng tượng “đảo nhiệt đô thị” (Urban heat island) làm ảnh hưởng đến nhu cầu lượng, sức khoẻ điều kiện môi trường Các quan trắc mặt đất phản ảnh điều kiện nhiệt khu vực cục xung quanh trạm đo Thực tế, thiết lập nhiều trạm quan trắc khí tượng với mật độ dày đặc Dữ liệu viễn thám có độ phân giải khơng gian cao phần phủ mặt đất lớn hơn, đồng thời cho phép thu nhận thông tin bề mặt trái đất vùng người đến Với ưu điểm trên, nhánh viễn thám nhiệt (với kênh có bước sóng từ - 14µm) sử dụng cho khu vực thị để theo dõi diễn biến nhiệt độ đánh giá tượng “đảo nhiệt đô thị” Khu vực để thực nghiên cứu huyện Cao Phong, tỉnh Hòa Bình Huyện Cao Phong huyện miền núi, thuộc vùng Tây Bắc (Việt Nam) Phía Đơng giáp huyện Kim Bơi, phía Bắc giáp thành phố Hịa Bình, phía Tây Bắc giáp huyện Đà Bắc (ranh giới hồ Hòa Bình, sơng Đà), phía Tây Tây Nam giáp huyện Tân Lạc, góc phía Đơng Nam giáp huyện Lạc Sơn Theo thống kê nhiều năm, nhiệt độ huyện Cao Phong cao số vùng xung quanh Huyện đà phát triển mạnh nhiều mặt kinh tế, xã hội, có hoạt động du lịch q trình thị hóa diễn nhanh chóng khu vực Do nhu cầu nhà phát triển đô thị, đất nông nghiệp, rừng ao hồ chuyển thành đất ở, đường sá khu công nghiệp Đất bề mặt bị bê tơng hố, thảm thực vật bị biến nhiều Chính điều khiến cho nhiệt độ bề mặt đô thị tăng cao so với vùng ngoại thành xung quanh Xuất phát từ nhu cầu thực tế đồng ý Khoa Địa lý, Trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội, em tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu xác định đặc điểm nhiệt độ bề mặt lớp phủ huyện Cao Phong, tỉnh Hịa Bình năm 2016 phương pháp viễn thám nhiệt” Các nội dung trình bày kết nghiên cứu phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt (sử dụng ảnh vệ tinh Landsat 8) có tính đến yếu tố phát xạ hiệu chỉnh kết tính tốn, ứng dụng viễn thám nhiệt khảo sát nhiệt độ thị tìm hiểu mối quan hệ nhiệt độ bề mặt với yếu tố tự nhiên Nhiệm vụ mục tiêu nghiên cứu a, Mục tiêu Xác định nhiệt độ bề mặt huyện Cao Phong, tỉnh Hịa Bình, phân tích mối quan hệ nhiệt bề mặt với lớp phủ Từ đó, đưa gợi ý kiến nghị việc quy hoạch khơng gian nhằm điều hịa nhiệt độ mơi trường, phục vụ nhu cầu phát triển bền vững huyện  Về độ xác: Xét mặt khơng gian phân bố điểm nhiệt cao, điểm nhiệt thấp giống Tuy nhiên xét giá trị giá trị nhiệt độ phương pháp tính nhiệt độ có xác định độ phát xạ thơng qua NDVI có giá trị cao nhiều so với giá trị nhiệt độ tính từ phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NOR Hình 3.10 Phân mức nhiệt độ bề mặt từ kết PP2 (ảnh tháng 6) Hình 3.9 Phân mức nhiệt độ bề mặt từ kết PP1 (ảnh tháng 6) Để đánh giá độ xác hai phương pháp trích lọc nhiệt, tiến hành so sánh nhiệt độ tối cao tuyệt đối nhiệt độ trích lọc với nhiệt độ khơng khí huyện Cao Phong trang web www.accuweather.com lưu trữ (hình 3.11) Hình 3.11 Nhiệt độ khơng khí ngày 01/6/2016 khu vực huyện Cao Phong 48 Theo trang web ghi nhận nhiệt độ ngày 01/06/2016 38oC, nhiệt độ khơng khí trung bình cao cho khu vực huyện Cao Phong nên có địa điểm huyện nhiệt độ cao 38 oC Hơn nữa, nhiệt độ bề mặt đất lớn nhiệt độ khơng khí - 5oC Như vậy, suy nhiệt độ bề mặt đất huyện Cao Phong ngày 01/6 cao 42 - 43 oC Trong đó, nhiệt độ bề mặt lớn PP1 44,23oC PP2 40,68oC nên PP1 có kết xác Tương tự với ảnh ngày 10/2, theo ghi nhận trang web nhiệt độ trung bình cao 25oC nên nhiệt độ bề mặt cao phải 29 - 30 oC nhiệt độ bề mặt lớn PP1 33,28oC PP2 29,59oC nên PP1 đánh giá có kết hợp lý Một lưu ý độ phát xạ PP2 nhập vào cơng thức tính theo kiến thức chun gia người thực tính tốn Bởi vậy, độ xác phương pháp phụ thuộc nhiều vào người thực Đối với PP1, độ phát xạ tính tốn từ NDVI, cần thực trình tự phương pháp thu giá trị độ phát xạ pixel ảnh đưa kết nhiệt độ bề mặt cần tìm Từ đó, kết hợp với kết so sánh với thống kê nhiệt độ tối cao tuyệt đối trên, nghiên cứu kết luận: phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt có tính độ phát xạ từ phương pháp NDVI (PP1) có độ xác cao so với phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NOR (PP2) Với kết luận trên, nghiên cứu sử dụng kết PP1 có độ xác độ phân giản khơng gian cao để tiến hành phân tích mối quan hệ nhiệt độ bề mặt với yếu tố lớp phủ huyện Cao Phong 3.2 Phân tích mối quan hệ nhiệt độ - lớp phủ Từ liệu ảnh Landsat khu vực huyện Cao Phong thu nhập ngày 01/6/2016 sử dụng để trích lọc nhiệt độ, học viên thực phân loại lớp phủ bề mặt phương pháp Maximum likelihood phần mềm ENVI 5.3 Để phân loại nghiên cứu lấy mẫu 19 điểm khu vực huyện Cao Phong Kết phân loại có số Kappa độ xác 76% Kết nghiên cứu cho thấy: điểm có nhiệt độ cao (trên 36oC) thường ứng với lớp phủ khu dân cư đất trống, điểm nhiệt độ thấp (dưới 30oC) khu vực rừng thường xanh rừng hỗn giao 49 Hình 3.12 Phân cấp nhiệt độ bề mặt Hình 3.13 Lớp phủ bề mặt Cao Phong Từ kết chồng xếp hai lớp liệu nhiệt độ lớp phủ, thực thành lập biểu đồ thể mối quan hệ nhiệt lớp phủ (hình 3.23), dựa vào biểu đồ nhận định đặc tính nhiệt độ đối tượng lớp phủ khác Hình 3.14 Biểu đồ mối quan hệ Nhiệt độ - lớp phủ Rừng thường xanh rừng hỗn giao hai loại lớp phủ có nhiệt độ thấp Hai loại lớp phủ có phần trăm diện tích lớn có nhiệt độ 28 - 30oC 23,32 11,29% Ngồi cịn có 32,33% 45,43% diện tích mức nhiệt độ thấp 50 30 - 32oC phần lớn diện tích cịn lại mức nhiệt độ trung bình 32 -34oC Hai loại lớp phủ phân bố vùng núi cao, độ che phủ thực vật lớn độ ẩm cao nên nhiệt độ bề mặt thấp Mặt nước có nhiệt độ thấp, cao hai loại lớp phủ rừng Bản chất nước có nhiệt độ thấp, xét đến bề mặt nước lại thay đổi chiếu sáng mặt trời Tư liệu Landsat sử dụng chụp lúc 45 phút nên nhiệt độ bề mặt mặt nước bị làm nóng lên, lý phần lớn diện tích bề mặt nước (67,09%) mức nhiệt trung từ 32 - 34oC Đất trồng ăn rừng trồng chưa khép tán loại lớp phủ có lớp phủ thực vật cao không đồng nên nhiệt độ chủ yếu nằm mức trung bình 32 -36oC, có tới tận 49,74% mức 34 - 36oC Cao Phong trú trọng phát triển thương hiệu cam Cao Phong nên xuất nhiều diện tích ăn dạng Những khu vực trồng lâu năm khép tán có nhiệt độ thấp hơn, khu vực trơng chưa khép tán có nhiệt độ cao Đất lúa vào hoa màu có nhiệt độ cao Có 46,9% diện tích mức nhiệt độ trung bình 34 - 36oC, có đến 30,19% diện tích mức nhiệt độ cao 36 38oC Do độ che phủ lúa hoa màu thấp, màu khô hạn độ ẩm không bổ sung thường xuyên nên có nhiệt độ cao Đất nông nghệp thu hoạch trảng cỏ bụi, Đất trống loại lớp phủ có nhiệt độ cao khơng có có che phủ thực vật Nói dễ hiểu lớp phủ trảng cỏ bụi có nhiệt độ thấp so với lớp phủ đất trống Trảng có bụi có tổng 40,33% diện tích nhiệt độ cao 36oC, cịn đất trống có 59.77%, 43,44% nhiệt độ từ 36 - 38 oC Khu dân cư công trình bê tơng lớp phủ có nhiệt độ cao Có 34,19% diện tích lớp phủ mức nhiệt trung bình 34 -36 oC, lớp phủ có tới 45,61% tổng diện tích có mức nhiệt cao 36 oC Gọi khu dân cư bao gồm nhà máy, khu công nghiệp, khu chế xuất, khu rác thải… cơng trình bê tơng, đối tượng xạ nhiệt tốt có nhiệt độ cao Tuy nhiên, nhiều khu dân cư trồng nhiều xanh, gần khu rừng, gần hồ nước vùng địa hình có độ cao lớn làm cho nhiệt độ giảm xuống mức trung bình 51 Tóm lại, loại lớp phủ có đặc tính riêng, phụ thuộc nhiều vào thành phần tạo nên lớp phủ đó, đặc biệt thành phần độ che phủ thực vật Muốn điều hòa nhiệt độ lớp phủ phải tăng cường trồng thêm xanh 3.3 Xác định khu vực “đảo nhiệt” huyện Cao Phong Dựa vào kết xác định nhiệt độ bề mặt từ ảnh thu hai mùa khác khu vực huyện Cao Phong Học viên xác định khu vực có nhiệt độ cao hai mùa - “đảo nhiệt” Đối với ảnh ngày 10/2 khu vực nhiệt độ cao xác định khu có nhiệt độ 28 oC, ảnh 01/6 mức để phân chia 38 oC a) b) Hình 3.15 Khu vực nhiệt độ cao hai mùa (a - tháng 2, b - tháng 6) Bằng cách chồng xếp hai miền nhiệt độ cao hai mùa phần mềm ArcGIS thu kết đảo nhiệt huyện Cao Phong hình 3.13 Hình 3.16 Đảo nhiệt khu vực huyện Cao Phong 52 Kết cho thấy đảo nhiệt xuất khu vực trung tâm huyện Cao phong xã Thu Phong, Đông Phong, thị trấn Cao Phong, Tây Phong, Dũng Phong, Tân Phong, Bắc Phong Khu vực đảo nhiệt chủ yếu khu dân cư hay khu vực đất trống, xây dựng cơng trình, đất nơng nghiệp thu hoạch núi đá vơi khơng có thực vật che phủ Các đảo nhiệt thuân theo quy luật giảm nhiệt độ theo độ tang thực vật phủ bề mặt tang nhiệt độ với đô thị bê tông phân tích mối quan hệ nhiệt độ bề mặt với lớp phủ mục 3.2 Tuy nhiên, tất khu dân cư, trở thành đảo nhiệt Điều cho thấy, phương pháp giảm nhiệt độ cho vùng dân cư thực hiện, phương pháp đơn giản trồng xanh Những đảo nhiệt xác định có nhiệt độ cao hai mùa huyện nên cần xem xét biện pháp cân nhiệt độ để đảm bảo phát triển bền vững huyện 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Viễn thám hồng ngoại nhiệt kênh thông tin hữu ích nghiên cứu tài nguyên mơi trường, khí hậu, cảnh quan Đặc biệt, “tài nguyên thông tin” quý giá nghiên cứu thay đổi đặc tính vật lý mơi trường đất - khí xung quanh, bối cảnh xúc biến đổi khí hậu toàn cầu Các kết nghiên cứu đề tài cho thấy: Sử dụng tư liệu viễn thám xác định đặc điểm phân bố nhiệt độ bề mặt theo không gian thời gian khác (với loại tư liệu viễn thám nhiệt khác : LANDSAT, MODIS, NOAA ) với giá trị pixel ảnh Về phương pháp trích lọc giá trị nhiệt, NDVI trường hợp đặc biệt tỷ số ảnh Phép tỷ số ảnh làm giảm cách hiệu thay đổi môi trường độ sáng địa hình, bóng, thay đổi mùa, góc chiếu sáng mặt trời, điều kiện khí thay đổi Do đó, khơng thể tiến hành hiệu chỉnh khí cho ảnh vệ tinh ảnh hưởng sai số tính độ phát xạ khơng đáng kể Điều có ý nghĩa quan trọng với ảnh chụp q khứ khơng có sẵn thơng số khí đo đạc Bởi vậy, phương pháp trích lọc nhiệt độ bề mặt có tính độ phát xạ từ phương pháp NDVI phương pháp hữu hiệu Phân tích mối quan hệ nhiệt độ với số yếu tố lớp phủ cho thấy đặc tính nhiệt mức độ ảnh hưởng đối tượng tới nhiệt độ huyện Cao Phong Kết cho thấy lớp phủ giàu thực vật diện tích mặt nước có nhiệt độ bề mặt thấp, muốn hịa nhiệt độ cần đảm bảo diện tích hai yếu tố Kết nghiên cứu cho thấy kết luận quan trọng cho dù bề mặt đệm có thành phần, đặc điểm khác trì lớp phủ mức nhiệt độ thích hợp dao động nhiệt độ không lớn Điểm cho thấy tầm quan trọng việc bảo vệ lớp phủ rừng 54 Kiến nghị Từ kết thu được, em xin đề xuất gợi ý, kiến nghị nhằm điều hịa nhiệt độ mơi trường huyện Cao Phong sau: - Bố trí lại diện tích xanh huyện, đặc biệt vùng đất trống khu dân cư Lớp phủ thực vật yếu tố quan trọng định đến nhiệt độ bề mặt, việc đảm bảo diện tích xanh cần thiết thực quy hoạch vùng huyện - Xây dựng kế hoạch bảo vệ rừng núi đá vơi Đá vơi có nhiệt độ cao khơng có che phủ lớp phủ thực vật, điều làm ảnh hưởng đến nhiệt độ vùng lân cận - Duy trì bề mặt nước huyện: mặt nước yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nhiệt độ mơi tường, trì mặt nước giúp điều hịa nhiệt độ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Trần Hùng (2004), Cháy rừng Việt Nam Trịnh Lê Hùng (2013), Ứng dụng liệu ảnh hồng ngoại nhiệt LANDSAT thời gian nghiên cứu tượng cháy ngầm mỏ than, Tạp chí Khoa học ĐHSP TPHCM số 58, 2014 Trịnh Hùng Đào Khánh Hoài (2015), Ứng dụng viễn thám đánh giá nguy hạn hán khu vực huyện Bắc Bình, tỉnh Bình Thuận, Tạp chí Khoa học ĐHSP TPHCM số 5(70), 2015 Lương Thu Hường, Ứng dụng ảnh viễn thám MODIS công nghệ GIS cho dự báo nguy cháy rừng (lấy ví dụ cho khu vực Nghệ An) Nguyễn Ngọc Thạch, (2005) “Cơ sở viễn thám Việt Nam” Nguyễn Ngọc Thạch NNC (2012) “Ứng dụng công nghệ viễn thám hệ thông tin địa lý để quản lý dự báo tai biến thiên nhiên; xây dựng kế hoạch phòng chống ứng phó thiên tai, đảm bảo phát triển bền vững mơi trường tỉnh Hịa Bình” Nguyễn Duy Thành (2013), Thử nghiệm ứng dụng viễn thám GIS vào dự báo ngư trường khai thác cá ngừ đại dương vùng biển xa bờ Trung Việt Nam Luận văn thạc sĩ khoa học, ĐH khoa học tự nhiên - ĐHQGHN Tổng cục KTTV (1989) Số liệu Khí hậu Việt Nam, Chương trình tiến KHKT cấp Nhà nước 42A Nguyễn Thị Quỳnh Trang (2013), Nghiên cứu nhiệt độ bề mặt tư liệu ảnh MODIS phục vụ cảnh báo hạn hán khu vực Tây Nguyên, Viện công nghệ vũ trụ 10 Võ Văn Trí, Trần Xuân Mùi, Lê Thị Phương Lan (2015), Tương quan số thực vật (NDVI) nhiệt độ bề mặt khu vực Vườn quốc gia Phong Nha _Kẻ Bàng, Kỷ yếu hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2015 (p213 - 216) 11 Lê Văn Trung, Nguyễn Thanh Minh (2004), Trích lọc giá trị nhiệt bề mặt (LST) từ ảnh vệ tinh Landsat ETM+ 12 Lê Văn Trung, Nguyễn Nguyên Vũ, (2015) Ứng dụng GIS phân tích mối tương quan biến động nhiệt độ bề mặt lớp phủ mặt đất thành phố Đà Lạt, Kỷ yếu hội thảo ứng dụng GIS toàn quốc 2015 (p391 - 394) 13 Trung tâm Tư liệu KTTV QG (2004) Bộ số liệu khí hậu giai đoạn 1971-2000 Bộ Tài nguyên Mơi trường 14 Trần Thị Vân, Hồng Thái Lan Lê Văn Trung (2009), Nghiên cứu xác định nhiệt độ bề mặt đô thị phương pháp viễn thám nhiệt Tiếng Anh 15 Artis, D A., & Carnahan, W H (1982) Survey of emissivity variability in thermography of urban areas Remote Sensing of Environment, 12, 313 - 329 16 Assefa M Melesse, 2004: Spatiotemporal dynamics of land surface parameters in the Red River of the North Basin 17 Chen Y., Li J., Yang B., Zhang S (2007), “Detection of coal fire location and change based on multi - temporal thermal remotele sensed data and field measurements”, International Journal of Remote Sensing, Vol 28, Issue 15, pp 3173 - 3179 56 18 Cracknell A.P., Mansor S.B (1992), “Detection of sub - surface coal fires using LANDSAT thematic mapper data”, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol 29, pp 750 - 753 19 Dash, P., Göttsche, F.-M., Olesen, F.-S., Fischer, H (2002), Land surface temperature and emissivity estimation from passive sensor data: theory and practice-current trends, International Journal of Remote Sensing, Vol 23, pp 2563-2594 20 Mishra R.K., Pandey J., Chaudhary S.K., Khalkho A., Singh V.K (2012), “Estimation of air pollution concentration over Jharia coalfield based on sateliite imagery of atmospheric aerosol”, International Journal of Geomatics and Geosciences, Vol 2, pp 723 - 729 21 Nurdin S., Lihan, T., Mustapha, A.M (2012), "Mapping of Potential Fishing Grounds of Rastrelliger kanagurta (Cuvier, 1816) in the Archipelagic Waters of Spermonde Indonesia Using Satellite Images", Kuala Lumpur, Malaysia Geospatial Forum, 6-7 March, 2012, www.malaysiageospatialforum.org 22 Song, C., Woodcock, C E., Seto, K C., Pax-Lenney, M and Macomber, S A., Classification and change detection using landsat TM data: when and how to correctatmospheric effects, Remote Sensing of Environment, vol 75, pp 230-244, (2001) 23 Solanlki H U , R M Dwivedi, S R Nayak (2001), "Application of Ocean Colour Monitor chlorophyll and AVHRR SST for fishery forecast: Preliminary validation results off Gujarat coast, northwest coast of India", Indian Journal of Marine Sciences, vol 30, pp 132-138 24 Valor E., Caselles V (1996), “Mapping land surface emissivity from NDVI Application to European African and South American areas”, Remote sensing of Environment, 57, pp 167 - 184 25 Van de Griend A.A., Owen M (1993), “On the relationship between thermal emissivity and the normalized difference vegetation index for natural surface”, International journal of remote sensing, 14, pp 1119 - 1131 26 V Vadfisz, 1994: On the relationship between surface temperature, air temperature and vegetation index 27 Zhang, X M., Genderen, J L V and Kroonenberg, S B (1997), “A method to evaluate the capability of LANDSAT-5 TM band data for sub-pixel coal fire detection”, International Journal of Remote Sensing, 18, pp 3279-3288 28 Z Li, F Becker, M.P Stoll and Z Wan “Evaluation of Six Methods for Extracting Relative Emissivity Spectral from Thermal Infrared Images”, Remote Sensing Environment, Vol.69, 1999 Trang Web 29 http://isic-space.com/cems/cems-demos/cems-lst/ 30 http://gislab.jhsph.edu/intr-lst.htm 57 PHỤ LỤC Bản đồ lớp phủ huyện Cao Phong tháng năm 2016 Bản đồ nhiệt độ huyện Cao Phong ngày 10 tháng năm 2016 Bản đồ nhiệt độ huyện Cao Phong ngày 01 tháng năm 2016 Bản đồ phân bố đảo nhiệt huyện Cao Phong tháng - tháng (năm 2016) 58 59 60 61 62 ... Nghiên cứu xác định nhiệt 19 độ bề mặt đô thị phương pháp viễn thám nhiệt: ? ?Viễn thám hồng ngoại nhiệt đo lường xạ bề mặt trái đất giúp ta khơi phục giá trị nhiệt độ bề mặt toàn vùng nghiên cứu. .. TÍCH NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT, MỐI QUAN HỆ NHIỆT ĐỘ VỚI LỚP PHỦ HUYỆN CAO PHONG 43 3.1 Đánh giá hai phương pháp nghiên cứu: Phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NOR Phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt có... Khoa Địa lý, Trường Đại học khoa học tự nhiên - Đại học quốc gia Hà Nội, em tiến hành nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu xác định đặc điểm nhiệt độ bề mặt lớp phủ huyện Cao Phong, tỉnh Hịa Bình năm