Nghiên cứu ứng dụng vệ tinh vào tính toán nhiệt độ bề mặt đất

LỜI CAM ĐOAN3MỤC LỤC4DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT6DANH MỤC CÁC BẢNG7DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ8LỜI CẢM ƠN9MỞ ĐẦU101. Tính cấp thiết của đề tài102. Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án113. Giới hạn phạm vi khu vực nghiên cứu.124. Cấu trúc đồ án13CHƯƠNG I14TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH LANDSAT TRONG TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT141.1. Giới thiệu về viễn thám và dữ liệu ảnh viễn thám141.1.1. Giới thiệu về viễn thám141.1.2. Dữ liệu ảnh viễn thám141.2. Khái niệm về nhiệt độ mặt đất151.3. Giới thiệu chung về dữ liệu ảnh Landsat161.3.1. Đặc trưng của ảnh Landsat161.3.2. Ứng dụng của ảnh Landsat201.4. Cơ sở ứng dụng dữ liệu ảnh Landsat trong tính toán nhiệt độ bề mặt đất231.4.1. Cơ sở lý thuyết tính toán nhiệt độ bề mặt231.4.2. Tính toán chỉ số nhiệt độ bề mặt đất tự ảnh Landsat261.5. Các phương pháp nghiên cứu29CHƯƠNG II31CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT NÓI CHUNG VÀ CỦA TỈNH LÂM ĐỒNG NÓI RIÊNG312.1. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất312.1.1. Cán cân nhiệt của mặt đất312.1.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất322.2. Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất của tỉnh Lâm Đồng352.2.1. Các nhân tố tự nhiên352.2.2. Các hoạt động kinh tế xã hội44CHƯƠNG III46TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT CHO KHU VỰC TỈNH LÂM ĐỒNG BẰNG TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT463.1. Cơ sở dữ liệu463.2. Tính toán nhiệt độ bề mặt đất của tỉnh Lâm Đồng từ dữ liệu ảnh Landsat473.2.1. Tính toán nhiệt độ bề mặt đất tỉnh Lâm Đồng473.2.2. Lọc mây và phân lớp nhiệt độ523.3. Kết quả tính toán nhiệt độ bề mặt đất58KẾT LUẬN66

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ 8

LỜI CẢM ƠN 9

MỞ ĐẦU 10

1 Tính cấp thiết của đề tài 10

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án 11

3 Giới hạn phạm vi khu vực nghiên cứu 12

4 Cấu trúc đồ án 13

CHƯƠNG I 14

TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH LANDSAT TRONG TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT 14

1.1 Giới thiệu về viễn thám và dữ liệu ảnh viễn thám 14

1.1.1 Giới thiệu về viễn thám 14

1.1.2 Dữ liệu ảnh viễn thám 14

1.2 Khái niệm về nhiệt độ mặt đất 15

1.3 Giới thiệu chung về dữ liệu ảnh Landsat 16

1.3.1 Đặc trưng của ảnh Landsat 16

1.3.2 Ứng dụng của ảnh Landsat 20

1.4 Cơ sở ứng dụng dữ liệu ảnh Landsat trong tính toán nhiệt độ bề mặt đất 23

1.4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán nhiệt độ bề mặt 23

1.4.2 Tính toán chỉ số nhiệt độ bề mặt đất tự ảnh Landsat 26

1.5 Các phương pháp nghiên cứu 29

CHƯƠNG II 31

CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT NÓI CHUNG VÀ CỦA TỈNH LÂM ĐỒNG NÓI RIÊNG 31

2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất 31

2.1.1 Cán cân nhiệt của mặt đất 31

2.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất 32

2.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất của tỉnh Lâm Đồng 35

2.2.1 Các nhân tố tự nhiên 35

2.2.2 Các hoạt động kinh tế- xã hội 44

CHƯƠNG III 46

TÍNH TOÁN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT CHO KHU VỰC TỈNH LÂM ĐỒNG BẰNG TƯ LIỆU ẢNH LANDSAT 46

3.1 Cơ sở dữ liệu 46

3.2 Tính toán nhiệt độ bề mặt đất của tỉnh Lâm Đồng từ dữ liệu ảnh Landsat 47

3.2.1 Tính toán nhiệt độ bề mặt đất tỉnh Lâm Đồng 47

3.2.2 Lọc mây và phân lớp nhiệt độ 52

3.3 Kết quả tính toán nhiệt độ bề mặt đất 58

KẾT LUẬN 66

TÀI LIỆU THAM KHẢO 68

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

LST : Land surface temperature - Nhiệt độ bề mặt đất

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Các thế hệ vệ tinh Landsat 17

Bảng 1.2: Một số thông số các kênh phổ của ảnh Landsat TM 18

Bảng1.3: Một số thông số các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+ 18

Bảng 1.4: Một số thông số các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat 8 19

Bảng 1.5: Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM 20

Bảng 1.6: Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat ETM+ 21

Bảng 1.7: Ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat 8 22

Bảng 1.8: Sự phát xạ của một số đối tượng tự nhiên trong dải sóng 8-14 m 26

Bảng 1.9: Giá trị ML, AL đối với ảnh Landsat 8 29

Bảng 1.10: Giá trị phổ của ảnh Landsat 29

Bảng 2.1: Hiệu nhiệt độ của đất tại sườn dốc hướng Nam và hướng Bắc ở độ 34

Bảng 2.2: Hiện trạng, biến động sử dụng đất đai cả nước năm 1990-2008 34

Bảng 2.3: Danh sách các đơn vị hành chính trực thuộc tỉnh Lâm Đồng [4] 36

Bảng 2.4:Số liệu thống kê diện tích các loại đất rừng 41

Bảng 2.5: Các loại đất trên địa bàn tỉnh Lâm Đồng 42

Bảng 2.6: Tỷ lệ diện tích đất phân theo độ dốc 42

Bảng 3.1: Thống kê cảnh ảnh sử dụng để tính LST 47

DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ

Hình 1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu 12

Hình 1.1: Đặc trưng về kênh phổ của ảnh Landsat 7 ETM+ và ảnh Landsat 8 19

Hình 1.2: Độ phủ chụp của vệ tinh Landsat trên quy mô toàn cầu 23

Hình 1.3: Đặc điểm phát xạ nhiệt của vật chất [5] 24

Hình 1.4: Cửa số khí quyển và các vùng phát xạ nhiệt [5] 25

Hình 2.1: Sơ đồ cán cân nhiệt của mặt đất vào ban ngày (trái) và ban đêm (phải) 31 Hình 2.2: Bản đồ tỉnh Lâm Đồng 35

Hình 2.3:Nhiệt độ trung bình tháng và lượng mưa tháng của trạm Đà Lạt năm 2012 40

Hình 3.1: Dữ liệu ảnh ban đầu của kênh 10 48

Hình 3.2: Ảnh Lâm Đồng được cắt theo ranh giới 48

Hình 3.3: Ảnh sau khi tính chuyển từ giá trị độ xám sang giá trị bức xạ phổ 49

Hình 3.4: Ảnh sau khi tính chuyển từ giá trị bức xạ phổ sang nhiệt độ 50

Hình 3.5: Ảnh sau khi chuyển nhiệt độ Kenvil về đơn vị Celcius(℃ ) 51

Hình 3.6: Hộp thoại Band Math và Variables to Bands Pairings 51

Hình 3.7: Dữ liệu ảnh ban đầu dùng để lọc mây 53

Hình 3.8: Ảnh sau khi cắt theo ranh giới 53

Hình 3.9: Xác định các giá trị Data của mây và bóng mây 54

Hình 3.10: Giá trị của mây và bóng mây 55

Hình 3.11: Hộp thoại Available Vectors List và Output EVF Layers to Shapfile 55

Hình 3.12: Ranh giới của tỉnh Lâm Đồng đã bị xóa bỏ mây 56

Hình 3.13: Ảnh Lâm Đồng đã được xóa bỏ mây 57

Hình 3.14: Ảnh nhiệt sau khi được phân lớp 58

Hình 3.15: Bản đồ nhiệt độ bề mặt đất tỉnh Lâm Đồng vào mùa khô tổ hợp 3 tháng từ 2/2015 đến 4/2015 59

Hình 3.16: Kết quả tính toán nhiệt độ bề mặt đất tỉnh Lâm Đồng cho mùa khô 2013, mùa mưa 2013, mùa khô 2014, mùa mưa2014 62 Hình 3.17: Biểu đồ diện tích đất Lâm Đồng ở nhiệt độ lớn hơn 30℃ của các năm 64

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Th.S Nguyễn ThịQuỳnh Trang, cô đã tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án Nhờ có sự giúp đỡcủa cô, em thấy mình học hỏi được rất nhiều sau đồ án tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô thuộc phòng Công nghệViễn thám, GIS và GPS, Viện Công nghệ Vũ trụ, Viện Hàn lâm khoa học và côngnghệ Việt Nam Các thầy cô đã chỉ bảo tận tình, giúp đỡ và tạo điều kiện cho emhoàn thành đồ án Sau đồ án tốt nghiệp, em học hỏi được rất nhiều điều cũng nhưkinh nghiệm nghiên cứu, làm việc Em xin chân thành cảm ơn đề tài TN3/T16 thuộcchương trình Khoa học và Công nghệ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng TâyNguyên đã giúp em thực hiện đồ án này

Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Trắc địa-Bản đồ trường Đạihọc Tài nguyên và Môi trường Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong thờigian học tập và nghiên cứu

Xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ, động viênkhích lệ và chia sẻ cùng em trong quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

Hà Nội, ngày 14 tháng 6 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Trần Minh Trâm

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Lâm Đồng nằm ở phía Nam Tây Nguyên, có đất bazan màu mỡ chiếm diệntích lớn, thời tiết ôn hòa và mát mẻ quanh năm với hai mùa: mùa khô và mùa mưa.Tuy nhiên hiện nay, vùng đất này đang phải đối mặt với không ít những khó khăn

do biến đổi khí hậu gây ra.Trong mùa khô, do ảnh hưởng của gió mùa Đông Bắcnên lượng mưa của Lâm Đồng rất ít, chỉ chiếm 10-15% lượng mưa cả năm, cónhững thời điểm 2-3 tháng không có mưa nên Lâm Đồng là một trong những nơi cótình trạng hạn hán và thiếu nước trầm trọng nhất cả nước Tuy nhiên, trong mùamưa thì chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam nên lượng mưa trong mùa này chiếm85-90% lượng mưa của năm, có những năm mưa lớn và kéo dài gây nên lũ lụt, lũquét

Nhiệt độ bề mặt Trái đất được tạo ra do sự cân bằng năng lượng Mặt trời của

bề mặt Trái đất Nhiệt độ bề mặt (NĐBM) là tham số quan trọng trong việc đặctrưng hóa sự trao đổi năng lượng giữa bề mặt đất và khí quyển Vì thế, NĐBM được

sử dụng cho nhiều trong các nghiên cứu về khí hậu, thủy văn, khí quyển, sinh địahóa và các nghiên cứu biến động về địa chất, môi trường NĐBM bị ảnh hưởngmạnh mẽ bởi độ phát xạ bề mặt, hiệu ứng của khí quyển và loại hình lớp phủ cũngnhư loại hình sử dụng đất Hiện nay, Trái Đất ngày càng nóng lên, sự mất cân bằngtrong trao đổi năng lượng giữa bề mặt Trái Đất và môi trường xung quanh làm nhiệt

độ khí quyển tăng lên, kéo theo nhiều hậu quả trực tiếp và gián tiếp, ảnh hưởng đếnđời sống sinh hoạt và sản xuất của con người

Đối với phương pháp nghiên cứu truyền thống, việc tính toán nhiệt độ bề mặtđất chỉ dựa vào dữ liệu quan trắc thời tiết tại các trạm khí tượng riêng biệt, mà trungbình mỗi tỉnh thành chỉ có từ một đến vài ba trạm, từ đó nội suy ra các vùng lân cận

Số liệu đo từ phương pháp truyền thống này có ưu điểm là độ phân giải thời giancao và được ghi chép trong thời gian dài, nhưng không đảm bảo về độ phân giảikhông gian do số điểm đo ít và thưa thớt, không thể đảm bảo dữ liệu chi tiết vàchính xác để có thể theo dõi được sự thay đổi NĐBM đất của một khu vực rộng lớn

Trong khi đó, dữ liệu viễn thám có khả năng cung cấp dữ liệu một cách đồng nhất

và thường xuyên về sự phản xạ và phát xạ của bề mặt đất với độ phân giải khônggian từ thấp đến cao Hiện nay, dữ liệu viễn thám nhiệt, có thể phân tích chi tiết

được sự thay đổi NĐBM của một khu vực rộng lớn mà không bị hạn chế bởi số

điểm đo tại các trạm khí tượng như phương pháp đo đạc truyền thống Nguồn dữliệu viễn thám sẽ là lý tưởng khi kết hợp với số liệu quan trắc thời tiết tại các trạmkhí tượng để thiết lập mối liên kết giữa NĐBM và sự thay đổi hiện trạng lớp phủ vàhiện trạng sử dụng đất

Sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất làm cơ sở theo dõi những biến động về môitrường, lớp phủ Đồng thời, bản đồ nhiệt sẽ là một trong những tư liệu quan trọng

để đưa ra những dự đoán về khô hạn, cũng như làm cơ sở cho việc quy hoạch, sửdụng đất, sử dụng tài nguyên một cách hợp lí

Xuất phát từ những lý do nêu trên, em đã lựa chọn đề tài : “Nghiên cứu ứng dụng ảnh Landsat trong việc tính toán nhiệt độ bề mặt đất” cho khu vực tỉnh

Lâm Đồng

2 Mục tiêu và nhiệm vụ của đồ án

Mục tiêu của đồ án là nghiên cứu đặc tính kĩ thuật của ảnh Landsat, từ đótính toán nhiệt độ bề mặt đất, phục vụ cho việc thành lập bản đồ nhiệt cho khu vựctỉnh Lâm Đồng

Để thực hiện được mục tiêu trên thì đồ án thực hiện những nhiệm vụ và nộidung sau:

- Thu thập tư liệu: Ảnh viễn thám, bản đồ chuyên đề và các nguồn tài liệu thamkhảo khác

-Tổng quan cơ sở khoa học của công nghệ viễn thám trong việc tính toán nhiệt

3 Giới hạn phạm vi khu vực nghiên cứu.

Lâm Đồng thuộc phía Nam Tây Nguyên, có tọa độ địa lý từ 11˚12’-12˚15’ vĩ

độ Bắc và 107˚45’ kinh độ Đông Phía đông giáp với các tỉnh là KhánhHoà và Ninh Thuận, phía tây giáp Đắk Nông, phía tây nam giáp tỉnh Đồng Nai vàBình Phước, phía nam và đông nam gáp tỉnh Bình Thuận, giáp tỉnh Đắc Lắc ở phíaBắc (hình 1) [4]

Hình 1: Sơ đồ khu vực nghiên cứu

Lâm Đồng là một trong năm tỉnh thuộc vùng Tây Nguyên, đồng thời tiếp giáp với vùng kinh tế trọng điểm phía nam Lâm Đồng là tỉnh duy nhất ở Tây Nguyên không có đường biên giới quốc tế Tỉnh lỵ là thành phố Đà Lạt nằm

cách Thành phố Hồ Chí Minh 300 km về hướng Bắc, đồng thời cách cảng biển Nha Trang 210 km về hướng Tây

4 Cấu trúc đồ án

Ngoài phần Mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo thì đồ án bao gồm 3

chương, cụ thể như sau:

Chương 1: Tổng quan tài liệu nghiên cứu ứng dụng ảnh Landsat trong tính toán nhiệt độ bề mặt đất

Chương 2: Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất nói chung và của tỉnh Lâm Đồng nói riêng

Chương 3: Tính toán nhiệt độ bề mặt đất cho khu vực tỉnh Lâm Đồng từ dữ liệu ảnh Landsat

CHƯƠNG I TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ẢNH LANDSAT TRONG TÍNH

TOÁN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT 1.1 Giới thiệu về viễn thám và dữ liệu ảnh viễn thám

1.1.1 Giới thiệu về viễn thám

Viễn thám (Remote sensing – tiếng Anh) được hiểu là một khoa học và nghệthuật để thu nhận thông tin về một đối tượng, một khu vực hoặc một hiện tượngthông qua việc phân tích tư liệu thu nhận được bằng các phương tiện Nhữngphương tiện này không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng, khu vực hoặc với hiệntượng được nghiên cứu

Thực hiện được những công việc đó chính là thực hiện viễn thám - hay hiểu

đơn giản: Viễn Thám thăm dò từ xa về một đối tượng mà không có sự tiếp xúc trực tiếp với đối tượng Mặc dù có rất nhiều định nghĩa khác nhau về viễn thám, nhưng

mọi định nghĩa đều có nét chung, nhấn mạnh: “viễn thám là khoa học thu nhận từ

xa các thông tin về các đối tượng, hiện tượng trên trái đất”.

Nguyên lý cơ bản của viễn thám là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đốitượng tự nhiên tương ứng với từng dải phổ khác nhau Kết quả của việc giải đoáncác lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặctrưng phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên Những thôngtin về đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyênmôn chọn các kênh ảnh tối ưu, chứa nhiều thông tin nhất về đối tượng nghiên cứu,đồng thời đây cũng là cơ sở để phân tích nghiên cứu các tính chất của đối tượng

1.1.2 Dữ liệu ảnh viễn thám

Ảnh viễn thám (vệ tinh và máy bay) là những hình ảnh thu chụp được từ mộtkhoảng cách (độ cao) nào đó trên những dải sóng khác nhau, bằng các thiết bị khácnhau

Ảnh số là một dạng tư liệu ảnh ghi nhận các thông tin viễn thám ở dạng số,thường được lưu trên các media điện từ bằng các băng từ, đĩa quay từ Hình ảnh thuđược sẽ được chia thành nhiều phần tử nhỏ, mỗi phần tử được gọi là các pixel Mỗi

pixel tương ứng với một đơn vị không gian bao phủ trên bề mặt trái đất Độ rộngbao phủ mặt đất của một pixel có thể từ vài mét đến hàng km tùy theo loại bộ cảm

và được gọi là độ phân giải ảnh Vị trí của mỗi pixel được xác định theo tọa độ hàng

và cột trên ảnh tính từ góc trên cùng bên trái Tùy theo hệ thống quét ảnh mà kíchthước của hình ảnh (diện tích quét trên mặt đất).Ví dụ, với hệ thống Landsat MSS là

185 x 185km, với hệ thống SPOT là 65 x 65km, ảnh NOAA là 2400 x 2400km…

1.2 Khái niệm về nhiệt độ mặt đất

Nhiệt độ bề mặt đất (Land surface temperature - LST) được định nghĩa lànhiệt độ bề mặt trung bình bức xạ của một khu vực Nhiệt độ bề mặt là một trongcác chỉ số vật lý về quá trình cân bằng năng lượng trên bề mặt trái đất, là yếu tố cơbản, quyết định các hiện tượng nhiệt trên mặt đất Nó là kết quả tổng hợp của sựtương tác và trao đổi năng lượng giữa khí quyển và mặt đất, và sự cân bằng giữabức xạ nhiệt mặt trời với thông lượng khí quyển – mặt đất quy mô khu vực và trêntoàn cầu Nhiệt độ bề mặt là một chỉ thị quan trọng của sự cân bằng năng lượng trên

bề mặt Trái đất cũng như của hiệu ứng nhà kính Thông số này quyết định nhiệt độkhông khí trên bề mặt đất và các bức xạ sóng dài giữa mặt đất và khí quyển, cũngnhư ảnh hưởng tới các hiện tượng khác trên mặt đất, như lượng giáng thủy và bức

xạ bề mặt và phản xạ (Albedo) Ngoài ra, nó còn ảnh hưởng đến phân vùng nănglượng trên mặt đất, các thông lượng nhiệt bề mặt và thông lượng nhiệt ngầm Nhiệt

độ bề mặt đất có mối liên hệ chặt chẽ với các quá trình biến đổi của môi trường đất,đồng thời cũng phản ánh sự thay đổi của thực vật Ví dụ, trong điều kiện khô hạn,

nhiệt độ lá cây tăng cao là một chỉ số phản ánh sự thiếu nước của thực vật (Mcvicar

T R và Jupp D.L.B 1998)

Nhiệt độ không khí trên bề mặt đất thường khác đáng kể so với nhiệt độ bềmặt đất trên thực tế Sự khác biệt này, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết và các loạilớp phủ Mặc dù vậy vẫn có mối quan hệ chặt chẽ giữa nhiệt độ không khí và nhiệt

độ bề mặt đất.Nhiệt độ bề mặt đất khác với nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khíthường không biến đổi theo không gian như nhiệt độ bề mặt đất nên có thể đo được

dễ dàng hơn, điều này rất hữu ích trong việc nghiên cứu mối quan hệ giữa nhiệt độ

không khí và dữ liệu nhiệt độ bề mặt đất thu nhận từ dữ liệu vệ tinh Do độ nhạycủa nhiệt độ bề mặt đất với độ ẩm đất và lớp phủ thực vật, nên nó là thành phầnquan trọng trong rất nhiều ứng dụng nghiên cứu về khí hậu, thuỷ văn, sinh thái học

và sinh địa hoá [6]

Với bề mặt đất trống, LST chính là nhiệt độ mặt đất Với thảm thực vật dày,LST có thể được xem như là nhiệt độ bề mặt tán của thực vật và với thảm thực vậtthưa thớt, nó là nhiệt độ trung bình của tán thực vật, thân cây và lớp đất nằm dướithảm thực vật Với độ phân giải không gian khác nhau của các loại dữ liệu viễn

thám, nhiệt độ bề mặt đất trong viễn thám có thể được định nghĩa là nhiệt độ bề mặt trung bình của mặt đất trên quy mô mỗi pixel là một hỗn hợp trộn lẫn giữa các loại lớp phủ khác nhau tại thời điểm chụp ảnh.

Nhiệt độ bề mặt đất (LST) được tính toán trên cơ sở phát xạ của các đốitượng bề mặt (đất đai, lớp phủ thực vật, bề mặt của nhà cửa…) quan sát bởi bộ cảmtại các góc nhìn tức thời và năng lượng điện từ đo được trên băng nhiệt hồng ngoạicủa các bộ cảm đặt trên vệ tinh Từ đó, nó được mô hình hóa dựa trên các đặc tínhvật lý của khí quyển và các chỉ số kỹ thuật của bộ cảm [6] Tính toán LST từ dữ liệuviễn thám là tính toán tổng hợp giữa các hợp phần của cán cân năng lượng và bốchơi trên bề mặt đất Các sản phẩm tính toán từ nhiệt độ bề mặt đất được sử dụng để

hỗ trợ các nghiên cứu về thay đổi bề mặt đất như quá trình đô thị hóa, sa mạc hóa vànạn phá rừng

1.3 Giới thiệu chung về dữ liệu ảnh Landsat

1.3.1 Đặc trưng của ảnh Landsat

Vệ tinh Landsat là vệ tinh viễn thám tài nguyên đầu tiên được phóng lên quỹđạo năm 1972, cho đến nay đã có 8 thế hệ vệ tinh Landsat đã được phóng lên quỹđạo và dữ liệu đã được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới Hiện nay ảnh vệ tinhLandsat được cung cấp từ 15 trạm thu nhằm mục đích quản lý tài nguyên và giámsát môi trường Landsat được NASA thiết kế đầu tiên như là thực nghiệm để kiểmtra tính khả thi của việc sử dụng bộ cảm biến đa phổ trong thu thập dữ liệu thám sátmặt đất Sự thành công của Landsat nhờ vào việc kết hợp nhiều kênh phổ để quan

sát mặt đất, ảnh có độ phân giải không gian tốt, phủ kín một vùng khá rộng với chu

kì lặp ngắn

Vệ tinh Landsat được thiết kế có bề rộng tuyến chụp là 185km và có thờiđiểm bay qua xích đạo vào lúc 9:39 sáng giờ Việt Nam Dữ liệu được cung cấp bởihai bộ cảm biến TM và MSS được chia thành các cánh phủ mặt đất 187x170kmđược đánh số theo hệ quy chiếu toàn cầu gồm số liệu của tuyến và hàng Các giá trịpixel được mã hóa 8 bit tức là cấp độ xám từ 0÷255 Vệ tinh Landsat được trang bị

bộ cảm MSS (Multispectral Scanner), TM (Thematic Mapper) và ETM+ (EnhancedThematic Mapper Plus) Đặc trưng chính của quỹ đạo và vệ tinh Landsat được thểhiện bởi các thông số sau:

Chu kì lặp (ngày)

(Nguồn: : http://landsat.org.vn )

Hiện nay, ảnh Landsat có nhiều thế hệ với số lượng kênh phổ và độ phân giảikhác nhau Tuy nhiên, thế hệ ảnh Landsat TM được thu từ vệ tinh Landsat-4 và -5

và ảnh Landsat ETM+ được thu từ vệ tinh Landsat-7 được sử dụng phổ biến nhất

Ảnh Landsat TM gồm 6 kênh phổ nằm trên dải sóng nhìn thấy và hồng ngoạivới độ phân giải không gian 30mx30m và một giải phổ hồng ngoại nhiệt ở kênh 6,

độ phân giải 120mx120m để đo nhiệt độ bề mặt

Bảng 1.2: Một số thông số các kênh phổ của ảnh Landsat TM

Kênh Bước sóng (μmm

không gian (m)

Lưu trữ (bit)

Bảng1.3: Một số thông số các kênh phổ của ảnh Landsat ETM+

Kênh Bước sóng (μmm¿ Tên gọi phổ không gian (m) Độ phân giải Lưu trữ (bit)

LDCM mang theo 2 bộ cảm: bộ thu nhận ảnh mặt đất (OLI - OperationalLand Imager) và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt (TIRS - Thermal Infrared Sensor)

Những bộ cảm này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy cao hơn so vớicác bộ cảm Landsat trước So với Landsat 7, LDCM có cùng độ rộng dải chụp, cùng

độ phân giải ảnh và chu kỳ lặp lại (16 ngày) Tuy nhiên, ngoài các dải phổ tương tựLandsat 7, bộ cảm OLI thu nhận thêm dữ liệu ở 2 dải phổ mới nhằm phục vụ quansát mây ti và quan sát chất lượng nước ở các hồ và đại dương nước nông ven biểncũng như sol khí Bộ cảm TIRs thu nhận dữ liệu ở 2 dải phổ hồng ngoại nhiệt, phục

vụ theo dõi tiêu thụ nước, đặc biệt ở những vùng khô cằn thuộc miền tây nước Mỹ

Bảng 1.4: Một số thông số các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat 8

Kênh Bước sóng (µm) Tên gọi phổ không gian (m) Độ phân giải Lưu trữ (bit)

(Nguồn: Theo ASM và USGS)

Hình 1.1: Đặc trưng về kênh phổ của ảnh Landsat 7 ETM+ và ảnh Landsat 8

(Nguồn: Viễn thám-RS/ Địa lý và GIS Science- Geography and GIS)

1.3.2 Ứng dụng của ảnh Landsat

Hiện nay, ở Việt Nam các cơ quan ứng dụng viễn thám sử dụng nhiều loại tưliệu ảnh vệ tinh, trong số đó các tư liệu ảnh LANDSAT, MODIS, SPOT là phổbiến Các tư liệu này mới được ứng dụng cho việc điều tra nghiên cứu các đối tượngtrên đất liền như để hiện chỉnh bản đồ tại Trung tâm Viễn thám, lập bản đồ địa chấttại Cục Địa chất Việt Nam và Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản, sử dụngtrong quản lý tổng hợp vùng bờ ở Cục Bảo vệ Môi trường Tại các cơ quan ngoài

Bộ, các tư liệu viễn thám được sử dụng tại các Viện nghiên cứu và một số TrườngĐại học Tuy nhiên, việc ứng dụng các tư liệu này chủ yếu cho việc quan sát sửdụng đất, môi trường, đô thị Cũng có một số thí nghiệm ảnh viễn thám nghiên cứu

về biển nhưng lẻ tẻ, chủ yếu tập trung ở một số địa điểm ven bờ như Hải Phòng,Quảng Ninh, Nha Trang, Vũng Tàu Có một số đề tài nghiên cứu ứng dụng ảnhMODIS nghiên cứu các thông số trường nhiệt độ, sóng thì mới chỉ làm ví dụ chưađược kiểm chứng nghiêm túc

Ảnh Landsat được ứng dụng trong nghiên cứu nhiều lĩnh vực khác nhau nhưviệc điều tra và giám sát tài nguyên đất, tài nguyên nước và môi trường; trong địachất, trong nông nghiệp, lâm nghiệp và trong nghiên cứu chuyên đề về biển; ứngdụng nhiều trong lĩnh vực tìm kiếm nước ngầm, quy hoạch đô thị, theo dõi biến độngcủa môi trường Với các thế hệ vệ tinh Landsat được trang bị các loại bộ cảm MSS,

TM ( của vệ tinh Landsat 4,5), ETM+ (của vệ tinh Landsat 7) hay bộ thu nhận ảnhmặt đất OLI và bộ cảm biến hồng ngoại nhiệt TIRS (của vệ tinh Landsat 8) như hiệnnay thì khả năng ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat chắc chắn sẽ rất đa dạng Dướiđây đề tài thống kê những ứng dụng chính của ảnh Landsat trong các nghiên cứu:

* Khả năng ứng dụng của ảnh Landsat TM

Bảng 1.5: Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat TM

TM3 0,63-0,69 (Đỏ) Phân biệt các loại cây trồng, vùng có và không có

(Nguồn: Ứng dụng của ảnh vệ tinh Landsat- Thư viện bài giảng điện tử)

* Khả năng ứng dụng của ảnh Landsat ETM+

Bảng 1.6: Khả năng ứng dụng các kênh phổ của ảnh vệ tinh Landsat ETM+

Kênh

ETM+1 (Xanh lam)0,45 – 0,52

Được ứng dụng nghiên cứu đường bờ, phân biệt thựcvật và đất, lập bản đồ về rừng và xác định các đốitượng khác

ETM+2 0,52 - 0,60(Xanh lục)

Được dùng để đo phản xạ cực đại phổ lục của thực vật,xác định trạng thái thực vật, xác định các đối tượngkhác

( Theo Climategis.com)

* Khả năng ứng dụng của ảnh Landsat 8

Bảng 1.7: Ứng dụng các kênh phổ của ảnh Landsat 8

Được dùng để phân biệt độ ẩm của đất và thựcvật, xuyên qua được các đám mây mỏng

Kênh 7 2,1 – 2.3 (Sóng

ngắn hồng ngoại) (SWIR 2)

Phản ánh rõ nét về độ ảm của đất và thực vậthơn kênh 6

ngoại nhiệt) (TIR)2 Bản đồ nhiệt và đất ở kênh này được xác định rõnét hơn

(Nguồn: Cách đọc ảnh trong viễn thám-Trường đại học KHTN)

Ảnh vệ tinh được xem là nguồn dữ liệu tốt nhất, đặc biệt khi ta cần tính toán

ở tầm phủ lớn Ảnh Landsat có những ưu điểm và nhược điểm sau:

* Ưu điểm của ảnh vệ tinh Landsat:

- Khả năng phân giải phổ tốt, khả năng phân giải không gian 30×30m và cao hơn có thể tới 1m×1m ảnh Landsat là ảnh số nên thích hợp cho việc xử lý bằng các thiết bị xử lý ảnh số hiện đại, cho phép đưa ra nhiều loại sản phẩm ảnh mà phương pháp tương tự không thực hiện được

- Sản phẩm ảnh Landsat được phát hành dưới dạng số và dạng phim ảnh với mức độ xử lý nhiễu và xử lý hình học khác nhau để dễ dàng tiện lợi trong việc sử dụng Ảnh Landsat sử dụng có hiệu quả trong địa chất, trong nông nghiệp, lâm nghiệp và trong nghiên cứu chuyên đề về biển

* Nhược điểm của ảnh Landsat:

- Hạn chế chủ yếu của ảnh Landsat là chưa có ảnh lập thể

- Ảnh Landsat 7 khi tải về để sử dụng thì thường bị lỗi kẻ sọc

- Dữ liệu ảnh Landsat có độ phân giải thời gian thấp (do chu kì lặp là 16 ngày, một tháng có hai cảnh ảnh, có những tháng có một cảnh ảnh mà có trường hợp ảnh lại bị nhiều mây thì sẽ không sử dụng được)

Hiện nay, vệ tinh Landsat có độ phủ chụp tương đối lớn nhằm mở rộng khả năng tiếp cận với nguồn dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat nhằm phục vụ các mục đích theo dõi và giám sát tài nguyên, môi trường

Hình 1.2: Độ phủ chụp của vệ tinh Landsat trên quy mô toàn cầu

Nguồn: nature.com.

1.4 Cơ sở ứng dụng dữ liệu ảnh Landsat trong tính toán nhiệt độ bề mặt đất

1.4.1 Cơ sở lý thuyết tính toán nhiệt độ bề mặt

Như ta đã biết mọi vật thể ở nhiệt độ lớn hơn 0K đều phát xạ Đặc điểm(cường độ và phổ) của bức xạ phát xạ này phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ và hệ số

phát xạ của đối tượng Tính chất bức xạ nhiệt của các đối tượng tự nhiên dựa vàonguyên tắc bức xạ của vật đen tuyệt đối Trong vật lý học, vật đen tuyệt đối, hayngắn gọn là vật đen, là vật hấp thụ hoàn toàn tất cả các bức xạ điện từ chiếu đến nó,bất kể bước sóng nào Điều này có nghĩa là sẽ không có hiện tượng phản xạ hay tán

xạ trên vật đó, cũng như không có dòng bức xạ điện từ nào đi xuyên qua vật

Năm 1879, Josef Stefan qua nhiều thí nghiệm về bức xạ nhiệt, kết hợp vớinhững cơ sở lý thuyết do Ludwig Boltzmann đưa ra sau đó ít lâu, đã tổng kết thành

định lý Stefan- Boltzmann: “Công suất bức xạ nhiệt của một vật thì tỷ lệ với lũy thừa bậc bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật bức xạ và diện tích bề mặt vật bức xạ”.

j* = σ x T4 (1.1)

Trong đó:

j*: công suất bức xạ nhiệt

σ: Hệ số Stefan–Boltzmann constant, có giá trị là:

σ = 2 π5k4

15 c2h3=5 670400×10

−8Js−1 m−2K−4

.T: nhiệt độ tuyệt đối ( độ K)

Hình 1.3: Đặc điểm phát xạ nhiệt của vật chất [6]

Theo phương trình, tổng nhiệt lượng phát ra từ bề mặt vật đen thì khác nhautheo tỷ lệ với lũy thừa bậc 4 của nhiệt độ tuyệt đối Viễn thám đo được năng lượngphát ra của vật, do đó đo được nhiệt độ của vật Viễn thám đo các bức xạ theo cácdải sóng khác nhau, tuy nhiên sự bức xạ nhiệt chỉ bắt đầu từ dải hồng ngoại nhiệt.

Với vật đen tuyệt đối, nó phát xạ toàn bộ năng lượng rơi vào nó khi làm chonhiệt độ của nó tăng lên, còn vật chất thực chỉ phát ra một phần năng lượng rơi vào

nó Khả năng phát xạ nhiệt gọi là độ phát xạ nhiệt ()

 = Năng lượng nhiệt phát ra của một vật tại một nhiệt độ nào đó / Nănglượng phát ra của vật đen tại cùng nhiệt độ đó

 có giá trị từ 0 đến 1: giá trị  khác nhau phụ thuộc vào thhành phần vậtchất, ở nhiệt độ khác nhau thì sự phát xạ cũng khác nhau Ngoài ra sự phát xạ cònkhác nhau ở dải sóng và góc phát xạ

Từ giới hạn về nhiệt độ tuyệt đối của các đối tượng trên mặt đất (dao độngxung quanh giá trị 300oK), cực đại của quang phổ bức xạ rơi vào quãng 9,6 m, vìthế theo lý thuyết, bức xạ nhiệt của các đối tượng bề mặt có thể thu được bằng cách

sử dụng các kênh thu được ở bước sóng khoảng 10 m Mặt khác, đặc điểm quangphổ của khí quyển cho thấy cửa sổ khí quyển trong vùng phổ 8-14 m (hình 1.4),nơi hấp thụ khí quyển ít nhất và thông qua đó các nguồn năng lượng của mặt đất cóthể truyền qua với ít thất thoát nhất Vì thế, vùng phổ này (gọi là bước sóng quangphổ nhiệt) thường được chọn để xác định nhiệt độ của các đối tượng mặt đất Tuynhiên đây lại là vùng mà hơi nước có khả năng hấp thụ rất lớn nên trong viễn thámngười ta phải giới hạn vùng phổ sử dụng vào hai cửa sổ của khí quyển ở các dảisóng: 3,7-4,2m và 8,4-13,4m

Các thiết bị viễn thám đều hoạt động ở dải sóng 8-14 m và ở dải sóng đó,các đối tượng tự nhiên trên bề mặt Trái Đất có sự phát xạ nhiệt rất khác nhau Sựkhác biệt đó liên quan đến thành phần vật chất và trạng thái cấu trúc của đối tượng.Dưới đây là giá trị phát xạ của một số đối tượng tự nhiên điển hình trong dải sóng8-14 m:

Bảng 1.8: Sự phát xạ của một số đối tượng tự nhiên trong dải sóng 8-14 m

(Nguồn: Viễn thám hồng ngoại nhiệt)

1.4.2 Tính toán chỉ số nhiệt độ bề mặt đất từ ảnh Landsat

Phương pháp tính toán nhiệt độ bề mặt đất dựa trên phép tính chuyển đổinhiệt độ từ giá trị độ xám trên kênh nhiệt của ảnh Landsat Quá trình thực hiện bắtđầu từ việc chuyển đổi giá trị số (Digital Number-DN) sang giá trị bức xạ phổ Lλ,

Hình 1.4: Cửa số khí quyển và các vùng phát xạ nhiệt [6]

sau đó chuyển đổi tiếp giá trị bức xạ phổ này sang giá trị nhiệt độ Quá trình nàyđược thực hiện theo quy trình sau:

a Chuyển đổi giá trị số (DN) sang giá trị bức xạ phổ (Lλ))

Độ phân giải phổ liên quan đến số lượng dữ liệu mà ảnh có thể ghi nhận đểgiải thích lượng thông tin thu nhận từ bộ cảm Ví dụ, ảnh Landsat lưu giữ thông tintrong một dải số từ 0-255, trong đó điểm ảnh có giá trị 0 nghĩa là không phản xạ,

255 là phản xạ hoàn toàn Mỗi giá trị đó được gọi là giá trị độ xám (DigitalNumber- DN) Ví dụ, Landsat TM có thể lưu trữ thông tin với 8 bit dữ liệu (28, tức0-255); MODIS - 16 bit dữ liệu (216, tức 0-65535)

Các bộ cảm biến ghi nhận cường độ bức xạ điện từ bề mặt đất được thể hiệntheo giá trị số nguyên dương DN với mỗi kênh Điều này thật sự tốt cho công tácgiải đoán đối tượng trên bề mặt đất Các giá trị độ xám này phụ thuộc vào tính chấthình học khi thu nhận thông tin của vệ tinh, vào vị trí của mặt trời, điều kiện thờitiết… lúc thu nhận thông tin

Dữ liệu Landsat TM được thu nhận dưới dạng ảnh xám độ 8 bit còn dữ liệuLandsat 8 được thu nhận dưới dạng ảnh xám độ 16 bit của sản phẩm mức độ1G Do

đó cần phải chuyển đổi giá trị độ xám của dữ liệu ảnh số này sang giá trị bức xạ phổ

là giá trị phản ánh năng lượng phát ra từ mỗi vật thể được thu nhận trên kênh nhiệt.Phương pháp chuyển đổi với các thế hệ ảnh Landsat khác nhau thì sẽ khác nhau

Giá trị số (DN)

Giá trị bức xạ phổ (Lλ))

Giá trị nhiệt độ (Kenvil)

Giá trị nhiệt độ Celcius (oC)

* Với ảnh Landsat ETM, ETM+ thì việc chuyển đổi này được thực hiện theobiểu thức sau:

L λ= L max−L min

QCAL max−QCAL minx (QCAL¿¿ max−QCAL min)+¿ ¿ L min (1.2)

Trong đó:

-L min: là giá trị bức xạ phổ nhỏ nhất tương ứng với giá trị QCAL min

- L max: là giá trị bức xạ phổ lớn nhất tương ứng với giá trị QCAL max .

-L λ: giá trị bức xạ phổ Đơn vị của Lλ là W/(m2.sr.μm).m)

- QCAL: giá trị độ xám của kênh ảnh

- QCAL min: là giá trị độ xám nhỏ nhất

- QCAL max: là giá trị độ xám lớn nhất

* Với ảnh Landsat 8 thì việc chuyển đổi này thực hiện theo công thức sau:

-A Llà hệ số đối với từng kênh ảnh cụ thể (giá trịRADIANCE_ADD_BAND_x trong dữ liệu ảnh LANDSAT 8, với x là kênh ảnh)

- QCAL giá trị độ xám của kênh ảnh

Các giá trị M L , A L, L min, L max, QCAL min, QCAL max được liệt kê trong bảng 1.9 và bảng

1.10 dưới đây

b Chuyển đổi giá trị bức xạ phổ sang nhiệt độ

Sau khi hiệu chỉnh bức xạ, giá trị bức xạ phổ sẽ được sử dụng để tính nhiệt

độ sáng (brightness temperature) Việc xác định nhiệt độ từ giá trị bức xạ của ảnhhồng ngoại nhiệt LANDSAT được thực hiện theo công thức Planck:

T = K 2 /ln(K 1 /L λ + 1) (1.4)

Trong đó:

- T = Nhiệt độ hiệu quả trên vệ tinh (Đơn vị Kelvin).

- K1, K2: hằng số đối với ảnh vệ tinh Landsat

+ K1: hệ số hiệu chỉnh 1 Đơn vị: W/m2.Ster.µm

+ K2: hệ số hiệu chỉnh 2 Đơn vị: K

- L λ: Giá trị bức xạ phổ (W/m2.Ster.µm)

c.Chuyển nhiệt độ Kenvil về đơn vị Celcius(℃ )

- Giá trị nhiệt độ tính theo ℃:

1.5 Các phương pháp nghiên cứu

Ngoài phương pháp chính là phương pháp viễn thám sử dụng tư liệu ảnhLANDSAT để tính toán nhiệt độ bề mặt đất cho khu vực nghiên cứu, để thực hiệncác nội dung nghiên cứu của luận văn, học viên còn sử dụng các phương pháp khác,

cụ thể là:

- Phương pháp khảo sát thực địa: được dùng để thu thập tài liệu, số liệu,thông tin cần thiết liên quan đến nhiệt độ bề mặt đất ở khu vực nghiên cứu.

- Phương pháp thu thập, tổng hợp, phân tích và đánh giá tài liệu: tổng hợp,phân tích các tài liệu, số liệu thu thập được, làm cơ sở so sánh, đối chứng với cáckết quả tính toán nhiệt độ bề mặt đất để làm rõ xu hướng biến đổi của nhiệt độ bềmặt đất theo không gian và thời gian, từ đó thành lập bản đồ nhiệt độ bề mặt đất củakhu vực nghiên cứu

- Phương pháp bản đồ: là phương pháp được sử dụng để phân tích và kết nối

dữ liệu, xử lý các bước trung gian, và hiển thị kết quả phân tích từ các phương phápkhác

CHƯƠNG II CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT ĐẤT NÓI

CHUNG VÀ CỦA TỈNH LÂM ĐỒNG NÓI RIÊNG 2.1 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất

2.1.1 Cán cân nhiệt của mặt đất

Mặt đất thu được năng lượng bức xạ mặt trời nhưng đông thời nó lại bị mất

đi một phần năng lượng do quá trình trao đổi nhiệt với các lớp đất bên dưới, với lớpkhí quyển bên trên, cung cấp cho quá trình bốc hơi của nước và một số quá trìnhsinh vật khác

Để hiểu được nguyên nhân của sự thay đổi nhiệt độ bề mặt đất, cần phải xemxét quá trình thu- tỏa năng lượng của bề mặt đất

Trên hình 2.1, trình bày về sơ đồ cán cân nhiệt của bề mặt đất vào ban ngàycũng như ban đêm Cán cân nhiệt cảu bề mặt đất và ban ngày được viết dưới dạng:

L

và các lớp không khí bên trên tới bề mặt đất Ngoài ra vào ban đêm, sự bốc hơithường ngưng lại và được thay thế bằng quá trinh ngược lại- quá trình ngưng kếthơi nước trên mặt đất Quá trình này khiến mặt đất tỏa nhiệt.

2.1.2 Các nhân tố ảnh hưởng đến nhiệt độ bề mặt đất

Thực tế, tuy năng lượng bức xạ trên một vùng rộng là như nhau, song nhiệt độđất trên từng loại bề mặt đất trong vùng đó lại khác nhau Điều này phụ thuộc vào khảnăng hấp thụ nhiệt của từng loại đất khác nhau Không chỉ có màu sắc, hình dạng, đặctính của bề mặt đất, mà nhiệt dung, độ dẫn nhiệt của đất, lớp phủ mặt đất và loại hình

sử dụng đất cũng có vai trò lớn trong việc làm biến đổi nhiệt độ của bề mặt đất [1]

* Nhiệt dung thể tích của đất

Nhiệt dung thể tích của đất là nhiệt lượng cần thiết chi 1cm3 đất tăng lên haygiảm đi một độ Nhiệt độ của bề mặt đất phụ thuộc vào nhiệt dung thể tích của đất.Đất có nhiệt dung càng lớn thì biến thiên nhiệt độ đất sẽ càng nhỏ Do sự khác biệtgiữa nhiệt dung thể tích của nước và nhiệt dung thể tích của không khí nên nhiệtdung của đất phụ thuộc vào lượng nước và lượng không khí chứa trong đất

- Nhiệt dung thể tích của nước là 1 cal/cm3.độ

- Nhiệt dung thể tích của không khí là 0,0003 cal/cm3.độ

- Nhiệt dung thể tích trung bình của đất là 0,4÷ 0,6 cal/cm3.độ

Do đó đất càng ẩm thì, nhiệt dung thể tích của đất càng tăng, ngược lại trongđất khô và chứa nhiều không khí thì nhiệt dung thể tích của đất càng giảm Như vậyđất ẩm sẽ nóng lên và lạnh đi chậm hơn đất khô và ngược lại

* Độ dẫn nhiệt của đất

Độ dẫn nhiệt của đất là khả năng dẫn nhiệt từ lớp đất nóng nhiều hơn sanglớp đất nóng ít hơn Nó có giá trị bằng lượng nhiệt đi qua một thiết diện (1cm) trongmột giây làm cho nhiệt độ giảm đi một độ trên 1cm Độ dẫn nhiệt của đất càng lớnthì nhiệt độ của nó biến thiên càng ít

Độ dẫn nhiệt của đất tăng lên hay giảm đi phụ thuộc vào lượng nước vàlượng không khí chứa trong đất:

- Độ dẫn nhiệt của không khí là D k= 0,0005 cal/cm.giây.độ

- Độ dẫn nhiệt của nước là D n= 0,0005 cal/cm.giây.độ

Từ đó cho thấy rằng đất càng ẩm thì độ dẫn nhiệt của đất càng lớn Khi đó, lượngnhiệt trên bề mặt đất sẽ truyền xuống các lớp đất dưới sâu nhanh hơn, nên đối với đất ẩmthì nhiệt độ bề mặt đất sẽ biến thiên chậm hơn là so với đất khô và ngược lại

* Lớp phủ mặt đất

Lớp phủ mặt đất là tất cả các thành phần vật chất tự nhiên và nhân tạo baophủ trên bề mặt trái đất bao gồm các yếu tố thực vật (mọc tự nhiên hoặc đượctrồng), các công trình kinh tế – xã hội được xây dựng của con người, thổ nhưỡng,nước, dải đất cát…Lớp phủ mặt đất thể hiện trạng thái tự nhiên Trải qua thời gian,lớp phủ mặt đất đã không ngừng biến đổi đặc biệt dưới tác động mạnh mẽ của thiêntai, con người – đó là các hoạt động phát triển kinh tế – xã hội

Đất trống trên sườn dốc nóng lên mạnh hơn so với đất được lớp phủ thực vậtche phủ (bảng 2.1) Lớp phủ thực vật che tối bề mặt đất và hấp thụ một lượng bức

xạ lớn và thậm chí hấp thụ toàn bộ lượng bức xạ mặt trời đi tới Nhưng cũng vàothời gian này, nó làm mặt đất nóng lên và tạo ra tán xạ hữu hiệu; mặc dù vậy phíadưới lớp phủ thực vật, mùa hè đất lạnh hơn đất trống và mùa đông - ấm hơn [2]

Bảng 2.1: Hiệu nhiệt độ của đất tại sườn dốc hướng Nam và hướng Bắc ở độ

sâu 10cm vào tháng 7 ( dốc nghiêng 20 – 22 độ)

(Nguồn: Giáo trình Khí tượng nông nghiệp- NXB trường ĐH Quốc gia HN)

Về mùa hè nhiệt độ của đất bỏ hoá ở độ sâu 20cm nóng hơn 5 - 6 ℃so vớiđất được trồng cây ở cùng độ sâu Rừng có ảnh hưởng đặc biệt lên nhiệt độ của đất,nhiệt độ trung bình năm của đất trong rừng ở độ sâu 1m thấp hơn 1℃ so với ngoàiđồng, mùa hè đất trong rừng ở độsâu 20cm mát hơn 5 - 6℃ so với vùng đất trống

* Loại hình sử dụng đất

Việc sử dụng đất đai cũng có ảnh hưởng lớn đối với lượng nước bốc hơi.Những thay đổi về nhiệt độ, lượng mưa, thời điểm mưa và những thay đổi về hìnhthái trong chu trình nước: mưa - nước bốc hơi… đều dẫn đến sự thay đổi cơ chế ẩmtrong đất, lượng nước ngầm và các dòng chảy Hơn nữa, lượng phát thải khí nhàkính do sử dụng đất và chuyển mục đích sử dụng đất cũng là nguyên nhân đối với

sự gia tăng nhiệt độ bề mặt đất mà việc chặt phá rừng vẫn còn diễn ra dẫn đến suythoái rừng là một trong những nguyên nhân chính

Việt Nam có diện tích tự nhiên hơn 33 triệu ha, trong đó diện tích sông suối,núi đá và các đảo chiếm gần 2 triệu ha, còn lại khoảng 31 triệu ha là diện tích đấtliền, được phân bố theo các nhóm đất như sau:

Bảng 2.2: Hiện trạng, biến động sử dụng đất đai cả nước năm 1990-2008

TT Mục đích sử dụng đất

Diện tích (1000ha) Tỉ lệ (%) Diện tích (1000ha) Tỉ lệ (%)

Diện tích (1000ha )

Tỉ lệ (%)

1 Diện tích đất tự nhiên 33.103 100 32.924 100 33.115 100

2 Đất nông nghiệp 16.406 49,56 20.388 61,92 24.997 75,49

3 Đất phi nông nghiệp 2.422 7,32 3.253 9,88 3.386 10,22

4 Đất chưa sử dụng 14.275 43,12 9.283 28,20 4.732 14,29

(Nguồn: Bộ tài nguyên và Môi trường)

Bên cạnh đó, nhiệt độ bề mặt đất còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như:

- Màu sắc của bề mặt đất: bề mặt đất có màu sắc càng tối thì thi sẽ càng hấpthụ được nhiều nhiệt, nên nhiệt độ của nó sẽ biến thiên càng nhanh và ngược lại

- Đặc tính của bề mặt đất: trên bề mặt đất có lớp phủ thực vật, nhiệt độ sẽbiến chậm hơn so với trên bề mặt đất không có lớp phủ thực vật

- Hình dạng của bề mặt đất (hay địa hình): trên bề mặt lồi nhiệt độ của nó sẽbiến thiên ít hơn so với ở bề mặt lõm

- Độ cao của bề mặt đất so với mực nước biển: càng lên cao biến thiên nhiệt

Hình 2.2: Bản đồ tỉnh Lâm Đồng [3]

Lâm Đồng có 2 thành phố thuộc tỉnh và 10 huyện, 149 đơn vị hành chính cấp

xã gồm 118 xã, 18 phường và 12 thị trấn [5]

Bảng 2.3: Danh sách các đơn vị hành chính trực thuộc tỉnh Lâm Đồng [5]