Tóm tắt Luận án Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ Mặt Trời tại Lưu vực Sông Cầu

 1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của luận án 
Bốc thoát hơi nước bề mặt đất ETa (evapotranspiration) là quá 
trình chuyển đổi khối lượng nước từ bề mặt (đất) thành hơi nước (bốc 
hơi) và từ thảm thực vật (thoát hơi nước) vào bầu không khí. Bức xạ 
Mặt Trời cung cấp năng lượng làm gia tăng nhiệt độ bề mặt của mặt 
nước và mặt đất tạo điều kiện chuyển hóa các phân tử nước từ thể 
lỏng sang thể hơi. Thực tế, rất khó để đo lường ETa trực tiếp và trong 
hầu hết các ứng dụng, ETa được tính toán bằng cách sử dụng các mô 
hình lý thuyết, thực nghiệm. Độ tin cậy định lượng bốc thoát hơi nước 
ETa không chỉ là một nhiệm vụ quan trọng cho các nhà quản lý nguồn 
tài nguyên nước, mà còn là một thách thức đối với các nhà khoa học. 
Với sự phát triển của công nghệ viễn thám, trong những năm gần 
đây các nhà nghiên cứu trên thế giới đang từng bước ứng dụng công 
nghệ viễn thám ước tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất 
ETa từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám, giảm 
đáng kể về chi phí và công sức cho công tác quan trắc ngoại nghiệp. 
Trong khi đó ở Việt Nam, để xác định lượng bốc thoát hơi nước người 
ta thường sử dụng phương pháp đo đạc trực tiếp tại các trạm quan trắc 
khí tượng riêng biệt rải rác trên khu vực, đây là công việc hết sức khó 
khăn và tốn kém. Trung bình mỗi tỉnh thành chỉ có một đến vài ba 
trạm, từ đó nội suy ra các vùng lân cận. Số liệu đo từ nguồn này có 
thuận lợi là có số liệu đo hàng ngày và dữ liệu được ghi chép trong 
thời gian dài, nhưng số liệu thô do điểm đo ít và thưa thớt, không thể 
cung cấp một cách chi tiết dữ liệu giữa các trạm quan trắc trong một 
khu vực rộng lớn. Vì vậy, chúng không đảm bảo tính tổng quát, tính 
khách quan cho toàn vùng. Một thực tế hiện nay là ở Việt Nam, có khá 
đầy đủ các loại tư liệu ảnh viễn thám; từ loại ảnh vệ tinh có độ phân 
giải thấp và trung bình như ảnh MODIS, LANDSAT đến các loại ảnh 
vệ tinh ASTER, SPOT có độ phân giải cao phủ trùm lãnh thổ Việt 
Nam chụp ở các thời kỳ khác nhau. Với các loại ảnh này, kết hợp với 
một số dữ liệu về khí tượng thủy văn cho phép nghiên cứu xác định 
lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời trong một 
chu trình thời gian phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ nguồn tài 
 2 
nguyên nước một cách có hiệu quả. Với tính cấp thiết nêu trên, luận 
án tiến sĩ đã được đề xuất “Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám 
xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ Mặt Trời tại Lưu vực Sông 
Cầu”. 
2. Mục tiêu nghiên cứu 
 Mục tiêu của luận án là nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định 
lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt 
Trời được chiết xuất từ tư liệu ảnh viễn thám phù hợp với điều kiện 
địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam. 
3. Nội dung nghiên cứu 
 - Nghiên cứu tổng quan các khái niệm về bốc thoát hơi nước và các 
phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi nước. 
 - Nghiên cứu đề xuất phương pháp xác định lượng bốc thoát hơi 
nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ 
dữ liệu viễn thám, thí điểm cho Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam. 
 - Đề xuất quy trình xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề 
mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ tư liệu viễn thám. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
 - Phương pháp phân tích, tổng hợp: Để có được các đánh giá một 
cách tổng quan các nội dung liên quan đến lĩnh vực của đề tài, nghiên 
cứu sinh sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp một số tài liệu, các 
kết quả nghiên cứu ứng dụng các phương pháp tính toán lượng bốc 
thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết 
xuất từ dữ liệu viễn thám đã được công bố trên thế giới và ở Việt Nam. 
Từ đó, đề xuất phương pháp phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu 
tại Lưu vực Sông Cầu ở Việt Nam. 
 - Phương pháp viễn thám: Phương pháp viễn thám là phương pháp 
sử dụng tư liệu ảnh viễn thám để nghiên cứu, chiết xuất năng lượng 
bức xạ Mặt Trời và tính toán lượng bốc thoát hơi nước bề mặt đất, lấy 
ví dụ cho khu vực nghiên cứu là Lưu vực Sông Cầu. 
 - Phương pháp thực nghiệm: Tác giả tiến hành thực nghiệm chiết 
xuất năng lượng bức xạ Mặt Trời từ ảnh viễn thám và tính toán lượng 
bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu ở các thời 
điểm khác nhau bằng phương pháp viễn thám. Đây là phương pháp 
ứng dụng công nghệ cao, đã và đang được nghiên cứu áp dụng trên thế 
giới. 
 3 
 - Phương pháp mô hình: Các nghiên cứu được thể hiện dưới dạng 
các mô hình lý thuyết, mô hình trực quan, các sơ đồ, biểu đồ nhằm 
nâng cao hiệu quả và thể hiện rõ ràng các kết quả nghiên cứu. 
5. Phạm vi nghiên cứu 
 Khu vực nghiên cứu thí điểm là phạm vi Lưu vực Sông Cầu ở miền 
Bắc Việt Nam, với diện tích Lưu vực hơn 6030 km2, trải rộng trên địa 
phận của 5 tỉnh: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Bắc Ninh, Bắc 
Giang và Thành phố Hà Nội. 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 
6.1. Ý nghĩa khoa học: Xây dựng được cơ sở khoa học và minh 
chứng thực tiễn thành công khả năng ứng dụng công nghệ viễn thám 
trong xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng 
lượng bức xạ Mặt Trời chiết xuất từ ảnh viễn thám. Có thể nói đây là 
nghiên cứu đầu tiên về ứng dụng công nghệ viễn thám để xác định 
lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất dựa vào bức xạ Mặt Trời 
được chiết xuất từ tư liệu viễn thám ở Việt Nam. 
6.2. Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu của luận án là tư liệu hỗ 
trợ về lý thuyết và thực tiễn ứng dụng công nghệ viễn thám trong xác 
định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất từ năng lượng bức 
xạ mặt trời chiết xuất từ ảnh viễn thám. Từ các kết quả nghiên cứu của 
luận án, phương pháp thực hiện có tính khả thi cao và có thể ứng dụng 
cho các hệ thống Lưu vực sông của Việt Nam. 
7. Luận điểm bảo vệ của luận án 
Luận điểm 1: Có thể thay thế tính toán bức xạ ròng của phương pháp 
FAO-56 PM (phương pháp truyền thống) bằng phương pháp viễn 
thám theo mô hình S-SEBI, sai số xác định lượng bốc thoát hơi nước 
thực tế bề mặt đất có thể đạt được nhỏ hơn 20%. 
Luận điểm 2: Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt 
độ bề mặt chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT, kết hợp với việc 
xác định hệ số “liên hệ c” sẽ nâng cao độ chính xác xác định lượng 
bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất lên trên 5%. 
8. Những điểm mới của luận án 
 Đưa công nghệ viễn thám vào lĩnh vực chiết xuất bốc thoát hơi 
nước thực tế bề mặt đất thông qua xác định các tham số phù hợp với 
điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu của Việt Nam bao 
gồm: 
 4 
 - Đề xuất xác định hệ số liên hệ c: Hệ số “liên hệ c” được định 
nghĩa là hệ số liên kết giữa ba đại lượng: (1) Tỷ phần bốc thoát hơi 
nước tức thời ETFi tính theo phương pháp S-SEBI, (2) bốc thoát hơi 
nước thực tế bề mặt đất tính theo phương pháp Priestley-Taylor, và 
(3) bốc thoát hơi nước tham chiếu tính theo phương pháp FAO-56 PM. 
Việc đề xuất hệ số “liên hệ c” nhằm nâng cao độ chính xác tính toán 
lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu của 
Việt Nam. 
 - Đề xuất hệ số a trong phương pháp Priestley-Taylor được khảo 
nghiệm trong điều kiện địa hình và khí hậu ở Lưu vực Sông Cầu của 
Việt Nam nằm trong khoảng 0,95-1,05 sẽ cho phép tính toán bốc thoát 
hơi nước thực tế bề mặt đất với sai số tuyệt đối trung bình có thể đạt 
được nhỏ hơn 20% so với kết quả đo ngoại nghiệp. 
 - Dựa vào bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính theo phương 
pháp viễn thám và bốc thoát hơi nước tham chiếu tính theo phương 
pháp FAO-56 PM đề xuất xác định hệ số cây trồng hỗn hợp Kc trên 
quy mô diện rộng, nhanh và hiệu quả. 
 - Đề xuất xây dựng quy trình tính toán lượng bốc thoát hơi nước 
thực tế bề mặt đất theo mô hình S-SEBI (Mô hình chỉ số cân bằng 
năng lượng bức xạ bề mặt giản lược) phù hợp với điều kiện địa hình 
và khí hậu tại Lưu Sông Cầu của Việt Nam. 
9. Khối lượng và kết cấu của luận án 
 Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án có 3 chương: Chương 1: 
Tổng quan về bốc thoát hơi nước do bức xạ Mặt Trời và phương pháp 
nghiên cứu; Chương 2: Cơ sở khoa học xác định lượng bốc thoát hơi 
nước thực tế bề mặt đất dựa vào năng lượng bức xạ Mặt Trời chiết 
xuất từ tư liệu ảnh viễn thám; Chương 3: Thực nghiệm xác định lượng 
bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu bằng sử 
dụng tư liệu ảnh LANDSAT-7. 
NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN 
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BỐC THOÁT HƠI NƯỚC DO 
BỨC XẠ MẶT TRỜI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 
1.1. Khái niệm cơ bản về bốc thoát hơi nước và các yếu tố ảnh 
hưởng đến bốc thoát hơi nước 
1.1.1. Khái niệm cơ bản về bốc thoát hơi nước (Lượng nước bốc hơi) 
 5 
 - Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa (evapotranspiration) 
là quá trình chuyển đổi khối lượng nước từ bề mặt (đất) thành hơi nước 
(bốc hơi) và từ thảm thực vật (thoát hơi nước) vào bầu không khí. 
 - Bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo là lượng nước dùng để tưới 
cho một cây trồng là cỏ chuẩn, trồng và chăm sóc đúng kỹ thuật, phủ 
đều trên toàn bộ mặt đất và được cung cấp nước đầy đủ theo một điều 
kiện tối ưu. 
 - Hệ số cây trồng Kc (Crop coefficient) là tỉ số giữa lượng bốc thoát 
hơi nước thực tế bề mặt đất trong từng giai đoạn sinh trưởng và phát 
triển của cây trồng với lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu (Kc= ETa 
/ETo). 
1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước 
 Các yếu tố ảnh hưởng đến bốc thoát hơi nước gồm; bức xạ mặt trời, 
nhiệt độ, gió và độ ẩm không khí. Sự bốc thoát hơi nước từ bề mặt địa 
hình tăng lên khi bức xạ Mặt Trời lớn, nhiệt độ môi trường tăng cao, 
không khí trở nên khô, gió mạnh, độ ẩm thấp (Lê Anh Tuấn, 2009). 
1.2. Tổng quan các phương pháp truyền thống xác định lượng bốc 
thoát hơi nước 
1.2.1. Nhóm phương pháp trực tiếp xác định lượng bốc thoát hơi 
nước ngoài thực địa 
 Nhóm phương pháp dựa trên nền tảng khí tượng học để xác định 
tổng lượng bốc thoát hơi nước thông qua các thiết bị đo đạc trực tiếp 
ngoài ngoại nghiệp, một số phương pháp tiêu biểu gồm: Phương pháp 
Thủy tiêu kế (Lysimeter); tương quan gió cuốn (Eddy Covariance); sử 
dụng thiết bị cảm biến (Bowen ratio) và Phương pháp chậu Pan A. 
1.2.2. Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc 
khí tượng 
 Nhóm phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí 
tượng dựa trên số liệu đo đạc khí tượng tại các trạm quan trắc khí tượng 
để ước tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. Một số nhóm 
phương pháp thực nghiệm sử dụng số liệu quan trắc khí tượng tính bốc 
thoát hơi nước thực tế gồm: Nhóm phương pháp sử dụng năng lượng 
bức xạ Mặt Trời; sử dụng lý thuyết về ngân sách nước; sử dụng lý 
thuyết ngân sách năng lượng và Nhóm phương pháp kết hợp. Phương 
pháp Penman-Monteith (FAO-56 PM) nằm trong nhóm phương pháp 
kết hợp được coi là phương pháp đáng tin cậy nhất để ước tính bốc 
 6 
thoát hơi nước tham chiếu cho các thời điểm khác nhau. Công thức 
FAO-56 PM tính lượng bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo như sau: 
ET0 =
0.48∆(𝑅𝑛 − 𝐺) + 𝛾
900
𝑇 + 273
𝑢2(𝑒𝑠 − 𝑒𝑎)
∆ + 𝛾(1 + 0,3𝑢2)
(1.2) 
 Trong đó: ETo - Lượng bốc thoát hơi tham chiếu chung đối với cây 
trồng (mm/ngày); Rn - Bức xạ ròng trên bề mặt cây trồng 
(MJ/m2/ngày); G - Thông lượng nhiệt trong đất (MJ/ m2/ngày); T - 
Nhiệt độ trung bình ngày bề mặt đất (°C); u2 - Tốc độ gió tại chiều cao 
2 m từ mặt đất (m/s); es - Áp suất hơi nước bão hòa (kPa); ea - Áp suất 
hơi nước thực tế (kPa); ∆ - Độ dốc của áp suất hơi nước trên đường 
cong quan hệ nhiệt độ (kPa/ °C); γ - Hằng số ẩm (kPa/ °C). 
 Hiện nay, trong thực tế người ta hay sử dụng phương pháp 
Priestley-Taylor để tính lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất. 
Do đây là phương pháp đơn giản, sử dụng ít số liệu ngoại nghiệp 
nhưng có độ chính xác xấp xỉ với độ chính xác của phương pháp chặt 
chẽ FAO-56 PM. 
1.3. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám xác 
định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời 
1.3.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới 
 Việc ứng dụng ảnh viễn thám trong tính toán lượng bốc thoát hơi 
nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời trên thế giới hiện nay chủ yếu tập 
trung vào giải pháp cân bằng năng lượng bề mặt đất EB (energy 
balance), đây là giải pháp sử dụng phản xạ bề mặt đất trên ảnh viễn 
thám ở dải phổ nhìn thấy, phần cận hồng ngoại của quang phổ điện từ 
và nhiệt độ bề mặt, bức xạ ròng từ kênh ảnh nhiệt hồng ngoại của ảnh 
viễn thám. Cách tiếp cận này dựa trên cơ sở khoa học cho rằng lượng 
bốc thoát hơi nước là sự thay đổi trạng thái của nước sử dụng năng 
lượng có sẵn trong môi trường để bốc hơi. Các phương pháp cân bằng 
năng lượng bề mặt đất dựa trên sự biến đổi bức xạ ảnh vệ tinh về đặc 
trưng bề mặt đất, suất phân sai bề mặt đất Albedo, chỉ số thực vật, phát 
xạ bề mặt và nhiệt độ bề mặt để tính toán bốc thoát hơi nước như là số 
hiệu chỉnh trong phương pháp cân bằng bề mặt đất. Theo các nghiên 
cứu khoa học đã được công bố trên các tạp chí trên thế giới thì hiện 
nay có một số phương pháp viễn thám tiêu biểu để xác định lượng bốc 
thoát hơi nước như sau: Phương pháp cân bằng năng lượng bề mặt cho 
đất (SEBAL); Phương pháp lập Bản đồ bốc thoát hơi nước bằng kiểm 
định nội hóa (METRIC); Mô hình hai nguồn (TSM); Hệ thống cân 
 7 
bằng năng lượng bề mặt (SEBS); Chỉ số cân bằng năng lượng bề mặt 
(SEBI) và Phương pháp chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt 
giản lược (S-SEBI). 
1.3.2. Tổng quan về những kết quả nghiên cứu trong nước 
 Ở Việt Nam các công trình nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám 
xác định lượng bốc thoát hơi nước từ năng lượng bức xạ Mặt Trời 
chưa có nhiều. Theo các tài liệu đã được công bố trên các tạp chí trong 
và ngoài nước từ trước đến nay có một số công trình nghiên cứu ứng 
dụng dữ liệu ảnh Modis xác định bức xạ Mặt Trời và áp dụng một số 
phương pháp thực nghiệm để tính toán lượng bốc thoát hơi nước cho 
khu vực phía Bắc Việt Nam của nhóm tác giả Lương Chính Kế và các 
cộng sự. 
1.4. Những vấn đề được phát triển trong luận án 
 Qua các kết quả nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam những vấn 
đề được phát triển trong luận án bao gồm: (1) Nghiên cứu chiết xuất 
năng lượng bức xạ ròng từ tư liệu ảnh viễn thám; (2) Nghiên cứu xây 
dựng quy trình tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo 
phương pháp S-SEBI; (3) Nghiên cứu, khảo sát kết hợp tư liệu ảnh 
LANDSAT với mô hình số độ cao (DEM) và hệ số “liên hệ c” nhằm 
nâng cao độ chính xác trong tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực 
tế bề mặt đất tại Lưu vực Sông Cầu; (4) Nghiên cứu, khảo sát xác định 
hệ số a trong phương pháp Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa 
hình và khí hậu ở Lưu vực Sông Cầu; (5) Xác định hệ số cây trồng Kc 
từ ảnh viễn thám phục vụ công tác xác định nhu cầu nước của cây 
trồng để có thể áp dụng trong điều kiện thực tiễn của Việt Nam. 
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH LƯỢNG BỐC 
THOÁT HƠI NƯỚC THỰC TẾ BỀ MẶT ĐẤT DỰA VÀO 
NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI CHIẾT XUẤT TỪ TƯ 
LIỆU ẢNH VIỄN THÁM 
2.1. Đặc tính phản xạ phổ của các  ... ệ tinh LANDSAT-7 để tính toán 
nhiệt độ bề mặt Ts cho hai thời điểm ngày 04/11/2000, và ngày 
23/11/2001. Nhiệt độ bề mặt Ts trước và sau khi hiệu chỉnh chênh cao 
địa hình bằng DEM trong bảng 3.10a. 
Bảng 3.10a: Nhiệt độ bề mặt Ts trước và sau khi hiệu chỉnh chênh cao 
địa hình tại 06 điểm quan trắc 
Trạm quan trắc 
Ngày 04/11/2000 Ngày 23/11/2001 
Ts (
o
K) 
Ts_DEM 
(
o
K) 
ΔT(oK) 
Ts (
o
K) 
Ts_DEM 
(
o
K) 
ΔT(oK) 
1.Bắc Ninh 300.04 300.05 0.019 296.47 296.49 0.021 
2.Bắc Giang 303.70 303.75 0.046 297.20 297.24 0.051 
3.Vĩnh Yên 301.12 301.23 0.111 296.00 296.11 0.110 
4.Tam Đảo 292.80 297.26 4.452 289.08 293.61 4.530 
5.Thái Nguyên 299.43 299.66 0.234 295.79 296.02 0.231 
6.Bắc Kạn 302.70 303.60 0.897 295.96 296.85 0.891 
 - Trong nội dung của Luận án, nghiên cứu sinh xác định nhiệt độ 
không khí gần mặt đất Ta thông qua mối quan hệ tuyến tính giữa nhiệt 
độ bề mặt đất Ts_DEM (sau khi đã hiệu chỉnh ảnh hưởng chênh cao 
địa hình) và số liệu nhiệt độ bề mặt đo đạc ngoài thực địa. 
3.2.3.6. Tạo ảnh bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất trung bình ngày 
 Sau khi tính được các tham số trung gian thay vào công thức (2.9) 
tính được ảnh bức xạ ròng trung bình giờ Rni(W/m2/giờ). 
Bảng 3.10c: Bức xạ ròng trung bình giờ trước và sau khi hiệu chỉnh 
chênh cao địa hình bởi DEM tại vị trí 06 điểm quan trắc 
Trạm quan trắc 
Ngày 04/11/2000 Ngày 23/11/2001 
Rni 
(W/m
2
/ 
giờ) 
Rni _DEM 
(W/m
2
/giờ) 
Δrni 
(W/m
2
/
giờ) 
Rni 
(W/m
2
/
giờ) 
Rni _DEM 
(W/m
2
/giờ) 
Δrni 
(W/m
2
/ 
giờ) 
1 2 3 4=2-3 5 6 7=5-6 
1.Bắc Ninh 438,60 443,40 -4,80 423,67 418,74 4,93 
2.Bắc Giang 470,40 445,50 24,90 441,93 397,08 44,85 
3.Vĩnh Yên 434,60 462,00 -27,40 431,39 427,17 4,22 
4.Tam Đảo 590,90 564,30 26,60 548,84 493,57 55,27 
5.Thái Nguyên 450,10 487,70 -37,60 453,11 442,42 10,69 
6.Bắc Kạn 409,10 430,80 -21,70 415,17 431,38 -16,21 
 - Ảnh và biểu đồ phân bố bức xạ ròng hấp thụ bởi bề mặt đất trung 
bình ngày chiết xuất từ ảnh vệ tinh LANDSAT-7 cho hai thời điểm 
ngày 04/11/2000 và ngày 23/11/2001 tại Lưu vực Sông Cầu trên hình 
3.14a và hình 3.14b. 
 17 
0.0 (MJ/m2/ngày) 23.13 
0.0 (MJ/m2/ngày) 17.38 
Hình 3.14a: Bức xạ ròng trung 
bình ngày chiết xuất từ ảnh 
LANDSAT-7 thời điểm ngày 
(04/11/2000) 
Hình 3.14b: Bức xạ ròng 
trung bình ngày chiết xuất từ 
ảnh LANDSAT-7 thời điểm 
ngày (23/11/2001) 
3.2.4. Xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa tại 
Lưu vực Sông Cầu dựa vào năng lượng bức xạ ròng trung bình ngày 
chiết xuất từ ảnh viễn thám theo phương pháp S-SEBI 
3.2.4.1. Tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời ETFi 
 Đồ hình chọn đường biên xác định hệ số lý thuyết tỷ phần bốc thoát 
hơi nước tức thời được mô tả trên hình 3.15a và hình 3.15b. 
Hình 3.15a: Biểu đồ mô tả mối 
quan hệ giữa nhiệt độ Ts và 
Suất phân sai bề mặt đất α ngày 
04/11/2000 
Hình 3.15b: Biểu đồ mô tả mối 
quan hệ giữa nhiệt độ Ts và 
Suất phân sai bề mặt đất α 
ngày 23/11/2001 
 18 
 - Các hệ số a, b được xác định thông qua mối quan hệ giữa nhiệt 
độ bề mặt Ts và suất phân sai bề mặt đất α (albedo) cho hai thời điểm 
ngày 04/11/2000 và ngày 23/11/2001 được thể hiện ở bảng 3.13. 
Bảng 3.13. Hệ số a, b xác định tỷ phần bốc thoát hơi nước tức thời 
ETFi của 2 thời điểm theo phương pháp S-SEBI 
3.2.4.2. Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất trung bình ngày ETa 
(mm/ngày) 
 Trong luận án trình bày bốc thoát hơi nước thực tế ETa được tính 
với ba trường hợp gồm: trước và sau khi nhiệt độ Ts đã được hiệu 
chỉnh chênh cao địa hình bởi DEM và sau khi hiệu chỉnh hệ số liên hệ 
c (kí hiệu lần lượt ETa_VT1, ETa_VT2 và ETa_VT3). 
3.2.5. Thành lập phương trình xác định hệ số “liên hệ c” 
 Phương pháp chỉ số cân bằng năng lượng bức xạ bề mặt giản lược 
S-SEBI để xác định lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa 
là phương pháp đồ giải. Trong khi đó hai phương pháp Priestley-Taylo 
và phương pháp FAO-56 PM là hai phương pháp sử dụng số liệu thực 
nghiệm. Do vậy, để phương pháp S-SEBI có thể ứng dụng trong điều 
kiện địa hình và khí hậu tại Lưu vực Sông Cầu có tính chặt chẽ về lý 
thuyết và thực tiễn, thì hệ số “liên hệ c” cần phải xác định. Công thức 
xác định hệ số “liên hệ c” được đề xuất trong luận án như sau: 
𝑐 =(ETa_PT)/(ETFi × ETo_Rnd_VT ) (3.1) 
- Ảnh bôc thoát hơi nước sau khi hiệu chỉnh các tham số được thể hiện 
tại hình 3.20a và hình 3.20b. Kết quả đánh giá các sai số được thể hiện 
ở bảng 3.15a và bảng 3.15b. 
Bảng 3.15a: Độ chính xác xác định ETa_VT3 (mm/ngày) theo phương 
pháp S-SEBI sau khi đã hiệu chỉnh hệ số c, ngày 04/11/2000 
Giá trị 
Các hệ số (ngày 04/11/2000) Các hệ số ngày (23/11/2001) 
a b a b 
𝐓𝑯 46.45 -42.20 36.52 -31.10 
𝐓𝑳𝑬 16.39 36.33 12.84 28.95 
Trạm quan trắc ETa-VT1 
(mm/ngày) 
ETa-VT2 
(mm/ngày) 
ETa-VT3 
(mm/ngày) 
ETa-TĐ 
(mm/ngày) 
Sai số thực 
(mm/ngày) 
1 2 3 4 5 6=5-4 
1.Bắc Ninh 3.83 3.82 3.84 4.9 1.06 
2,Bắc Giang 2.28 2.28 2.40 3.9 1.50 
3.Vĩnh Yên 4.01 3.02 3.02 3.1 0.08 
4.Tam Đảo 4.86 4.67 4.68 4.3 -0.38 
 19 
0.00 6.34 
0.0 4.57 
Hình 3.20a: Ảnh ETa_VT3 
(mm/ngày) ngày 04/11/2000 
Hình 3.20b: Ảnh ETa_VT3 
(mm/ngày) ngày 23/11/2001 
Bảng 3.15b: Độ chính xác xác định ETa_VT3 (mm/ngày) theo phương 
pháp S -SEBI sau khi đã hiệu chỉnh hệ số c, ngày 23/11/2001 
5.Thái Nguyên 3.03 3.39 3.39 4.4 1.01 
6.Bắc Kạn 3.18 3.15 2.65 2.8 0.15 
Trung bình 3.53 3.39 3.33 3.9 
SSTP (mm/ngày) 1.07 0.92 0.87 
SSTĐTB theo % 25.26 19.27 17.86 
Trạm quan trắc ETa-VT1 
(mm/ngày) 
ETa-VT2 
(mm/ngày) 
ETa-VT3 
(mm/ngày) 
ETa-TĐ 
(mm/ngày) 
Sai số thực 
(mm/ngày) 
1 2 3 4 5 6=5-4 
1.Bắc Ninh 2.67 2.62 2.60 3.4 0.80 
2,Bắc Giang 2.37 1.86 2.29 2.9 0.61 
3.Vĩnh Yên 2.89 2.40 2.40 2.4 0.00 
4.Tam Đảo 4.11 3.67 3.71 3.5 -0.21 
5.Thái Nguyên 2.97 3.05 3.05 3.1 0.05 
6.Bắc Kạn 2.59 2.71 2.75 2.4 -0.35 
Trung bình 2.93 2.72 2.80 2.95 
SSTP (mm/ngày) 0.50 0.55 0.44 
SSTĐTB theo % 15.14 13.28 11.41 
 20 
3.2.6. Khảo sát xác định tham số a sử dụng trong phương pháp 
Priestley-Taylor phù hợp với điều kiện địa hình và khí hậu của Lưu 
vực Sông Cầu của Việt Nam 
 Kết quả khảo sát tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế theo 
phương pháp Priestley-Taylor dựa vào bức xạ ròng trung bình ngày 
chiết xuất từ ảnh LANDSAT cho 07 trường hợp sử dụng tham số a 
khác nhau gồm: a = 1.26, a = 0.90, a = 1.00, a = 0.95, a = 1.05, a theo 
tham số nhiệt độ Ts và theo các tham số Ts, albedo và NDVI, với ký 
hiệu tương ứng là ETa-PT1, ETa-PT2, ETa-PT3, ETa-PT4, ETa-PT5, 
ETa-PT6 và ETa-PT7 (mm/ngày) được trình bày ở bảng 3.18 và bảng 
3.19. Kết quả cho thấy hệ số a trong khoảng 0,95-1,05 sẽ cho phép 
tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất với sai số tuyệt đối 
trung bình có thể đạt được nhỏ hơn 20% so với kết quả đo ngoại 
nghiệp. 
Bảng 3.18: Khảo sát tính ETa_PT trung bình ngày theo phương pháp 
Priestley-Taylor với hệ số a khác nhau của ngày 04/11/2000 
Bảng 3.19: Khảo sát tính ETa_PT trung bình ngày theo phương pháp 
Priestley-Taylor với hệ số a khác nhau của ngày 23/11/2001 
Trạm quan 
trắc 
ETa-
TĐ 
ETa-
PT1 
ETa-
PT2 
ETa-
PT3 
ETa-
PT4 
ETa-
PT5 
ETa-
PT6 
ETa-
PT7 
1.Bắc Ninh 4.9 4.08 2.92 3.15 3.08 3.40 3.28 1.81 
2.Bắc Giang 3.9 4.04 2.88 3.38 3.05 3.37 2.07 1.74 
3.Vĩnh Yên 3.1 4.07 2.90 3.32 3.07 3.39 3.73 1.81 
4.Tam Đảo 4.3 5.00 3.57 4.10 3.77 4.17 5.66 4.53 
5.Thái 
Nguyên 
4.4 
4.20 
3.00 
3.51 
3.17 3.50 
2.65 
2.69 
6.Bắc Kạn 2.8 3.76 2.69 2.91 2.84 3.13 2.39 1.01 
SSTP 
0.72 
1.12 
0.84 
0.98 0.77 1.38 
1.91 
SSTĐTB % 
16.2 
23.23 
15.82 
19.26 
15.76 32.5 
43.87 
Trạm quan 
trắc 
ETa-
TĐ 
ETa-
PT1 
ETa-
PT2 
ETa-
PT3 
ETa-
PT4 
ETa-
PT5 
ETa-
PT6 
ETa-
PT7 
1.Bắc Ninh 3.4 3.57 2.55 2.83 2.69 2.97 2.93 1.48 
2.Bắc Giang 2.9 3.55 2.54 2.82 2.68 2.96 2.37 1.25 
3.Vĩnh Yên 2.4 3.60 2.57 2.86 2.72 3.00 2.99 1.56 
4.Tam Đảo 3.5 4.26 3.04 3.38 3.21 3.55 5.76 2.94 
5.Thái 
Nguyên 
3.1 
3.73 
2.66 
2.96 
2.81 3.11 3.33 
1.83 
6.Bắc Kạn 2.4 3.34 2.39 2.65 2.52 2.79 3.03 0.92 
SSTP 
 0.79 
0.46 
0.33 
0.37 0.34 1.03 
1.36 
SSTĐTB % 24.6 
12.95 
9.16 
10.99 8.65 26.64 
43.41 
 21 
3.2.7. Khảo sát bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo theo phương 
pháp FAO-56 PM từ năng lượng bức xạ ròng chiết xuất từ các 
phương pháp khác nhau 
 Tính ET0 theo phương pháp FAO-56 PM, với 03 trường hợp: (1) 
Rnd_VT chiết xuất từ ảnh LANDSAT; (2) Rnd_FAO1 (trong đó bức 
xạ Mặt Trời đi tới Rs được xác định theo công thức Ăngstrom); (3) 
Rnd_FAO2 (trong đó bức xạ Mặt Trời đi tới Rs được xác định theo 
công thức thực nghiệm của Việt Nam do Trung tâm Khí tượng thuỷ 
văn đề xuất với Rs=n*0.25+6, với n là số giờ nắng thực). 
3.2.8. Khảo sát mối quan hệ giữa bốc thoát hơi nước tham chiếu 
ETo với các tham số Albedo, NDVI, Ts và Rnd_VT tính toán từ ảnh 
viễn thám 
 Bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo_Rnd_VT có mối tương quan 
mạnh với chỉ số thực vật NDVI (với hệ số tương quan R2 lần lượt là 
0.92 thời điểm ngày 04/11/2000 và 0.81 thời điểm ngày 23/11/2001). 
3.2.9. Tính ảnh bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo dựa vào chỉ số 
thực vật NDVI 
 Tính toán ảnh bốc thoát hơi nước tham chiếu dựa vào hàm tương 
quan giữa bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo_Rnd_VT và NDVI với 
hàm số về hệ số tương quan lần lượt như sau (với hàm tương quan 
y=1.9989*x+3.7475, hệ số Hệ số tương quan R2=0.92 cho thời điểm 
ngày 04/11/2000 và hàm tương quan y=2.0511*x+2.1793, hệ số Hệ số 
tương quan R2=0.81 cho thời điểm ngày 23/11/2001. 
 3.2.10. Xác định hệ số cây trồng Kc 
 Cho tới nay ở Việt Nam hệ số cây trồng Kc chủ yếu xác định cho 
hệ số cây trồng đơn cho từng loại cây trồng khác nhau. Trong nội dung 
nghiên cứu, nghiên cứu sinh tính toán hệ số cây trồng hỗn hợp Kc 
trung bình tương ứng với từng pixel ảnh theo công thức Kc=ETa/ETo 
thể hiện tại hình 3.25a và hình 3.25b. Ngoài ra trong Luận án đã phân 
ra ba khu vực đặc trưng Bắc Ninh, Vĩnh Phúc và Bắc Kạn, cho thấy 
hệ số cây trồng Kc tính toán từ ảnh phù hợp với bản đồ hiện trạng sử 
dụng đất trong khu vực. 
 22 
Hình 3.25a: Ảnh hệ số cây trồng 
Kc ngày 04/11/2000 
Hình 3.25b: Ảnh hệ số cây trồng 
Kc ngày 23/11/2001 
3.2.11. Khảo sát bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 
theo phương pháp S-SEBI với các tham số ETo_Rnd_VT, Rnd, Ts, 
NDVI, và Albedo chiết xuất từ ảnh viễn thám 
 Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp 
S-SEBI có mối tương quan mạnh với nhiệt độ Ts chiết xuất từ viễn 
thám (với hệ số tương quan R2 lần lượt là 0.99 và 0.97). 
3.2.12. Khảo sát mối quan hệ giữa bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt 
đất ETa_VT3 theo phương pháp S-SEBI với các tham số khí tượng 
đo đạc ngoài thực địa 
 Kết quả tính hệ số tương quan và hàm tương quan giữa bốc thoát 
hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 theo phương pháp S_SEBI với 
các tham số khí tượng đo đạc ngoài thực địa được thể hiện ở bảng 
3.32. 
 23 
Bảng 3.32: Hệ số tương quan R2 giữa ETa_VT3 theo phương pháp S-
SEBI với các tham số khí tượng thực địa ngày 04/11/2000 và ngày 
23/11/2001 
 Tốc độ 
gió U2 
Giờ 
nắng 
thực n 
Độ ẩm 
không 
khí RH 
Nhiệt độ 
bề mặt 
Ts_TĐ 
ETa_TĐ 
ETa_VT3 (2000) 0.47 0.23 0.73 0.69 0.38 
ETa_VT (2001) 0.84 0.07 0.61 0.77 0.34 
3.2.13. So sánh đánh giá bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính 
theo phương pháp S-SEBI từ bức xạ ròng trung bình ngày tính toán 
theo các phương pháp khác nhau 
 Kết quả đánh giá bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính theo 
phương pháp S-SEBI từ bức xạ ròng trung bình ngày với 03 trường 
hợp bức xạ ròng ở mục 3.2.7 đã làm sáng tỏ thêm luận điểm 1 của luận 
án. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
A. KẾT LUẬN 
 Kết quả nghiên cứu của luận án “Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn 
thám xác định lượng nước bốc hơi do bức xạ Mặt Trời tại Lưu vực 
Sông Cầu” đã khẳng định Ứng dụng tư liệu viễn thám cho phép chúng 
ta chiết xuất được lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất 
ETa_VT3 trên quy mô diện rộng, nhanh chóng và hiệu quả. Thông 
qua kết quả nghiên cứu và thực nghiệm của Luận án, nghiên cứu sinh 
rút ra một số kết luận như sau: 
 1. Có thể thay thế tính toán bức xạ ròng theo phương pháp truyền 
thống (phương pháp FAO-56 PM) bằng phương pháp viễn thám S-
SEBI, sai số tuyệt đối trung bình xác định lượng bốc thoát hơi nước 
thực tế bề mặt đất ETa_VT3 tại Lưu vực Sông Cầu (cho hai trường 
hợp sau khi hiệu chỉnh nhiệt độ Ts và hệ số “liên hệ c”) nhỏ hơn 20%. 
 2. Sử dụng mô hình số độ cao (DEM) để hiệu chỉnh nhiệt độ bề mặt 
Ts chiết xuất từ kênh ảnh nhiệt LANDSAT, kết hợp với việc xác định 
hệ số “liên hệ c” đã nâng cao độ chính xác xác định lượng bốc thoát 
hơi nước thực tế bề mặt đất trong điều kiện địa hình và khí hậu tại Lưu 
vực Sông Cầu lên trên 5%. 
 3. Sử dụng phương pháp Priestley-Taylor cho điều kiện địa hình và 
khí hậu ở Lưu vực Sông Cầu với ứng dụng ảnh LANDSAT, hệ số a 
 24 
của phương pháp nhận tối ưu trong khoảng 0,95-1,05, sai số tuyệt đối 
trung bình tính toán bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất không lớn 
hơn 20%. 
 4. Dựa vào bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất tính theo phương 
pháp viễn thám và bốc thoát hơi nước tham chiếu tính theo phương 
pháp FAO-56 PM giúp cho việc xác định hệ số cây trồng hỗn hợp Kc 
trên quy mô diện rộng và nhanh. 
 5. Nghiên cứu sinh đã xây dựng và ứng dụng thành công quy trình 
tính toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương 
pháp S-SEBI cho điều kiện địa hình và khí hậu ở Lưu vực Sông Cầu 
của Việt Nam. Có thể áp dụng quy trình này tính toán bốc thoát hơi 
nước thực tế bề mặt đất cho các Lưu vực Sông tại Việt Nam (với điều 
kiện xác định các tham số phù hợp với điều kiện của từng khu vực). 
 6. Bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 xác định theo 
phương pháp S-SEBI có mối tương quan mạnh với nhiệt độ Ts_TĐ và 
độ ẩm không khí RH đo ngoài thực địa, và nhiệt độ Ts_VT tính toán 
từ ảnh viễn thám. Đây là những chỉ dẫn hết sức quan trọng cho cán bộ 
khoa học khi đo đạc nhiệt độ Ts_TĐ và độ ẩm không khí RH ở ngoài 
thực địa và tính toán nhiệt độ Ts từ ảnh viễn thám phục vụ xác định 
bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất theo phương pháp viễn thám. 
 7. Bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo_Rnd_VT có mối tương quan 
mạnh với chỉ số thực vật NDVI. Do đó, có thể xây dựng hàm hồi quy 
giữa ETo_Rnd_VT và chỉ số thực vật NDVI phục vụ công tác tính 
toán bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo_Rnd_VT cho toàn bộ Lưu 
vực Sông Cầu. 
B. KIẾN NGHỊ 
 1. Cần có thêm các nghiên cứu ứng dụng phương pháp S-SEBI tính 
toán lượng bốc thoát hơi nước thực tế bề mặt đất ETa_VT3 cho các 
vùng có điều kiện địa hình và khí hậu khác nhau để kiểm chứng lại 
Mô hình và Quy trình nhằm ứng dụng phương pháp viễn thám trên 
quy mô lãnh thổ Việt Nam. 
 2. Bốc thoát hơi nước tham chiếu ETo có mối tương quan rất mạnh 
với chỉ số thực vật NDVI. Trong tương lai, nghiên cứu sinh tiêp tục 
nghiên cứu tính toán hệ số cây trồng Kc thông qua chỉ số thực vật 
NDVI trong điều kiện của Việt Nam.