Ước tính lượng bốc thoát hơi nước cây trồng trên lưu vực sông Cầu bằng tích hợp tư liệu ảnh Landsat 7 và số liệu khí tượng

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

ƯỚC TÍNH LƯỢNG BỐC THỐT HƠI NƯỚC CÂY TRỒNG
TRÊN LƯU VỰC SƠNG CẦU BẰNG TÍCH HỢP TƯ LIỆU
ẢNH LANDSAT-7 VÀ SỐ LIỆU KHÍ TƯỢNG
1

2

Lương Chính Kế , Nguyễn Văn Hùng ,
Trần Ngọc Tưởng3 , Nguyễn Ngọc Anh3
1
Hội Trắc địa, Bản đồ và Viễn thám Việt Nam, email:
2
Cục Viễn thám quốc gia, email:
3
Bộ Công an, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Việc xác định chính xác lượng bốc hơi có
ý nghĩa quan trong trong việc xác định nhu
cầu nước cho cây trồng của một khu vực. Hệ
số cây trồng (Kc) liên quan đến lượng bốc hơi
của một loại cây trồng trong một thời kỳ sinh
trưởng cụ thể đối với loại cây trồng tham
chiếu (ET 0 ).
Phương pháp truyền thống xác định Kc:
được đề cập trong tài liệu FAO [2, 3]. Các
tác giả [4] đã chỉ ra rằng phương pháp truyền
thống cho phép dự báo khả năng bốc thoát

hơi nước tiềm năng trong khoảng sai số từ
10% đến 20%.
Phương pháp viễn thám xác định Kc: Đối
với các bề mặt địa hình không đồng nhất gồm
các loại cây trồng khác nhau và giai đoạn
sinh trưởng khác nhau, phương pháp giải tích
tính Kc từ số liệu viễn thám (Kc-gt ) dựa vào
một số tham số lý- sinh bề mặt địa hình trích
xuất từ ảnh viễn thám [1] được phát triển để
xác định Kc tích hợp trong khu vực mà khơng
cần thơng tin về loại cây trồng và giai đoạn
sinh trưởng của nó [6]. Xu thế sử dụng chỉ số
thực vật để xác định hệ số cây trồng bằng tư
liệu ảnh viễn thám, sau đó tính bốc thốt hơi
nước thực tế trung bình ngày đang được
nhiều cơ sở nghiên cứu quan tâm [6-10]. Đây
chính là mục đích nghiên cứu giới thiệu trong
bài báo này.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ SỐ
LIỆU, TƯ LIỆU KHU VỰC NGHIÊN CỨU

2.1.Phương pháp
Ước tính lượng bốc hơi thực tế trung bình
ngày (ETa, mm/ngày) bằng cách sử dụng hệ
số cây trồng giải tích (Kc-gt ) là hàm số của chỉ
số thực vật NDVI được trích xuất từ ảnh vệ
tinh khi bốc thoát hơi nước tham chiếu (ET o )
[5] được xác định từ số liệu khí tượng:
ET a = Kc-gt x ET o

với

Kc-gt = a.NDVI + b

(1)

Dựa vào phương pháp giải tích của
DEMETER (DEMonstration of Earth
observation Technologies in Routine
irrigation advisory service) (D’Urso et al.,
2007) [4] với Kc-gt :
Kc-gt =

PET(rs  rs min )
ETo

(2)

Trong đó: PET(rs = rsmin ) – Bốc thốt hơi
nước tiềm năng cho trường hợp nhận kháng
bề mặt rs = minimum; ET o – Bốc thoát hơi
nước tham chiếu tính theo FAO 56 [5].
2.2. Dữ liệu và số liệu khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu “lưu vực sông Cầu”
nằm trong phạm vi tọa độ địa lý: 21o 07' 22o 18' N, 105o 28' - 106o 08' E. Trên lưu vực
có 06 trạm quan trắc khí tượng với các số
liệu đo ngày 23/11/2001: nhiệt độ khơng khí

345

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

T a, vận tốc gió u, giờ nắng thực n, độ ẩm
khơng khí RH và bốc thốt hơi nước thực tế
ET a-TĐ (do Cục khí tượng thủy văn cung cấp).
Tư liệu ảnh LANDSAT-7 ETM thu nhận
ngày 23/11/2001 ở mức xử lý 1T, độ phân
giải ảnh đa phổ là 30mx30m. Mơ hình số độ
cao (DEM) của lưu vực từ bản đồ địa hình
1/25.000 đã đưa về độ phân giải 30x30m
trong hệ VN-2000.

Hình 1. Biến thiên ETa của các phương án

3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Sau khi tính Kc-gt theo (2), nội dung thực
nghiệm tiến hành giải quyết 2 phương án:
a/ Phương án 6T: Sử dụng sáu cặp NDVI
và Kc-gt xác định a, b tối ưu (công thức 1) của
Kc (Kc-6T).
b/ Phương án 3T: Sử dụng 3 cặp trị NDVI
và Kc-gt (Bắc Giang, Vĩnh Yên và Tam Đảo)
xác định a, b tối ưu (công thức 1) của Kc (Kc3T). Sử dụng 3 điểm kiểm định 3C (Bắc Ninh,
Thái Nguyên, Bắc Kạn) để đánh giá. Kết quả
của 2 phương án để ước tính ETa (mm/ngày)
thu được:

-0.36

0.89

0.88

0.94

Kc-6T

NDVI

ETa-6T = Kc-6T . ETo
=(-0,0465.NDVI+0,9288).ETo (3)
ETa-3T = Kc-3T . ETo
=(0,8228xNDVI – 0,0541).ETo (4)
ET a của hai phương án 6T và 3T so với
ET a-TĐ (thực địa) trên khu điểm 6 trạm khí
tượng được thể hiện trên hình 1.
Bảng 1. Tham số thống kê
của 2 phương án (23/11/2001)
ETa MBE
(mm)
6T 0.048
3T 0.170
3C 0.367

2.08

RMSE (mm); MAE ME AI
(%)

(%)
(-)
(-)
0.191; (6.5)
4.2 0.74 0.88
0.289; (9.8)
8.1 0.59 0.83
0.381; (12.8) 12.2 0.17 0.81

4.19

ETo

1.95

3.57

ETa-6T

Hình 2. Ảnh NDVI và Kc, ET o , ET a của
phương án 6T tại thời điểm 23/11/2001

Do khuôn khổ cho phép của bài báo,
Đánh giá độ chính xác của 2 phương án 6T Hình 2 chỉ thể hiện bốn ảnh NDVI, Kc-6T,
và 3T thông qua 3 sai số: sai số xê dịch trung ET o , ET a-6T của phương án 6T làm ví dụ.
bình (MBE), sai số trung phương (RMSE),
sai số tuyệt đối trung bình (MAE) và 2 tham 4. KẾT LUẬN
số: hệ số hiệu quả mơ hình ME và chỉ số mơ
Bằng phương pháp giải tích sử dụng tư
hình phù hợp AI được thống kê trong bảng 1. liệu viễn thám Landsat tích hợp với số liệu

346


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2018. ISBN: 978-604-82-2548-3

khí tượng cho phép chúng ta xác định hệ số [6] González A.R., J. Kjaersgaard, T. Trooien,
C. Hay, and L. Ahiablame. 2018.
cây trồng tức thời Kc trên pixel ảnh có độ
Estimation of Crop Evapotranspiration
phân giải 30m. Việc xác định Kc tối ưu
Using Satellite Remote Sens ing-Based
(thông qua hệ số a, b) là hàm số của NDVI sẽ
Vegetation Index. Hindawi, Advances in
tăng độ chính xác xác định ET a giao động
Meteorology.Vol. 2018, Article ID
quanh 10%. Điều này rất có ý nghĩa ứng
4525021, 12 pages.
dụng trong quản lý, sử dụng nguồn tài [7] Kamble B., Kilic A., Hubbard K., 2013.
nguyên nước có hiệu quả trước áp lực về biến
Estimating Crop Coefficients Using Remote
đổi khí hậu.
Sensing-Based Vegetation Index. Remote
Sensing, 5(4), 1588-1602.
[8] Minh Le, Ke Luong Chinh, Tuong Tran
Ngoc, Hung Nguyen Van, Son Le Minh,
[1] Allen, R., Tasumi M., Trezza R., Waters R.,
2013. Essessing the accuracy of land surfacr
Bstiaanssen W., 2002. SEBAL Surface
evapotranspriration estimated by Makkink’s
Eneregy Balance Algorithm for Land. Idaho

model based on solar radiation extracted
Implementation. Advanced training and
from Modis data. Proceedings of the 9th
Users manual. v1.
International Conference on Geo[2] Doorenbos , J. and W.O. Pruitt. 1977.
information for Disaster Management,
“Guidelines for predicting crop water
Hanoi, Vietnam, 9-11 Dec. 2013.
requirements .”
FAO Irrigation and
[9]
Luong Chinh Ke, Nguyen Van Hung, Tran
Drainage Paper, FAO, Rome, 24, pp. 144.
Ngoc Tuong, Pham Van Manh, 2014.
[3] Doorenbos , J. and A.H. Kassam. 1986.
Effects of daily net radiation from MODIS
“Yield respons e to water.” FAO Irrigation
on daily reference evapotranspiration.
and Drainage paper, FAO, Rome, 33, pp. 193.
Proceedings of the International
[4] D’Urso et al., 2007. EO technology for
Symposium on Geo-Informatics for Spatialirrigation water control & management.
Infrastructure Development in Earth and
Porfolio/Library of harmonized EO
Allied Sciences (GIS-IDEAS). Da Nang,
technology. Work Package 3. Project
Dec. 6-9, 2014.
deliverable D10a. Draft v.1
[5] FAO Irrigation and Drainage Paper. No. 56: [10] Tuong Ngoc Tran, Ke Chinh Luong. 2015.
Actual evapotranpiration model for North

Guidelines for computing crop water
Vietnam using vegetation indices of Modid
requirement.
data. Proceedings of ACRS 2015.
Philippines.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO

347