NGHIÊN cứu sự THAY đổi NHIỆT độ KHÔNG KHÍ THÀNH PHỐ hà nội DO ẢNH HƯỞNG của QUÁ TRÌNH đô THỊ hóa với sự TRỢ GIÚP của

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------------------

Nguyễn Ngọc Quỳnh

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ
THÀNH PHỐ HÀ NỘI DO ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ
TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA
VIỄN THÁM VÀ GIS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2018


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

--------------------------

Nguyễn Ngọc Quỳnh

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ
THÀNH PHỐ HÀ NỘI DO ẢNH HƯỞNG CỦA QUÁ
TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA
VIỄN THÁM VÀ GIS

Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường
Mã số: 60 85 01 01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHẤM LUẬN

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KHOA HỌC

Hà Nội - Năm 2018


LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành
nhất tới các thầy cô trong khoa Địa lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN. Các thầy cô không chỉ trang bị cho em những kiến thức chuyên
ngành Quản lý tài nguyên môi trường quý báu mà còn tạo mọi điều kiện và chỉ
bảo tận tình giúp em hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS
Nguyễn Ngọc Thạch – người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, động viên và khuyến
khích em trong thời gian học cao học tại khoa Địa lý và hoàn thành luận văn.
Cảm ơn sự động viên của thầy cô, ủng hộ của gia đình và bạn bè trong Khoa
đã giúp đỡ em trong học tập và thực hiện báo cáo này
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Học viên

Nguyễn Ngọc Quỳnh

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các thông tin, tài
liệu trích dẫn trong luận văn được ghi rõ nguồn gốc. Kết quả trong luận văn là trung
thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào trước đây.

Hà Nội, tháng năm 2018
Tác giả luận văn

Nguyễn Ngọc Quỳnh


MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT...........................................................................................3
DANH MỤC HÌNH..................................................................................................4
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN, CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ
KHÔNG KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA......................................................12

1.1. Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ không khí và quá trình đô thị hóa..........12
1.1.1.Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ không khí.............................................12
1.1.2. Tổng quan nghiên cứu đô thị hóa..........................................................23
1.2. Cơ sở lý luận về nhiệt độ không khí và quá trình đô thị hóa...................34
1.2.1 Đảo nhiệt đô thị và các yếu tố ảnh hưởng..............................................34
1.2.2. Vai trò của các yếu tố đô thị hóa trong hiệu ứng đảo nhiệt đô thị.........40
CHƯƠNG 2. KHÁI QUÁT KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU........................................................................................................43

2.1. Khái quát về khu vực nghiên cứu.............................................................43

2.1.1. Điều kiện tự nhiên.................................................................................43
2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội......................................................................46
2.1.3. Tình hình phát triển đô thị thành phố Hà Nội cũ...................................47
2.2. Phương pháp nghiên cứu..........................................................................49
2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu................................................................49
2.2.2. Phương pháp khảo sát điều tra thực địa................................................50
2.2.3. Phương pháp xử lý ảnh viễn thám.........................................................50
2.2.4. Phương pháp phân tích hồi quy.............................................................58
2.2.5. Phương pháp tính chỉ số cường độ đảo nhiệt đô thị (UHI Index).........59
2.3. Sơ đồ các bước nghiên cứu...............................................................................60
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU................................................................61

3.1. Bản đồ nhiệt độ bề mặt, bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội........61
3.1.1. Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt thành phố Hà Nội............................61
3.1.2. Xây dựng bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội............................69
3.2. Biến động đô thị thành phố Hà Nội trong quá trình đô thị hóa giai đoạn
2003 - 2017......................................................................................................76
3.2.1. Biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2003 và 2009.....77
1


3.2.2.Biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2009 và 2017......80
3.2.3. Biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất giai đoạn năm 2003 và 2017.....82
3.2.4. Biến động đô thị về diện tích................................................................83
3.3. Phân tích sự thay đổi nhiệt độ với biến động hiện trạng lớp phủ mặt đất 84
3.3.1. Thành lập bản đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội cũ.......................84
3.3.2. Mối quan hệ giữa đô thị hóa và hiệu ứng đảo nhiệt..............................88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................94
PHỤ LỤC................................................................................................................ 96

2


DANH MỤC VIẾT TẮT
STT
1
2
3
4
5
6
7

Viết tắt
EPA
ERTS
GRDP
LST
UHI
SRI
LPMĐ

Giải thích
Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ
Kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái Đất
Tổng sản phẩm địa phương
Nhiệt độ bề mặt
Đảo nhiệt đô thị
Chỉ số phản chiếu của vật liệu

Lớp phủ mặt đất

3


DANH MỤC HÌNH

4


DANH MỤC BẢNG

5


MỞ ĐẦU
1.TÍNH CẤP THIẾT ĐỀ TÀI
Quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa toàn cầu đang diễn ra rất mạnh mẽ, bên
cạnh đó là sự phát triển vượt bậc của các công trình xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu
về nơi ở, nơi làm việc, hoạt động giải trí, điều kiện giao thông vận tải,... Các thành phố
lớn thuộc các quốc gia là nơi có sự phát triển kinh tế - xã hội cao nhất, là nơi có cơ hội
tìm kiếm việc làm, thuận lợi cho điều kiện sống, mọi tiện ích đều tập trung tại nơi đây;
bởi vậy sự gia tăng dân số tại thành phố tăng cao và dẫn tới sự phát triển các công
trình xây dựng phục vụ cho nhu cầu sử dụng cũng ngày càng dày đặc hơn. Chính các
công trình nhà ở, trung tâm thương mại, khu công nghiệp, công trình giao thông tại
thành phố đã khiến cho quỹ đất tự nhiên đang dần thu hẹp lại, diện tích bề mặt không
thấm nước tăng lên. Bên cạnh đó môi trường không khí ở các trung tâm, thành phố lớn
cũng suy giảm nghiêm trọng: ô nhiễm, nhiệt độ tăng cao, thời tiết oi bức...Nguyên
nhân dẫn đến hiện trạng môi trường không khí suy giảm, ngoài hiện tượng El Nino,
hiện tượng biến đổi khí hậu, phần lớn tại các thành phố còn có sự gia tăng nhiệt đến từ

hiện tượng đảo nhiệt đô thị - Urban Heat Island (UHI).
Trên thế giới, hiện tượng Đảo nhiệt đô thị đã và đang xảy ra mạnh mẽ ở nhiều
thành phố lớn trên thế giới như Tokyo, London, Los Angeles, Washington,… Và cũng
đã có nhiều công trình nghiên cứu hiện tượng đảo nhiệt đô thị cũng như mối tương
quan giữa đảo nhiệt đô thị (UHI) và bề mặt không thấm nước, nhằm tìm ra nhiều giải
pháp khắc phục vấn đề này, đặc biệt trong lĩnh vực thiết kế đô thị và quy hoạch đô thị.
Ở Việt Nam, trong những năm vừa qua, tại khu vực thành phố Hà Nội cũng như cả
khu vực Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ xảy ra đợt nắng nóng kéo dài, cao nhất trong hơn 40
năm qua (từ năm 1971 trở lại đây). Nguyên nhân của nắng nóng ở Hà Nội, đầu tiên
cần nói tới là bức xạ mặt trời, đặc biệt là trực xạ của mặt trời ở nước ta có cường độ rất
cao. Theo dữ liệu thời tiết của Hà nội từ năm 1996 – 2005 [nguồn: dữ liệu thời tiết của
phần mềm Trace 700 theo dữ liệu của Tổ chức Khí tượng thế giới] cho thấy cường độ
bức xạ trực xạ trung bình của mặt trời từ 10h đến 14h có những ngày trong tháng 5 có
thể đạt từ 800W/m2 đến hơn 900W/m2 (cường độ bức xạ mặt trời ở ngoài vùng khí
quyển là 1350W/m2). Nguyên nhân thứ hai là do sự hoạt động của áp thấp nóng phía
Tây, có nguồn gốc từ vùng trung tâm ở khu vực Ấn Độ và Myanmar, cộng thêm với

6


gió mùa nhiệt đới biển Bắc Ấn Độ Dương vượt qua Trường Sơn thổi vào đồng bằng
Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ Việt Nam gây ra “hiệu ứng Phơn” làm cho không khí trở nên
nóng và khô. Nguyên nhân thứ ba là hiện tượng El Nino đang diễn ra khiến nhiệt độ
mặt nước biển ở Thái Bình Dương ấm lên, gây ra thời tiết nóng nực, khô hạn khắp
châu Á. Ba nguyên nhân này mang tính lãnh thổ rộng lớn, có tính khách quan không
thể tránh được.
Ngoài các nguyên nhân kể trên còn có nguyên nhân thứ tư gây nên nắng nóng kỷ
lục ở Hà Nội trong thời gian qua, nguyên nhân có tính cục bộ, thường xảy ra trong một
đô thị, đó là hiện tượng đảo nhiệt đô thị. Hiện tượng đảo nhiệt đô thị xảy ra rất nghiêm
trọng ở khí hậu nhiệt đới, khi mà các bề mặt xây dựng không được che nắng và không

gian xanh không thể ngăn chặn ánh nắng mặt trời trực tiếp, cũng như hấp thụ bớt
lượng nhiệt phát sinh từ các hoạt động của đô thị (các công trình kiến trúc chạy máy
điều hòa không khí (ĐHKK) và xe cộ). Trong mấy chục năm trở lại đây Hà Nội đang
diễn ra quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa với tốc độ rất nhanh. Khi giải phóng Thủ
đô, năm 1954, dân số Hà Nội mới có khoảng 30 vạn người, đến 2004 dân số Hà Nội đã
đạt tới trên 3 triệu người, tức là sau một nửa thế kỷ dân số Hà Nội tăng lên tới 10 lần.
Diện tích thành phố Hà Nội năm 1994 là 460 km 2, từ năm 2002 đến nay đã mở rộng
tới 920 km2, tức là chỉ sau 8 năm diện tích đất Hà Nội đã tăng gấp đôi. Số lượng xe
máy đăng ký ở Hà Nội đến năm 1994 là 390.000 xe, đến năm 2004: khoảng 1,5 triệu
xe, tức là sau 10 năm số lượng xe máy ở Hà Nội đã tăng 3,85 lần. GDP trên đầu người
dân Hà Nội năm 2000 là 11,4 triệu/người, năm 2004 là 18,2 triệu/người giá thực tế, tức
là sau 5 năm đã tăng gần 1,6 lần. Theo số liệu thống kê, trên địa bàn Hà Nội luôn có
trên 1.000 công trình xây dựng lớn nhỏ được thi công; mỗi tháng có khoảng 10.000
m2 đường bị đào bới để thi công các công trình hạ tầng kỹ thuật.
Hoạt động đô thị hóa này, khiến diện tích các bề mặt xây dựng gia tăng, gồm các
vật liệu beton, vật liệu hấp thụ nhiệt, kính, vật liệu xây dựng, dẫn tới:
- Khả năng hấp thụ BXMT của các bề mặt: các bề mặt của nhà cửa, đặc biệt mặt
đường có khả năng hấp thụ bức xạ mặt trời (BXMT) rất lớn. Mặt tường gạch trát vữa,
mặt bê tông nhẵn có thể hấp thụ 50% – 70% BXMT, mặt đường (bê tông, asphan…)
hấp thụ tới 80% – 90% BXMT. Đồng thời, nếu như các mặt tường đứng chỉ nhận

7


BXMT một số giờ trong ngày, thì những bề mặt nằm ngang, như mặt mái, mặt đường
nhận BXMT suốt ngày.
- Cơ chế làm nóng không khí ở khu vực có công trình xây dựng: các bề mặt bị BXMT
(đặc biệt trực xạ) chiếu tới sẽ nóng dần lên. Trong một ngày, thông thường lúc 15h là
các bề mặt sẽ có nhiệt độ cao nhất. Không khí tiếp giáp với bề mặt nóng sẽ nóng lên
theo (do trao đổi nhiệt đối lưu), đồng thời còn bị đốt nóng bởi các nguồn nhiệt thải ra

từ xe cộ, từ các máy ĐHKK của công trình kiến trúc xung quanh, dẫn đến tỷ trọng
không khí đô thị giảm dần và bay lên cao, nhường chỗ cho không khí mát hơn thay
vào. Cứ như vậy không khí trong khu vực sẽ nóng dần lên, lan dần ra cả đô thị và nóng
hơn cả không khí nóng của khối không khí của hiệu ứng Phơn từ phía Tây thổi sang.
Gió sẽ đưa không khí nóng này tới các khu vực khác trong đô thị làm cho cả đô thị
nóng lên, gây ra hiện tượng đảo nhiệt đô thị và nóng bức rất khó chịu. Vì vậy nhiệt độ
không khí đô thị thường cao hơn các vùng nông thôn lân cận từ 3 – 5oC.
- Nhiều ao hồ, ngòi rãnh vốn có chức năng điều hòa tích nước cho Hà Nội theo nghiên
cứu cho thấy: sau 10 năm 1986 – 1996 Hà Nội đã san lấp 64,5% diện tích mặt nước
ao, hồ, ngòi rãnh của 4 quận nội thành cũ. Bên cạnh đó bề mặt đất Hà Nội đã bị bê
tông hóa ngày càng lớn, diện tích thảm thực vật có khả năng thấm nước, chứa nước,.
đã giảm đáng kể, diện tích thảm thực vật của 4 quận nội thành cũ giảm đi 12%. Một
trong những công cụ để điều hòa khí hậu là ao hồ và cây xanh. Tuy nhiên, do quá trình
đô thị hóa nên nhiều cây xanh đã bị chặt, nhiều ao hồ san lấp khiến cho nhiệt độ trong
nội thành Hà Nội tăng cao
- Thống kê trong những năm gần đây , nhiệt độ khu vực nội thành luôn gia tăng , năm
sau tăng hơn năm trước. Tháng 6 năm 2017,bình quan nhiệt độ khu vực nội thành đã
tăng lên tới 42 0, còn mặt đường nhựa đã lên tới 49 0, cao hơn nhiều nơi mà trước đây
vẫn có nhiệt độ cao hơn Hà Nội như : Hòa Bình, Sơn La, Việt Trì , Vĩnh Yên, Bắc
Ninh … (các bản tin về tình hình thời tiết tại Hà Nội từ ngày 28 tháng 5 đến 7 tháng 6
năm 2017). Nhiều nhà khoa học như PGS. TS Nguyễn Duy Thịnh (Đại học Bách
Khoa Hà Nội), ông Phạm Ngọc Đăng Phó Chủ tịch Hội Bảo vệ thiên nhiên và Môi
trường Việt Nam,... đã khẳng định do tình trạng biến đổi khí hậu nói chung thì nguyên
nhân chính gây ra tình trạng đó là do quá trình đô thị hóa.

8


Hiện nay, trong bối cảnh đất nước Việt Nam trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp
hóa hiện đại hóa, sự phát triển mạnh mẽ đến từ các công trình xây dựng, đặc biệt là

thành phố Hà Nội đã tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh nói chung cũng
như môi trường không khí nói riêng. Tuy nhiên theo xu thế phát triển kinh tế - xã hội,
việc tiếp tục khai thác sử dụng nguồn tài nguyên tự nhiên, và tác động tới môi trường
thiên nhiên chắc chắn vẫn diễn ra. Bởi vậy trước những yêu cầu bảo vệ môi trường bền
vững, vấn đề đánh giá hiện trạng và đề xuất giải pháp quản lý cho môi trường không
khí, khoanh vùng trên địa bàn thành phố Hà Nội là cần thiết và có ý nghĩa trong thực
tiễn.
Trước thực tế đó, đề tài đã lựa chọn nội dung “Nghiên cứu sự thay đổi nhiệt độ
không khí thành phố Hà Nội do ảnh hưởng của quá trình đô thị hóa với sự trợ giúp
của viễn thám và GIS” là nội dung nghiên cứu của luận văn Thạc sỹ
2. MỤC TIÊU VÀ NHIỆM VỤ
•Mục tiêu của đề tài :
- Dựa vào các thông tin phân tích từ tư liệu Viễn thám và GIS, nghiên cứu hiện
trạng môi trường không khí tại thành phố Hà Nội, xây dựng nên bức tranh cụ thể của
hiện tượng đảo nhiệt đô thị Hà Nội
- Xác định mối tương quan giữa nhiệt độ và đất xây dựng, từ đó đề ra giải pháp
giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng gia tăng nhiệt đô thị cho khu vực thành phố Hà
Nội.
•Nhiệm vụ của đề tài :
- Nghiên cứu đánh giá điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, đặc điểm đô thị hóa thành
phố Hà Nội
- Thành lập bản đồ lớp phủ, nổi bật đặc trưng xây dựng, phân loại nhà cao tầng –
nhà thấp tầng, cây xanh trong thành phố Hà Nội.
- Xác định sự phân bố nhiệt độ bề mặt bằng, sử dụng phương pháp thống kê và
thuật toán hồi quy so sánh chỉ số nhiệt độ cây xanh và đất xây dựng nhằm đánh giá
mối tương quan

9

3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp thu thập số liệu
- Phương pháp khảo sát điều tra thực địa
- Phương pháp xử lý ảnh viễn thám
- Phương pháp phân tích hồi quy
4. CƠ SỞ DỮ LIỆU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• Cơ sở dữ liệu
− Các bài báo, tài liệu liên quan tới vấn đề nghiên cứu về hiện tượng đảo nhiệt đô
thị (UHI), phương pháp xác định nhiệt độ bề mặt từ ảnh viễn thám, các nghiên cứu
về mối tương quan giữa nhiệt độ bề mặt với các yếu tố môi trường
− Tài liệu về đặc điểm khu vực thành phố Hà Nội.
− Tư liệu viễn thám: LANDSAT 5 (năm 2009), LANDSAT 7 (năm 2003),
LANDSAT 8 (năm 2017)
− Kết quả khảo sát của học viên đo (Tháng 06 – 07/2018) bằng Nhiệt kế điện tử
• Phạm vi nghiên cứu
- Đề tài tập trung nghiên cứu trong phạm vi khu vực trung tâm thành phố Hà Nội
trước năm 2008.
- Đối tượng nghiên cứu là nhiệt độ bề mặt đất tại khu vực và lớp phủ .
- Thời gian nghiên cứu : tháng 6 – tháng 7 (tháng có nhiệt độ cao nhất trong năm)
• Nội dung nghiên cứu :
- Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Hà Nội.
- Quá trình đô thị hóa tại trung tâm thành phố Hà Nội (trước năm 2008) từ năm
2003 đến 2017.
- Xây dựng bản đồ nhiệt độ bề mặt đô thị và bản đồ phân loại lớp phủ mặt đất
thành phố Hà Nội cũ.
- Phân tích tác động của quá trình đô thị hóa đối với hiệu ứng đảo nhiệt tại khu
vực.
- Đề xuất đưa ra giải pháp để phát triển đô thị bền vững trong tương lai.

10

5. KẾT QUẢ DỰ KIẾN VÀ Ý NGHĨA
• Kết quả
- Bản đồ nhiệt độ thành phố Hà Nội
- Bản đồ lớp phủ mặt đất thành phố Hà Nội
- Bản đồ đảo nhiệt đô thị thành phố Hà Nội trước năm 2008
• Ý nghĩa
- Làm phong phú cách tiếp cận sự thay đổi môi trường (cụ thể nhiệt độ không khí)
do ảnh hưởng quá trình đô thị hóa.
- Trở thành công cụ phục vụ cho công tác đánh giá mức độ tác động của môi
trường đến khu vực đô thị để định hướng phát triển quy hoạch trong tương lai
6. CẤU TRÚC CỦA BÁO CÁO
Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và kiến nghị, đề tài bao gồm các chương sau :
Chương 1. Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ không khí và quá trình đô thị hóa
Chương 2. Nội dung và phương pháp nghiên cứu
Chương 3. Kết quả nghiên cứu

11


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN, CƠ SỞ LÝ LUẬN NGHIÊN CỨU NHIỆT ĐỘ
KHÔNG KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH ĐÔ THỊ HÓA
1.1. Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ không khí và quá trình đô thị hóa
1.1.1.Tổng quan nghiên cứu nhiệt độ không khí

1.1.1.1. Vấn đề nhiệt độ không khí trên bề mặt đất
Nhiệt độ không khí trên bề mặt đất gọi tắt là nhiệt độ bề mặt là một biến quan
trọng được yêu cầu cho nhiều ứng dụng như khí hậu, thủy văn, nông nghiệp, sinh địa
hóa và các nghiên cứu biến động. Nó được duy trì bởi thành phần đến của bức xạ Mặt

Trời và bức xạ sóng dài, thành phần thoát đi của bức xạ hồng ngoại từ mặt đất, thông
lượng nhiệt hiện và nhiệt ẩn và thông lượng nhiệt đi vào mặt đất. Vì vậy, nhiệt độ bề
mặt là yếu tố chỉ thị tốt của cân bằng năng lượng ở bề mặt Trái Đất. Cân bằng bức xạ
này phụ thuộc vào các đặc trưng truyền dẫn trong dải hồng ngoại của hơi nước, mây,
các phần tử khác, ví dụ các khí nhà kính như CO 2…Nồng độ của các khí này đang
tăng lên và đóng góp vào việc thay đổi khí hậu. Vì vậy, nhu cầu đo đạc liên tục nhiệt
độ ở quy mô toàn cầu và cấp vùng là không thể thiếu được để đặc trưng các thay đổi
khí hậu. Các mục đích khoa học không chỉ quan sát mà còn xác định nguyên nhân và
hệ quả của các hiện tượng thay đổi khí hậu này. Do đó, xác định nhiệt độ bề mặt trong
mọi hoạt động và dài hạn là mối quan tâm thường xuyên của các nhà khoa học. Đối
với các khu vực lớn và ở quy mô không gian của nhiều mô hình tuần hoàn, nhiệt độ bề
mặt chỉ có thể được trích xuất từ các bộ cảm biến trên vệ tinh cung cấp toàn cảnh bề
mặt Trái Đất. Hơn nữa, đo đạc nhiệt độ bề mặt ở các khu vực không thể đến được chỉ
có thể sử dụng các thiết bị đo đặt trên các vệ tinh. Viễn thám có thể đo lường các đặc
tính nhiệt của lớp phủ bề mặt hoặc khí quyển như bức xạ điện từ phát ra, phản xạ, tán
xạ hay truyền dẫn. Các thiết bị thụ động như bức xạ kế, cảm nhận phát xạ từ đối tượng
và trong các dải bước sóng thích hợp, có thể được dùng để suy diễn nhiệt độ từ các
bức xạ đo được.
Đo lường nhiệt độ từ xa với việc sử dụng các nhiệt kế trên vệ tinh đã bắt đầu từ
cuối những năm 1950 và đo lường nhiệt độ bề mặt từ viễn thám vào những năm đầu
1960 với việc phóng vệ tinh TIROS-II. Tuy nhiên, khái niệm đầy đủ cũng như sơ đồ
thực hiện tính nhiệt độ không khí bề mặt chỉ mới bắt đầu vào đầu những năm 1980.

12


Qua nhiều thập kỷ, các kỹ thuật để đo lường nhiệt độ bề mặt đất từ phương pháp đo
bức xạ trong không gian được cải tiến về mặt phương pháp, thiết bị đo cũng như tính
toán. Các kỹ thuật tiên tiến hiện tại cho phép định lượng các hiệu ứng khí quyển và bề
mặt khá tốt. Vùng bước sóng điện từ 3-35μm thường được gọi là vùng hồng ngoại

trong viễn thám mặt đất. Trong vùng này, bức xạ phát ra bởi Trái Đất do tình trạng
nhiệt của chúng lớn hơn nhiều so với bức xạ phản xạ bởi Mặt Trời. Bức xạ hồng ngoại
nhiệt trong dải 8-14μm được phát ra từ bề mặt tương quan với nhiệt độ và độ phát xạ
bề mặt và viễn thám vùng này được dùng để khôi phục giá trị nhiệt độ bề mặt. Tuy
nhiên, có hai vấn đề chính cần phải giải quyết để đạt được nhiệt độ và độ phát xạ bề
mặt từ dữ liệu hồng ngoại nhiệt. Thứ nhất, bức xạ đo được ở bộ cảm biến bị ảnh hưởng
bởi khí quyển từ quá trình hấp thụ và phát xạ lại bởi các khí, chủ yếu là hơi nước trong
vùng hồng ngoại của phổ điện từ. Vì vậy, để ước lượng được nhiệt độ bề mặt đất, cần
phải hiệu chỉnh khí quyển qua việc sử dụng mô hình truyền bức xạ. Thứ hai, bản chất
không xác định được của các số đo nhiệt độ và độ phát xạ. Nếu bức xạ nhiệt được đo
trong N kênh, thì sẽ có N+1 tham số không biết gồm N lớp độ phát xạ và 1 lớp nhiệt
độ bề mặt. Do đó, ước tính độ phát xạ và nhiệt độ trong dữ liệu hồng ngoại nhiệt đa
phổ cần các giả thiết bổ sung để giải biến không xác định (Valor et al. , 1996; Li et al.,
1999). Các giả thiết thường liên quan đến các đo đạc độ phát xạ trong phòng thí
nghiệm hoặc trên thực tế.
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu tính tách biệt độ phát xạ và nhiệt độ bề mặt,
lúc đó giả thiết độ phát xạ là hằng số (phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NEM và
NOR) hoặc nhiệt độ là hằng số (phương pháp tỷ số phổ), biến không biết sẽ được tính
và biến hằng số đã được giả thiết sẽ được tính lại tiếp sau đó. Hoặc yêu cầu biết trước
thông tin bề mặt như phương pháp NDVI để tính độc lập độ phát xạ. Hoặc tính đồng
thời cả hai trong cùng một mô hình (phương pháp tách nhiệt độ và độ phát xạ TES).
Hầu hết các phương pháp này đều ứng dụng cho các bộ cảm biến nhiệt có từ 2 kênh
trở lên. Các phương pháp ước tính nhiệt độ bề mặt có mục đích là bù cho các hiệu ứng
khí quyển và hiệu ứng góc như phương pháp kênh đơn, kỹ thuật tách cửa số hoặc
phương pháp đa kênh và phương pháp đa góc (Dash et al., 2002). Các phương pháp
này đều yêu cầu biết trước thông tin phát xạ bề mặt và tính toán đồng thời với hiệu

13

ứng khí quyển. Điều này sẽ gặp khó khăn khi không có đầy đủ số đo về khí quyển
song hành vào thời kỳ quan trắc của vệ tinh, nhất là đối với các ảnh lịch sử.
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây đã có một số nghiên cứu ứng dụng viễn
thám hồng ngoại nhiệt trong việc ước tính giá trị nhiệt độ cho khu vực đô thị. Phạm
Văn Cự và cộng sự (2004) đã tính thử nghiệm nhiệt độ bức xạ từ ảnh viễn thám
ASTER cho khu vực nội thành Hà Nội vào năm 2003. Tuy nhiên, các nghiên cứu này
chỉ mới dừng ở mức tính toán nhiệt độ bức xạ trên vệ tinh mà chưa xem xét đến yếu tố
độ phát xạ để chuyển về nhiệt độ bề mặt thực. Có xem xét đến ảnh hưởng của độ phát
xạ vật thể có thể kể đến công trình của tác giả Lê Văn Trung và cộng sự (2006) và
(2007). Các số liệu về độ phát xạ này mang tính kế thừa của nước ngoài và chỉ áp
dụng cho từng nhóm đối tượng (thực vật, đất, nước…), không thể hiện sự thay đổi chi
tiết độ phát xạ của từng đối tượng cụ thể. Vì vậy, kết quả không phản ánh được nhiệt
độ bề mặt thực từ các giá trị độ phát xạ bề mặt thực của vật thể trên khu vực nghiên
cứu của mình, điều này dễ dẫn đến kết quả tính chưa chính xác so với thực tế. Hơn
nữa, hầu hết các nghiên cứu này chưa có đánh giá kiểm chứng kết quả tính toán với số
đo quan trắc thực tế.

1.1.1.2. Dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat
Vệ tinh Landsat là tên gọi chung cho hệ thống các vệ tinh chuyên dùng vào mục
đích thăm dò tài nguyên Trái Đất. Đầu tiên nó mang tên ERTS (Earth Resource
Technology Sattellite) - kỹ thuật vệ tinh thăm dò Trái Đất. Hệ thống vệ tinh Landsat
cho tới nay có thể nói là hệ thống vệ tinh mang tính chất quốc tế. Có 8 vệ tinh trong
chương trình này. Hiện nay có Landsat 7 và Landsat 8. Vệ tinh Landsat đầu tiên được
phóng vào ngày 23/7/1972 và ngừng hoạt động vào năm 1978.
Bảng 1. 1: Dải phổ của các cảm biến trên Landsat
Loại bộ cảm

Kênh

TM

Thematic
Mapper
(Landsat-1-5)

Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5

Bước sóng
(μm)
0,45 ÷ 0,52
0,52 ÷ 0,60
0,63 ÷ 0,69
0,76 ÷ 0,90
1,55 ÷ 1,75

Loại
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung

14

Độ phân giải
30 m
30 m

30 m
30 m
30 m


MSS
Multi Spectral
Scanner
(Landsat-1-5)

ETM+

OLI&TIRs

Kênh 6
Kênh 7

10,4 ÷ 12,5
2,08 ÷ 2,35

Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6

Kênh 7
Kênh8
Kênh 1
Kênh 2
Kênh 3
Kênh 4
Kênh 5
Kênh 6
Kênh 7
Kênh 8
Kệnh 9
Kênh 10
Kênh 11

0,5 ÷ 0,6
0,6 ÷ 0,7
0,7 ÷ 0,8
0,8 ÷ 1,1
0,45 ÷ 0,52
0,53 ÷ 0,61
0,63 ÷ 0,69
0,75 ÷ 0,90
1,55 ÷ 1,75
10,4 ÷ 12,5
2,09 ÷ 2,35
0,52 ÷ 0,9
0.433 ÷ 0,453
0,450 ÷ 0,515
0,525 ÷ 0,600
0,63 ÷ 0,68

0,845 ÷ 0,885
1,56 ÷ 1,66
2,1 ÷ 2,3
0,50 ÷ 0,68
1,36 ÷ 1,39
10,3 ÷ 11,3
11,5 ÷ 12,5

Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung

120 m
30 m

Lục
Đỏ
Cận hồng ngoại
Cận hồng ngoại
Chàm
Lục đỏ
Đỏ
Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung
Hồng ngoại nhiệt
Hồng ngoại trung
Lục đến cận hồng ngoại
Coastal aerosol
Chàm
Lục
Đỏ

Near Infrared (NIR)
SWIR 1
SWIR 2
Panchromatic
Cirrus
Thermal Infrared (TIR) 1
Thermal Infrared (TIR) 2

80 m
80 m
80 m
80 m
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
60 m
30 m
15 m
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
30 m
15 m
30 m
100 m

100 m
Nguồn: NASA

1.1.1.3. Tổng quan phương pháp tính nhiệt độ không khí trên bề mặt đất
a) Cơ sở khoa học chiết xuất nhiệt độ không khí trên bề mặt đất từ ảnh viễn
thám
Nguyên lý cơ bản của viễn thám đó là đặc trưng phản xạ hay bức xạ của các đối
tượng tự nhiên tương ứng với từng giải phổ khác nhau. Kết quả của việc giải đoán các
lớp thông tin phụ thuộc rất nhiều vào sự hiểu biết về mối tương quan giữa đặc trưng

15


phản xạ phổ với bản chất, trạng thái của các đối tượng tự nhiên. Những thông tin về
đặc trưng phản xạ phổ của các đối tượng tự nhiên sẽ cho phép các nhà chuyên môn
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, tiến tới
phân loại chúng.
Sóng điện từ được phản xạ hoặc bức xạ từ vật thể là nguồn cung cấp thông tin
chủ yếu về đặc tính của đối tượng .Ảnh viễn thám cung cấp thông tin về vật thể tương
ứng với năng lượng bức xạ ứng với từng bước sóng đã xác định. Đo lường và phân
tích năng lượng phản xạ phổ ghi nhận bởi ảnh viễn thám, cho phép tách thông tin hữu
ích về từng lớp phủ mặt đất khác nhau do sự tương tác giữa bức xạ điện từ và vật thể.
Để hiểu rõ cơ chế tương tác giữa sóng điện từ và khí quyển và việc chọn phổ
điện từ để sử dụng cho việc thu nhận ảnh viễn thám, bảng 1.2 thể hiện đặc điểm của
dải phổ điện từ thường được sử dụng trong kỹ thuật viễn thám như sau:
Bảng 1. 2. Đặc điểm của dải phổ điện từ sử dụng trong kỹ thuật viễn thám
Dải sóng điện từ

Bước sóng

Tia cực tím

0,3 ÷ 0,4μm

Tia nhìn thấy

0,4 ÷ 0,76μm

Cận hồng ngoại
Hồng ngoại trung

0,77÷1,34μm
1,55 ÷ 2,4μm

Hồng ngoại nhiệt

3 ÷ 22μm

Vô tuyến (Rada)

1mm ÷ 30cm

Đặc điểm
Hấp thụ mạnh bởi lớp khí quyển ở tầng cao
(tầng ôzôn), không thể thu nhận năng lượng do
dải sóng này cung cấp nhưng hiện tượng này lại
bảo vệ con người tránh tác động của tia cực tím.
Rất ít bị hấp thụ bởi Oxy, hơi nước và năng
lượng phản xạ cực đại ứng với bước sóng 0,5μm

trong khí quyển. Năng lượng do dải sóng này
cung cấp giữ vai trò trong viễn thám.
Năng lượng phản xạ mạnh ứng với các bước
sóng cận hồng ngoại từ 0,77 ÷ 0,9μm. Sử dụng
trong chụp ảnh hồng ngoại theo dõi sự biến đổi
thực vật từ 1,55 ÷ 2,4μm.
Một số vùng bị hơi nước hấp thụ mạnh,dải sóng
này giữ vai trò trong phát hiện cháy rừng và hoạt
động núi lửa. Bức xạ nhiệt của Trái Đất của năng
lượng cao nhất tại bước sóng 10μm.
Khí quyển không hấp thụ mạnh năng lượng các
bước sóng lớn hơn 2cm, cho phép thu nhận năng
lượng cả ngày lẫn đêm, không bị ảnh hưởng của

16


mây, sương mù hay mưa.
Giá trị bức xạ thu nhận trong dải hồng ngoại nhiệt của phổ điện từ trên các bộ
cảm biến vệ tinh gồm 3 thành phần: (1) phát xạ bề mặt được truyền qua khí quyển
(τεBλ); (2) bức xạ hướng dưới được phát ra bởi khí quyển được phản xạ bởi bề mặt và
truyền qua khí quyển đến bộ cảm (τ(1-ε)L λ↓) và (3) phát xạ từ khí quyển được truyền
qua khí quyển ở trên điểm phát xạ (Lλ↑).
Minh họa điều này qua phương trình truyền bức xạ như sau:
Lsensor, λ = τ [ε Bλ + (1 - ε) Lλ↓] + Lλ↑

(1.1)

Trong đó, τ và ε là độ truyền qua và độ phát xạ.
Thành phần (2) và (3) phụ thuộc vào các điều kiện khí quyển. Các thông số này

thường được đo đạc đồng thời cùng lúc thu nhận ảnh từ vệ tinh, dùng để hiệu chỉnh
khí quyển cho các bài toán liên quan bằng các mô hình như MODTRAN, ATCOR...
Thực tế các số đo điều kiện khí quyển không sẵn có, do đó việc hiệu chỉnh khí quyển
cho việc khôi phục lại các số đo mặt đất là một việc khó khăn đối với một vùng bất kỳ
vào một thời điểm bất kỳ và thường bỏ qua trong một số nghiên cứu ứng dụng.
Trong công thức (1.1), bức xạ bề mặt đất R λ được đo trong kênh bước sóng λ
gồm hai thành phần:
Rλ = ε Bλ + (1 - ε) Lλ↓

(1.2)

Do nhiệt độ khí quyển thường thấp hơn nhiệt độ mặt đất nên phần mặt đất hấp
thụ được bức xạ phát ra từ khí quyển ((1 - ε) L λ↓) thường rất nhỏ so với phần phát xạ
của mặt đất. Thực tế tính toán, đối với các bề mặt tự nhiên, bức xạ bề mặt sẽ được biểu
diễn gần đúng như sau:
Rλ = ε Bλ

(1.3)

b) Nhiệt độ và độ phát xạ trong năng lượng bức xạ Trái Đất
Trái Đất nhận nhiệt chủ yếu từ Mặt Trời. Đến lượt mình, bề mặt Trái Đất lại
bức xạ vào khí quyển và không gian. Các khí, hơi nước và thành phần của khí quyển
có thể hấp thụ và phát xạ mạnh mẽ đối với bước sóng trong phổ bức xạ ở mặt đất. Bức

17


xạ Mặt Trời đi qua khí quyển ảnh hưởng lên các điều kiện khí tượng bằng cách truyền
năng lượng vào không khí và Trái Đất. Hầu hết bức xạ Mặt Trời bị hấp thụ ở bề mặt
Trái Đất và cung cấp năng lượng cho quá trình quang hợp và sự sống.

Các phân tử và nguyên tử trong vật thể có nhiệt độ tuyệt đối trên 0 đều trong
trạng thái kích động và phát ra bức xạ điện từ. Nhiệt độ của vật thể là biểu thị của năng
lượng nhiệt nội tại của chúng. Cường độ và thành phần phổ phát ra phụ thuộc vào
thành phần và nhiệt độ của vật thể. Khái niệm vật đen thường được dùng để nghiên
cứu bức xạ, đó là một vật lý tưởng hấp thụ hoàn toàn và phát xạ toàn bộ năng lượng
đạt tới nó. Vật đen có đường cong phát xạ phổ liên tục, ngược lại, các vật thể tự nhiên
chỉ phát xạ tại các kênh phổ rời rạc tùy vào thành phần tạo nên vật thể đó.
Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến cường độ bức xạ phát ra từ vật đen. Nhiệt độ
của vật bức xạ càng cao thì tổng bức xạ do vật đó phát ra càng lớn, đồng thời đỉnh
đường cong phát xạ phổ (cực trị của năng lượng phát ra) cũng dịch chuyển càng gần
phía bước sóng ngắn hơn (Hình 1.1). Nhiệt độ bề mặt của Mặt Trời khoảng 6.000K và
có cực trị của năng lượng phát ra ở bước sóng 0,5 μm (tương đương với kênh dải màu
xanh lá cây của dải sóng khả kiến). Trái Đất phát ra năng lượng cực đại ở bước sóng
9,7 μm với nhiệt độ bao quanh khoảng 300K. Bức xạ phát ra này đi qua và tương tác
từng phần với khí quyển. Năng lượng này không thể nhìn thấy cũng không thể chụp
ảnh được, nhưng nó có thể cảm nhận được với các thiết bị nhiệt như các máy đo bức
xạ và máy quét. Dải sóng 3 - 4 μm, đặc biệt là 8 - 14 μm là có giá trị đối với sự cảm
nhận nhiệt của Trái Đất. Hai định luật quan trọng là StefanBoltzman và Planck mô tả
về mối quan hệ giữa bức xạ và nhiệt độ.

18


Hình 1.1. Phân bố phổ năng lượng điện từ phát xạ từ vật đen ở nhiệt độ khác nhau
1. Xác định nhiệt độ
Trong viễn thám hồng ngoại nhiệt, nhiệt độ bức xạ (T R) được định nghĩa như là
nhiệt độ tương đương của vật đen truyền cùng một lượng bức xạ thu được từ một vật
thực tế và phụ thuộc vào nhiệt độ động lực bề mặt thực (T K) và độ phát xạ. Trường hợp
không phải vật đen, tổng lượng bức xạ phát ra được biểu diễn theo định luật StefanBolzman như sau:

B = εσ TR 4

(1.4)

Suy ra:
1
4

TR = ε TK

(1.5)

Như vậy, nhiệt độ bức xạ của vật tự nhiên sẽ nhỏ hơn nhiệt độ bức xạ của vật
đen tại cùng một nhiệt độ. Điều này cho thấy rằng nhiệt độ được đo bằng phương pháp
viễn thám sẽ nhỏhơn nhiệt độ động lực bề mặt tương đương bởi hệ số ε¼.
Nhiệt độ bức xạ được đo bởi các bộ cảm biến trên vệ tinh là nhiệt độ bức xạ còn
gọi là nhiệt độ sáng của vật đen tuyệt đối (với ε=1) và được xác định theo định luật

TB =

K2
K

ln  1 + 1÷
 Bλ


19

(1.6)

Trong đó: Bλ - bức xạ của vật đen tuyệt đối (Wm-2μm-1); K 1 = 2πhc2/λ5; K2=
hc/kλ; h - hằng số Planck (6,62x10-34 Js); c - vận tốc ánh sáng (3x108ms-1); k - hằng
số Boltzman (1,38x10-23 JK-1); λ - bước sóng trung tâm (μm).
Nhiệt độ bề mặt (hay nhiệt độ động năng bề mặt) là nhiệt năng của một vật thể
và có thể được đo bằng nhiệt kế. Công thức (2.5) cho thấy giữa nhiệt độ bức xạ và
nhiệt độ bề mặt có mối được nhiệt độ bức xạ thì số liệu này có thể được dùng để tính
nhiệt độ mặt đất như sau:

TS =

K2

ε

1
4

TB

(1.7)

Nhiệt độ bề mặt bị ảnh hưởng chủ yếu bởi bức xạ mặt trời. Độ chính xác ước
tính của nhiệt độ bề mặt từ dữ liệu viễn thám nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố: khí
quyển, tương tác giữa bề mặt và khí quyển, độ phát xạ vật thể và độ phân giải ảnh.
Nhiệt độ bề mặt đo lường từ viễn thám nhiệt có thể bị ảnh hưởng bởi sự hỗn hợp của
các yếu tố dưới pixel, xảy ra khi có nhiều hơn một vật thể tồn tại bên trong trường nhìn
của bộ cảm biến (FOV). Vì vậy, để so sánh nhiệt độ đo từ viễn thám nhiệt với số đo
thực mặt đất, cần phải chọn lựa các khu vực đối tượng lớn hơn kích thước pixel.

2. Xác định độ phát xạ
Độ phát xạ (ε) là tỷ số giữa năng lượng phát xạ từ bề mặt tự nhiên trên năng
lượng phát xạ từ vật thể đen ở cùng bước sóng và nhiệt độ (xem công thức 2.3). Nhiệt
ánănđộ và độ phát xạ luôn luôn là hai biến cần xác định trong phương pháp viễn thám,
dođó các phương pháp thường phát triển tính toán đồng thời giá trị của hai biến trên.
Tuy nhiên,do tính chất phức tạp và không xác định, nên bài toán giải N+1 ẩn số không
được giải với độchính xác và tính tổng quát đầy đủ. Tuy nhiên, độ phát xạ bề mặt là
biến ít thay đổi theo thờigian và không gian so với nhiệt độ bề mặt, vì vậy ta thường
xác định độ phát xạ bề mặt trướckhi tính toán nhiệt độ bề mặt.
Có nhiều phương pháp tính độ phát xạ bề mặt từ dữ liệu của các bộ cảm biến vệ
tinh hiện hành. Một số phương pháp giả thiết ban đầu độ phát xạ là hằng số (ví dụ
phương pháp chuẩn hóa độ phát xạ NEM, NOR) hoặc nhiệt độ là hằng số (phương
pháp tỷ số phổ), lúc đó biến không biết được tính và biến hằng số đã được giả thiết sẽ

20


được tính lại tiếp sau đó. Một số phương pháp bỏ qua khái niệm phản xạ bề mặt hoặc
yêu cầu biết trước thông tin bề mặt như phương pháp NDVI.
Phương pháp dựa trên NDVI rất hữu ích nếu biết trước độ phát xạ của đất trống
và thực vật cũng như cấu trúc và phân bố thực vật. Ước tính độ phát xạ bề mặt từ kênh
khả kiến và cận hồng ngoại theo phương pháp NDVI có 3 ưu điểm chính: (1) các bộ
cảm biến trên vệ tinh thường cung cấp độ phân giải không gian cao hơn đối với các
kênh khả kiến và cận hồng ngoại so với kênh nhiệt, vì vậy bản đồ độ phát xạ thu được
sẽ có độ phân giải không gian cao hơn so với các phương pháp tính trực tiếp từ các
kênh nhiệt; (2) phương pháp NDVI có thể được ứng dụng cho bất kỳ bộ cảm biến nào,
không phụ thuộc vào số lượng kênh nhiệt; (3) trình tự tính toán đơn giản và hiệu chỉnh
khí quyển ít phức tạp.
Các pixel đại diện bề mặt đất thường là các pixel hỗn hợp chứa cả thực vật và
đất tùy thuộc vào độ phân giải của ảnh vệ tinh. Độ phát xạ hiệu quả của một pixel có

thể được ước tính bằng cách cộng lại các phần đóng góp của độ phát xạ thực vật và độ
phát xạ đất chứa trong đó. Van de Griend và Owe (1993) đã thực hiện thí nghiệm đo
đạc trực tiếp độ phát xạ và phản xạ phổ trong dải khả kiến và cận hồng ngoại để tính
NDVI và tìm ra được mối quan hệ thực nghiệm giữa độ phát xạ và NDVI như sau:
ε = a + b.ln(NDVI)

(1.8)

Với a = 1.0094 và b = 0.047. Quan hệ này chỉ thực thi đối với các khu vực có
đặc tính đồng nhất. Valor và Caselles (1996) đã đưa ra một mô hình tương tự cũng dựa
trên NDVI nhưng có thể ứng dụng cho các khu vực không đồng nhất với nhiều kiểu
đất, thực vật và thực phủ thay đổi. Theo mô hình này, độ phát xạ hiệu quả của bề mặt
không đồng nhất được định nghĩa là tổng độ phát xạ của các thành phần đơn giản của
nó:
ε = εv Pv + εs (1 – Pv)

(1.9)

Trong đó, εv và εs là độ phát xạ của thực vật và đất tinh khiết, nghĩa là trong
vòng một pixel đại diện chỉ là thực vật hoặc chỉ là đất, không có sự pha trộn. P v là tỷ lệ
hay hợp phần hiện diện của thực vật trong pixel, giá trị từ 0 (đối với đất trống) đến 1
(đối với đất phủ đầy thực vật). Do đó Pv có thể được tính theo NDVI tương quan với
các ngưỡng giá trị NDVI s của đất trống hoặc NDVI v của đất phủ đầy thực vật. NDVI

21