BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT
HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN
NGUYỄN MINH ĐỨC
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU CHỈ SỐ BỐC HƠI BẰNG TƢ LIỆU ẢNH MODIS
PHỤC VỤ GIÁM SÁT LỚP PHỦ RỪNG Ở KHU VỰC TÂY NGUYÊN
Chuyên ngành :
Mã số
:
Kỹ thuật Trắc địa – Bản đồ
60520503
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Phạm Việt Hòa
HÀ NỘI - 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu riêng của tôi. Các số liệu, kết
quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tác giả luận văn
Nguyễn Minh Đức
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..............................................................................................
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ÚNG DỤNG ẢNH MODIS
................................................................................................................................ 4
1.1 Tổng quan về ảnh MODIS ...................................................................................... 4
1.1.1 Cấu trúc tên của ảnh MODIS .......................................................................................... 5
1.1.2 Mức độ xử lý của ảnh MODIS ......................................................................................... 8
1.1.3 Một số sản phẩm từ ảnh MODIS ..................................................................................... 9
1.1.4 Dữ liệu ảnh MODIS sử dụng trong tính tốn chỉ số bốc hơi ....................................... 15
1.2 Sự bốc hơi nƣớc ...................................................................................................... 22
1.3 Cơ sở ứng dụng ảnh MODIS trong tính tốn chỉ số bốc hơi ............................. 24
1.3.1 Tổng quan các nghiên cứu về giám sát bốc hơi (Evapotranspiration) ........................ 24
1.3.2 Lựa chọn công nghệ và mơ hình tính giám sát bốc hơi ................................................ 27
CHƢƠNG 2: CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BỐC HƠI31
2.1 Các nhân tố tự nhiên................................................................................................ 31
2.1.1 Vị trí địa lý ........................................................................................................................ 31
2.1.2 Địa chất ............................................................................................................................. 31
2.1.3 Địa hình - địa mạo ............................................................................................................ 33
2.1.4 Khí hậu............................................................................................................................. 37
2.1.5. Thủy văn ........................................................................................................................... 44
2.1.6. Thổ nhưỡng ..................................................................................................................... 47
2.1.7. Các thảm thực vật chính của Tây Nguyên .................................................................... 51
2.2. Các nhân tố kinh tế xã hội ...................................................................................... 54
2.2.1. Dân tộc và chính sách phát triển kinh tế xã hội ................................................................ 54
2.2.2. Phát triển nông - lâm nghiệp............................................................................................. 55
CHƢƠNG III: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ MỐI TƢƠNG QUAN GIỮA
BỐC HƠI VỚI BIẾN ĐỘNG LỚP PHỦ RỪNG KHU VỰC TÂY NGUN
.............................................................................................................................. 60
3.1 Mơ hình tính tốn và cơ sở dữ liệu ....................................................................... 60
3.1.1 Mơ hình tính tốn bốc hơi .............................................................................................. 60
3.1.2 Dữ liệu sử dụng............................................................................................................... 60
3.2 Phân tích mối tƣơng quan giữa chỉ số bốc hơi với biến động lớp phủ rừng khu
vực Tây Nguyên giai đoạn 2000 - 2010 ....................................................................... 67
3.3 Phân tích mối tƣơng quan giữa chỉ số bốc hơi với biến động lớp phủ rừng khu
vực Tây Nguyên giai đoạn 2000 - 2010 ....................................................................... 74
PHẦN III: KẾT LUẬN ...................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 86
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của MODIS trên vệ tinh TERRA và AQUA ................................ 4
Bảng 1.2 Chi tiết các kênh của ảnh Modis ................................................................................. 6
Bảng 1.3 Các sản phẩm từ ảnh MODIS ...................................................................................... 9
Bảng 1.4: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MOD15A2 ...................................................................... 15
Bảng 1.5: Bảng mô tả số lớp sản phẩm ảnh MOD15A1 .......................................................... 16
Bảng 1.6: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD12Q1 ...................................................................... 16
Bảng 1.7: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MCD12Q1 ........................................ 17
Bảng 1.8: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD43B2 ...................................................................... 18
Bảng 1.9: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MODIS (MCD43B2): ...................... 19
Bảng 1.10: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD43B3 .................................................................... 20
Bảng 1.11: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MODIS (MCD43B3): .................... 21
Bảng 2.1: Nhiệt độ trung bình và lượng mưa tại các trạm khí tượng của Tây Nguyên ............ 40
Bảng 2.2: Danh sách, tọa độ các trạm khí tượng ...................................................................... 42
Bảng 2.3 Các loại đất chính vùng Tây Nguyên ........................................................................ 50
Bảng 2.4: Hiện trạng lớp phủ Tây Nguyên năm 2010 ............................................................. 51
Bảng 3.1: Mã hiện trạng lớp phủ rừng ...................................................................................... 63
Bảng 3.2: Số liệu thống kê diện tích các loại lớp phủ của năm 2000 ....................................... 65
Bảng 3.3: Số liệu thống kê diện tích các loại lớp phủ của năm 2010 ....................................... 67
Bảng 3.4: Phân bố các lớp hiện trạng rừng bốc hơi năm 2000 ................................................. 68
Bảng 3.5: Phân bố các lớp hiện trạng rừng theo nhóm bốc hơi năm 2010 ............................... 72
Bảng 3.6: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2000................... 75
Bảng 3.7: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2001.................. 75
Bảng 3.8: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2002.................. 76
Bảng 3.9: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2003................... 76
Bảng 3.10: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2004................. 77
Bảng 3.11: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2005................. 77
Bảng 3.12: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2006................ 78
Bảng 3.13: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2007................ 78
Bảng 3.14: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2008................ 79
Bảng 3.15: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2009................. 79
Bảng 3.16: Phân bố các nhóm lớp biến động rừng theo các lớp bốc hơi năm 2010................. 80
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Cấu trúc trục của ảnh MODIS chụp theo chiều ngang dọc............................... 5
Hình 1.2 Sơ đồ đường bay chụp của vệ tinh MODIS ...................................................... 6
Hình 1.3 Ảnh vệ tinh MODIS tổ hợp 8 ngày tháng 12 năm 2012 ................................... 8
Hình 1.4: Ảnh MOD15A2 khu vực Tây Nguyên........................................................... 15
Hình 1.5: ảnh MCD12Q1 khu vực Tây Nguyên ............................................................ 16
Hình 1.6: ảnh MCD43B2 khu vực Tây Nguyên ............................................................ 18
Hình 1.7: hình ảnh MCD43B3 khu vực Tây Nguyên .................................................... 20
Hình 1.8: Vịng tuần hồn nước ..................................................................................... 23
Hình 1.9: Mơ hình tính tốn ET hàng ngày sử dụng dữ liệu MODIS và dữ liệu khí
tượng MODIS-MM5 FDDA .......................................................................................... 25
Hình 1.10: Mơ hình tính tốn ET tồn cầu sử dụng dữ liệu MODIS (Mu et al. 2011) . 26
Hình 2.1 Bản đồ phân tầng độ cao và bản đồ vờn bóng địa hình khu vực Tây Nguyên 34
Hình 2.2 Bản đồ địa mạo Tây Nguyên ........................................................................... 36
Hình 2.3 Nhiệt độ trung bình tháng và lượng mưa của trạm Đà Lạt năm 2012 ............ 41
Hình 2.4 Nhiệt độ trung bình và lượng mưa của trạm Bn Mê Thuột ........................ 41
Hình 2.5 Sơ đồ các trạm khí tượng khu vực Tây Ngun ............................................. 44
Hình 2.6 Sơ đồ thủy văn khu vực Tây Nguyên .............................................................. 46
Hình 2.7 Bản đồ đất khu vực Tây Nguyên..................................................................... 49
Hình 2.8: Sơ đồ hiện trạng lớp phủ rừng Tây Nguyên năm 2010................................. 53
Hình 3.1: Bản đồ bốc hơi nước khu vực tỉnh Tây Nguyên từ năm 2000 – 2010 ........... 62
Hình 3.2: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2000 ............................................................. 64
Hình 3.3: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2010 ............................................................. 66
Hình 3.4: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2000 và bản đồ bốc hơi nước năm 2000 ..... 68
Hình 3.5: Biểu đồ hiện trạng diện tích lớp phủ theo các nhóm bốc hơi năm 2000 ...... 70
Hình 3.6: Bản đồ hiện trạng lớp phủ năm 2010 và bản đồ bốc hơi nước năm 2010 ..... 71
Hình 3.7: Biểu đồ hiện trạng lớp phủ theo các nhóm bốc hơi năm 2010 ...................... 74
Hình 3.8 Phân bố của lớp rừng khơng biến động theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000
đến năm 2010 ................................................................................................................. 81
Hình 3.9: Phân bố của lớp rừng mất đi theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000 đến năm
2010 ................................................................................................................................ 81
Hình 3.10: Phân bố của lớp rừng phục hồi theo các nhóm bốc hơi từ năm 2000 đến
năm 2010 ........................................................................................................................ 82
Hình 3.11 Phân bố của lớp khơng rừng khơng biến động theo các nhóm bốc hơi từ
năm 2000 đến năm 2010 khu vực Tây Nguyên ............................................................. 82
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Tài nguyên rừng là một trong những nguồn tài nguyên quý giá của đất nước
nhưng ngày nay diện tích rừng đang ngày càng bị thu hẹp nên công tác giám sát, quản
lý tài nguyên rừng là một việc cấp thiết. Ở nước ta, rừng Tây Nguyên là một trong
những nguồn tài nguyên rừng bị suy giảm nhất. Cùng với áp lực phá rừng lấy đất trồng
cây công nghiệp, các nỗ lực phát triển rừng đã đem lại những thay đổi đáng kể về diện
tích rừng và chất lượng lớp phủ nhưng cho đến ngày nay, các đơn vị quản lý rừng vẫn
chưa tìm được một công cụ hữu hiệu nào để hỗ trợ cơng tác quản lý, giám sát chất
lượng cũng như có thể xác định chính xác sự biến động lớp phủ rừng, đặc biệt là các
khu vực trọng điểm như rừng đầu nguồn. Vì vậy, việc phân tích ảnh hưởng xung đột
của việc phát triển cây công nghiệp, nông nghiệp và các hoạt động sử dụng đất khác
đến lớp phủ rừng gặp rất nhiều khó khăn. Đặc biệt ở khu vực rừng Tây Ngun, với
những điều kiện địa hình, khí hậu và việc sử dụng tài nguyên đất riêng biệt, việc phân
tích, giám sát lớp phủ rừng càng yêu cầu được quản lý thường xuyên hơn.
Ở thời điểm này, việc sử dụng các lực lượng giám sát chưa thể đáp ứng hết
các yêu cầu này nên việc xây dựng một hệ thống có khả năng cung cấp kịp thời, liên
tục các thông tin giám sát và quản lý rừng là hết sức cấp bách. Do vậy cần phải có
một phương pháp mới để có thể cập nhật thơng tin nhanh và chính xác có như vậy
mới nhanh chóng đưa ra các giải pháp, các quyết định hợp lý trong công tác giám
sát tài nguyên rừng.
Ngày nay, sự phát triển của công nghệ vệ tinh quan sát Trái đất, khả năng ứng
dụng công nghệ viễn thám kết hợp với hệ thông tin địa lý trong nghiên cứu lớp phủ
thực vật cho thấy có nhiều ưu thế với điều kiện đặc thù của Tây Nguyên. Và việc ứng
dụng ảnh viễn thám, đặc biệt là ảnh MODIS (có khả năng chụp 1 – 4 ảnh/ngày) hiện
nay đáp ứng được các yêu cầu này. Ưu điểm của ảnh MODIS là thể thu nhận được
hàng ngày, với tần suất quan sát lãnh thổ cao, độ phủ trùm lớn, giúp thu thập thơng tin
nhanh chóng, đồng bộ, khách quan rất phù hợp cho công tác giám sát lớp phủ và phát
triển của rừng. Đây là ưu điểm vượt trội của dữ liệu này so với ảnh vệ tinh độ phân giải
cao. Ngoài ra, ảnh MODIS cũng cung cấp những chỉ số quan trọng về hiện trạng lớp
phủ rừng như các chỉ số sinh trưởng thực vật, chỉ số diện tích lá, độ bốc hơi nước bề
mặt... Trong đó, các thơng số về chỉ số bốc hơi – ET (Evapotranspiration) hồn tồn có
2
thể tính được từ ảnh vệ tinh MODIS phục vụ cho việc tính các vịng tuần hồn năng
lượng, nước và các biến động môi trường.
Xuất phát từ những lý do trên học viên đã chọn đề tài: ”Nghiên cứu chỉ số bốc
hơi bằng tư liệu ảnh MODIS phục vụ giám sát lớp phủ rừng ở khu vực Tây Nguyên”
cho luận văn của mình.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài
Nghiên cứu chỉ số bốc hơi bằng tư liệu ảnh MODIS phục vụ công tác giám sát
lớp phủ rừng:
- Nghiên cứu lựa chọn mơ hình tính tốn chỉ số bốc hơi
- Ứng dụng ảnh MODIS trong theo dõi, giám sát chỉ số bốc hơi
- Đưa ra mối tương quan giữa chỉ số bốc hơi (ET) với hiện trạng và biến động
lớp phủ rừng phục vụ các mơ hình quản lý và giám sát lớp phủ rừng Tây Nguyên
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các chỉ số bốc hơi, lớp phủ rừng
- Phạm vi nghiên cứu: Khu vực Tây Nguyên
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp thống kê: Thu thập, tổng hợp và xử lý các thông tin, các tài liệu
liên quan;
- Phương pháp phân tích khơng gian: Tổng hợp, xử lý logic các tài liệu, giải
quyết các vấn đề đạt ra và phân tích mối tương quan không gian giữa hiện trạng lớp
phủ rừng và chỉ số bốc hơi;
- Phương pháp viễn thám: dữ liệu ảnh vệ tinh quang học có phạm vi thu nhận
rộng, chu kỳ lập lại cao cho phép quan trắc giám sát các thay đổi về thực phủ/ thực vật
theo thời gian phù hợp với công tác theo dõi các thay đổi của các đối tượng thực vật.
5. Ý nghĩa Khoa học và thực tiễn của đề tài
Thông qua việc nghiên cứu lý thuyết, kết quả thực nghiệm tác giả mong muốn thể
hiện các vấn đề sau:
- Ứng dụng phương pháp viễn thám vào công tác giám sát lớp phủ rừng là
phương pháp đem lại hiệu quả cao và cần được ứng dụng rộng rãi
- Dùng ảnh MODIS cho phép ta giám sát lớp phủ rừng hàng ngày, hàng tháng,
không tốn kém do ảnh MODIS được cung cấp miễn phí.
3
- Cung cấp thông số giám sát môi trường lớp phủ rừng thường xuyên, góp phần
bảo vệ và phát triển lớp phủ rừng trên địa bàn Tây Nguyên.
- Thể hiện mối tương quan giữa hiện trạng lớp phủ rừng và chỉ số bốc hơi theo
thời gian.
6. Kết cấu của luận văn
Luận văn được xây dựng trên cơ sở 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu ứng dụng ảnh MODIS trong tính tốn chỉ
số bốc hơi.
Chương 2: Các nhân tố ảnh hưởng đến q trình bốc hơi.
Chương 3: Tính tốn lượng bốc hơi phục vụ giám sát lớp phủ rừng khu
vực Tây Nguyên bằng tư liệu ảnh MODIS
7. Lời cảm ơn
–
sự quan tâm giúp đỡ
–
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS. Phạm Việt Hòa – phòng Công nghệ
viễn thám và GIS - Viện Công nghệ Vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam đã trực tiếp chỉ dẫn, nhiệt tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn.
Tơi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của các anh, các chị và các bạn phịng
Cơng nghệ Viễn thám và GIS – Viện Cơng nghệ Vũ trụ - Viện Hàn Lâm Khoa học và
Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp tôi trong quá trình thu thập các tài liệu
phục vụ luận văn.
Tơi xin cảm ơn đề tài TN3/T16 thuộc chương trình Khoa học và công nghệ phục
vụ phát triển kinh tế - xã hội vùng Tây Nguyên đã hỗ trợ tư liệu để tơi hồn thành luận
văn này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Khoa Trắc địa, bộ mơn Trắc địa Mỏ
và phịng sau Đại học trường Đại học Mỏ - Địa Chất đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong thời gian học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến người thân, bạn bè và đồng nghiệp đã
động viên, giúp đỡ và khích lệ tơi trong thời gian qua.
Một lần nữa, tôi xin trân trọng cảm ơn!
4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU ÚNG DỤNG ẢNH MODIS
TRONG TÍNH TỐN CHỈ SỐ BỐC HƠI
1.1 Tổng quan về ảnh MODIS
MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer), tức phổ kế tạo ảnh
độ phân giải trung bình, là một trong những hệ thống thu ảnh đặt trên hai vệ tinh
TERRA hay EOS AM-1, phóng ngày 18 tháng 12 năm 1999 và AQUA (EOS PM-1),
phóng ngày 4 tháng 5 năm 2002. Cả hai vệ tinh đều bay ở độ cao 705 km trên quĩ đạo
tròn, cận cực đồng hành với mặt trời, cắt qua xích đạo ở nửa sáng trên đường đi xuống
vào 10h30' (giờ địa phương) đối với vệ tinh TERRA hay trên đường đi lên vào 13h30'
đối với vệ tinh AQUA. Nhờ vậy, MODIS có khả năng quan sát hầu như toàn bộ bề mặt
trái đất mỗi ngày 2 lần. ảnh được thu trên 36 kênh phổ với chiều rộng dải thu lên tới
2330 km (xem bảng 1.1).
Bảng 1.1: Thông số kỹ thuật của MODIS trên vệ tinh TERRA và AQUA
Độ cao 705 km, tròn, cận cực, đồng hành với mặt trời, cắt
Quĩ đạo:
qua xích đạo ở nửa sáng vào 10h30' trên đường đi xuống
(Terra) hoặc 13h30' trên đường đi lên (Aqua)
Tần số qt
20,3 vịng/phút, vng góc với đường bay
Khn ảnh
2330 km x 10° vĩ
Kích thước
1,0 x 1,6 x 1,0 m
Trọng lượng
228,7 kg
Cơng suất
162,5 W (trung bình trên 1 vịng bay)
Tần suất truyền số liệu
Mức lượng tử số liệu
10,6 Mb/giây (cực đại vào ban ngày), 6,1 Mb/giây (trung
bình trong vịng bay)
12 bit
250 m (kênh 1-2),
Độ phân giải không gian 500 m (kênh 3-7),
1000 m (kênh 8-36)
Tuổi thọ dự kiến
6 năm
Các kênh phổ của ảnh MODIS được lựa chọn một cách có chủ đích nhằm giải
quyết những nhiệm vụ cụ thể định trước (bảng 1.2), phục vụ mục tiêu chung là nghiên
5
cứu các quá trình diễn ra trên đất, trên biển và trong tầng thấp của khí quyển, giúp nâng
cao những hiểu biết về các biến động toàn cầu. Đồng thời, tạo ra các mơ hình có liên
hệ qua lại, đủ tin cậy về hệ thống trái đất giúp dự báo những thay đổi toàn cầu, làm căn
cứ để xây dựng các chính sách về bảo vệ mơi trường.
Nguồn ảnh: thu nhận từ nguồn cung cấp của NASA, do trung tâm Land
Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC) phân phối
(http ://www.lpdaac.usgs.gov)
Ảnh MODIS được thu nhận từ hai hệ thống vệ tinh chính, bao gồm: MODIS
Terra và MODIS Aqua. Với tầm quan sát lên đến hơn 2.330 km, vệ tinh này có thể
quan trắc gần như toàn bộ Trái Đất. Ảnh MODIS có 36 băng phổ từ bước sóng
0.405μm đến 14.385μm, với 3 độ phân giải: 250, 500 và 1000 mét.
1.1.1 Cấu trúc tên của ảnh MODIS
Ảnh MODIS thường có tên dưới dạng:
MOD09A1.A2006001.h08v05.005.2006012234657.hdf
Trong đó:
MOD09A1: tên rút ngắn của sản phẩm
.A2006001: Ngày chụp (tính theo ngày Julian), có dạng: A-YYYYDDD
.h08v05: các trục của cảnh chụp (theo chiều ngang và dọc)
Hình 1.1 Cấu trúc trục của ảnh MODIS chụp theo chiều ngang dọc
6
.005: kí hiệu lưu trữ của cơ sở dữ liệu
.2006012234567: Ngày tạo ảnh, tính theo ngày Julian (YYYYDDDHHMMSS)
.hdf: định dạng dữ liệu (HDF-EOS)
Ảnh MODIS có độ phân giải theo thời gian khá rộng, có thể thay đổi từ ảnh hàng
ngày, ảnh tổ hợp 8 ngày, 16 ngày, hàng tháng, hàng quý hoặc hàng năm.
Hình 1.2 Sơ đồ đường bay chụp của vệ tinh MODIS
Hầu hết các sản phẩm chính thức của MODIS đều được chụp theo hệ thống lưới ô
vuông như hình trên. Các ơ được chia theo đơn vị 10 độ, bắt đầu từ 0 (như hình 1.2 ).
Bảng 1.2 Chi tiết các kênh của ảnh Modis
Kênh Bƣớc sóng
Độ phân giải
Chìa khóa sử dụng
khơng gian
1
620–670
250
Biến động lớp phủ mặt đất, Chlorophyll
thực vật
2
841–876
250
Số lượng mây, biến động lớp phủ thực vật
3
459–479
500
Sự khác nhau giữa đất/thực vật
4
545–565
500
Thực vật xanh
5
1230–1250
500
Sự khác nhau giữa lá/ vịm lá
6
1628–1652
500
Sự khác nhau giữa mây/tuyết
7
2105–2155
500
Đặc tính mây, đặc tính đât (Land)
7
8
405–420
1000
Chlorophyll
9
438–448
1000
Chlorophyll
10
483–493
1000
Chlorophyll
11
526–536
1000
Chlorophyll
12
546–556
1000
Trầm tích
13h
662–672
1000
Khí quyển, trầm tích
13l
662–672
1000
Khí quyển, trầm tích
14h
673–683
1000
Chlorophyll huỳnh quang
14l
673–683
1000
Chlorophyll huỳnh quang
15
743–753
1000
Đặc tính khơng khí (Aerosol)
16
862–877
1000
Đặc tính khơng khí, đặc tính khí quyển
(atmospheric)
17
890–920
1000
Đặc tính khơng khí, đặc tính khí quyển
18
931–941
1000
Đặc tính khí quyển, đặc tính mây
19
915–965
1000
Đặc tính khí quyển, đặc tính mây
20
3.660–3.840
1000
Nhiệt độ bề mặt biển
21
3.929–3.989
1000
Cháy rừng và núi
22
3.929–3.989
1000
Nhiệt độ mây, nhiệt độ bề mặt
23
4.020–4.080
1000
Nhiệt độ mây, nhiệt độ bề mặt
24
4.433–4.498
1000
Cloud Fraction, nhiệt độ tầng đối lưu
25
4.482–4.549
1000
Cloud Fraction, nhiệt độ tầng đối lưu
26
1360–1390
1000
Cloud Fraction (Thin Cirrus), nhiệt độ
tầng đối lưu
27
6.535–6.895
1000
Độ ẩm trung bình tầng đối
28
7.175–7.475
1000
Độ ẩm cao tầng đối lưu
29
8.400–8.700
1000
Nhiệt độ bề mặt
30
9.580–9.880
1000
Tầng Ozone
31
10.780–11.280
1000
Nhiệt độ mây, cháy rừng và núi lửa, nhiệt
độ bề mặt
32
11.770–12.270
1000
Độ cao mây, cháy rừng và núi lửa, nhiệt
độ bề mặt
8
33
13.185–13.485
1000
Cloud Fraction, độ cao mây
34
13.485–13.785
1000
Cloud Fraction, độ cao mây
35
13.785–14.085
1000
Cloud Fraction, độ cao mây
36
14.085–14.385
1000
Cloud Fraction, độ cao mây
1.1.2 Mức độ xử lý của ảnh MODIS
Ảnh MODIS được phân phối dưới nhiều mức độ xử lý khác nhau, hầu hết là miễn
phí. Mức độ này được chia thành: 0, 1A, 1B, 2, 2G, 3 và 4. Ảnh 0 và 1A là ảnh gốc,
chưa được hiệu chỉnh địa lý và khí quyển, ảnh 1B đã được hiệu chỉnh địa lý, ở dạng gí
trị số DN. Ảnh ở mức độ 2 trở lên hầu hết đã được hiệu chỉnh khí quyển, người dùng
có thể tải trực tiếp, sử dụng cơng cụ thích hợp để nắn chỉnh địa lý và tách các băng
khác nhau từ ảnh tải về.
Điểm chung của Modis Terra và Modis Aqua là có ảnh ở Level 0, Level 1A, 1B các
dữ liệu chưa được sử lý theo chuyên đề nên ta có thể sử dụng và xử lý theo mục đích sử
dụng.
Hình 1.3 Ảnh vệ tinh MODIS tổ hợp 8 ngày tháng 12 năm 2012
khu vực Tây Nguyên.
9
1.1.3 Một số sản phẩm từ ảnh MODIS
Ảnh MODIS mức độ 1 và các sản phẩm khí quyển, phân phối bởi: L1 and
Atmosphere Archive and Distribution System (LAADS). Sản phẩm đất, phân phối bởi:
Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC).
Mặc dù độ phân giải không cao, nhưng với tầm phủ rộng, thời gian quan trắc liên
tục và đặc biệt là miễn phí, ảnh MODIS là nguồn tài liệu tham khảo giá trị cao đối với
các nhà khoa học. 36 băng phổ giúp ảnh MODIS được ứng dụng ngày càng nhiều trong
hầu hết lĩnh vực nghiên cứu hiện nay.
Các sản phẩm chuẩn được tính tốn từ ảnh MODIS liên quan đến đề tài có thể
được cung cấp trực tiếp từ một số website và được tổng hợp dưới bảng 1.3.
Bảng 1.3 Các sản phẩm từ ảnh MODIS
Tên
Vệ tinh
Sản phẩm
Raster
Độ
phân
giải (m)
MOD13Q1
Terra
Vegetation Indices
Tile
250m
16 day
MYD14A1
Aqua
Thermal Anomalies &
Fire
Tile
1000m
Daily
MOD14A1
Terra
Thermal Anomalies &
Fire
Tile
1000m
Daily
MYD14A2
Aqua
Tile
1000m
8 day
MOD14A2
Terra
Thermal Anomalies &
Fire
Tile
1000m
8 day
MYD14
Aqua
Thermal Anomalies &
Fire
Swath
1000m
5 min
MYD09CM
G
Aqua
Surface Reflectance
Bands 1–7
CMG
5600m
Daily
MOD09CM
Terra
Surface Reflectance
CMG
5600m
Daily
Thermal Anomalies &
Fire
Tổ hợp
10
Tên
Vệ tinh
G
Sản phẩm
Raster
Độ
phân
giải (m)
Tổ hợp
Tile
250m
Daily
Tile
250m
Daily
Bands 1–7
Surface Reflectance
MYD09GQ
Aqua
MOD09GQ
Terra
MYD09GA
Aqua
Surface Reflectance
Bands 1–7
Tile
500/100
0m
Daily
MYD09A1
Aqua
Surface Reflectance
Bands 1–7
Tile
500m
8 day
MYD17A2
Aqua
Tile
1000m
8 day
MOD09A1
Terra
Surface Reflectance
Bands 1–7
Tile
500m
8 day
MYD09Q1
Aqua
Surface Reflectance
Bands 1–2
Tile
250m
8 day
MOD09Q1
Terra
Surface Reflectance
Bands 1–2
Tile
250m
8 day
MCD43B4
Combined
Nadir BRDFAdjusted Reflectance
Tile
1000m
16 day
MCD43A4
Combined
Nadir BRDFAdjusted Reflectance
Tile
500m
16 day
MCD43C4
Combined
Nadir BRDFAdjusted Reflectance
CMG
5600m
16 day
MYD15A2
Aqua
Leaf Area Index FPAR
Tile
1000m
8 day
Bands 1–2
Surface Reflectance
Bands 1–2
Gross Primary
Productivity
11
Tên
Vệ tinh
Sản phẩm
Raster
Độ
phân
giải (m)
MOD15A2
Terra
Leaf Area Index FPAR
Tile
1000m
8 day
MCD15A3
Combined
Leaf Area Index FPAR
Tile
1000m
4 day
MOD44W
Terra
Tile
250m
None
CMG
5600m
Monthly
CMG
5600m
Monthly
Tile
5600m
Daily
Tile
5600m
Daily
Aqua
Land Surface
Temperature &
Emissivity
Tile
1000m
Daily
MYD11C1
Aqua
Land Surface
Temperature &
Emissivity
CMG
5600m
Daily
MOD11C1
Terra
Land Surface
Temperature &
CMG
5600m
Daily
MYD11C3
Aqua
Land Water Mask
Derived
Land Surface
Temperature &
Emissivity
Tổ hợp
Land Surface
MOD11C3
Terra
Temperature &
Emissivity
MYD11B1
Aqua
Land Surface
Temperature &
Emissivity
MOD11B1
Terra
Land Surface
Temperature &
Emissivity
MYD11A1
12
Tên
Vệ tinh
Sản phẩm
Raster
Độ
phân
giải (m)
Tổ hợp
Tile
1000m
8 day
CMG
5600m
8 day
CMG
5600m
8 day
Emissivity
Land Surface
MOD11A2
Terra
Temperature &
Emissivity
Land Surface
MYD11C2
MOD11C2
Aqua
Terra
Temperature &
Emissivity
Land Surface
Temperature &
Emissivity
Land Surface
MYD11_L2
Aqua
Temperature &
Emissivity
Swath
1000m
5 min
MCD12Q1
Combined
Land Cover Type
Tile
500m
Yearly
MCD12C1
Combined
Land Cover Type
CMG
5600m
Yearly
MCD12Q2
Combined
Land Cover Dynamics
Tile
500m
Yearly
MOD17A2
Terra
Tile
1000m
8 day
MCD43C2
Combined
BRDF-Albedo Snowfree Quality
CMG
5600m
16 day
MCD43A2
Combined
BRDF-Albedo
Quality
Tile
500m
16 day
MCD43A1
Combined
Tile
500m
16 day
MCD43B1
Combined
Tile
1000m
16 day
Gross Primary
Productivity
BRDF-Albedo Model
Parameters
BRDF-Albedo Model
13
Tên
Vệ tinh
Sản phẩm
Raster
Độ
phân
giải (m)
Tổ hợp
CMG
5600m
16 day
Parameters
BRDF-Albedo Model
MCD43C1
Combined
MCD43B3
Combined
Albedo
Tile
1000m
16 day
MCD43C3
Combined
Albedo
CMG
5600m
16 day
MYD13C2
Aqua
Vegetation Indices
CMG
5600m
Monthly
MOD13C2
Terra
Vegetation Indices
CMG
5600m
Monthly
MYD13C1
Aqua
Vegetation Indices
CMG
5600m
16 day
MOD13C1
Terra
Vegetation Indices
CMG
5600m
16 day
MYD13A3
Aqua
Vegetation Indices
Tile
1000m
Monthly
MOD13A3
Terra
Vegetation Indices
Tile
1000m
Monthly
MYD13Q1
Aqua
Vegetation Indices
Tile
250m
16 day
MYD13A2
Aqua
Vegetation Indices
Tile
1000m
16 day
MOD13A2
Terra
Vegetation Indices
Tile
1000m
16 day
MYD13A1
Aqua
Vegetation Indices
Tile
500m
16 day
MCD43B2
Combined
BRDF-Albedo
Quality
Tile
1000m
16 day
MYD11A2
Aqua
Land Surface
Temperature &
Emissivity
Tile
1000m
8 day
MCD45A1
Combined
Burned Area
Tile
500m
Monthly
MOD11A1
Terra
Land Surface
Temperature &
Tile
1000m
Daily
Parameters
14
Tên
Vệ tinh
Sản phẩm
Raster
Độ
phân
giải (m)
Tổ hợp
Tile
250m
Yearly
Swath
1000m
5 min
Emissivity
Vegetation
MOD44B
Terra
MOD14
Terra
MOD17A3
Terra
Gross Primary
Productivity
Tile
1000m
Yearly
MCD15A2
Combined
Leaf Area Index FPAR
Tile
1000m
8 day
MOD13A1
Terra
Vegetation Indices
Tile
500m
16 day
MCD43A3
Combined
Albedo
Tile
500m
16 day
Swath
1000m
5 min
Continuous Fields
Thermal Anomalies &
Fire
Land Surface
MOD11_L2
Terra
MOD09GA
Terra
Temperature &
Emissivity
Surface Reflectance
Bands 1–7
Tile
500/100
0m
Daily
15
1.1.4 Dữ liệu ảnh MODIS sử dụng trong tính tốn chỉ số bốc hơi
a) sản phẩm MOD15A2
Bảng 1.4: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MOD15A2
Phạm vi thời gian
February 18, 2000 -
Khu vực
~10 x 10 lat/long
Dung lượng file
~0.2 MB compressed
Múi chiếu
Sinusoidal s n
Dạng dữ liệu
HDF-EOS
Kích thước
1200 x 1200
Độ phân giải
1 kilometer
ows/columns
Số lớp sản phẩm
6
Hình 1.4: Ảnh MOD15A2 khu
vực Tây Nguyên
Sản phẩm của chỉ số diện tích lá (LAI) và tỷ lệ bức xạ quang hợp (FPAR) của
ảnh MODIS toàn cầu cấp 4 được ghép lại mỗi 8 ngày ở độ phân giải 1 km trên một
mạng lưới sin. Bộ dữ liệu khoa học được cung cấp trong MOD15A2 bao gồm LAI,
FPAR, một đánh giá chất lượng, và độ lệch chuẩn cho mỗi chỉ số.
Chỉ số LAI xác định số lượng các lớp tương đương của lá liên quan đến một đơn
vị diện tích mặt đất, trong khi FPAR đo tỉ lệ của bức xạ có bước sóng trong quang hợp
hoạt động được hấp thụ bởi một mái vòm. Cả hai chỉ số được sử dụng như các thơng số
vệ tinh có nguồn gốc từ tính quang bề mặt, bốc hơi nước, và sản xuất sơ cấp, do đó
được sử dụng để tính tốn năng lượng trên mặt đất, than, q trình chu kỳ nước và địa
chất của thảm thực vật.
Sản phẩm phiên bản 5 MODIS / Terra LAI được đã được kiểm chứng mức 2, độ
chính xác đã được đánh giá qua một bộ phân bố rộng rãi của các địa điểm và khoảng
thời gian thông qua một số số liệu mặt đất thật và xác nhận những kết quả. Sản phẩm
phiên bản 5 MODIS / Terra FPAR được đã xác thực qua giai đoạn 1, có nghĩa là độ
chính xác đã được ước tính bằng cách sử dụng một số lượng nhỏ các phép đo độc lập
thu được từ các địa điểm được lựa chọn, khoảng thời gian và những kết quả thu được
từ số liệu mặt đất.
16
Bảng 1.5: Bảng mô tả số lớp sản phẩm ảnh MOD15A1
Số lớp sản phẩm
Đơn vị
Fpar_1km
%
Lai_1km
m2 cây/m2 đất
FparLai_QC
Class flag
FparExtra_QC
Class flag
FparStdDev_1km
LaiStdDev_1km
Kiểu bit
FILL
8-bit unsigned
249–
integer
255
8-bit unsigned
integer
Vùng giá Nhân bởi hệ
trị
số tỷ lệ
0–100
0.01
249–
255
0–100
0.1
255
0–254
na
8-bit unsigned
integer
255
0–254
na
%
8-bit unsigned
integer
248–
255
0–100
0.01
M2 cây /m2
8-bit unsigned
248–
mặt đất
integer
255
0–100
0.1
8-bit unsigned
integer
b) sản phẩm MCD12Q1
Bảng 1.6: Đặc tính kỹ thuật của ảnh MCD12Q1
Phạm vi thời gian
Độ phủ trùm bề
mặt
Hình 1.5: ảnh MCD12Q1 khu
vực Tây Nguyên
2001–2012
~120
x 1200 km (~10° x 10°
at the equa
r)
Kích thước ảnh
2400 x 2400 rows/columns
Dung lượng file
~88 MB
Độ phân giải
500 meters
Phương pháp chiếu
Sinusoidal
Kiểu dữ liệu
8-bit unsigned integer
Định dạng dữ liệu
HDF-EOS
Số dữ liệu sản phẩm
16
17
Các sản phẩm MODIS bao phủ mặt đất có năm hệ thống phân loại, trong đó mơ
tả tính chất che phủ đất có dữ liệu gốc từ những quan sát đầu vào kéo dài trong một
năm của vệ tinh Terra- và Aqua-MODIS. Che phủ mặt đất cơ bản gồm 17 lớp che phủ
đất theo quy định của Chương trình quốc tế địa quyển Sinh quyển (IGBP), trong đó
bao gồm 11 lớp học tự nhiên thực vật, 3 lớp đất phát triển, lớp đất nền và ba lớp đất
khơng có thảm thực vật.
Bảng 1.7: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MCD12Q1
Fill
Vùng giá trị
Dữ liệu sản phẩm
Đơn vị
Kiểu dữ liệu
Land Cover Type 1 (IGBP)*
Class #
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 2 (UMD)*
Class #
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 3
(LAI/fPAR)*
Class #
8-bit unsigned
255
0 – 254
Class #
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 5 (PFT)**
Class #
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 1 Assessment
% Integer
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 2 Assessment
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 3 Assessment
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 4 Assessment
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 5 Assessment
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover QC
Concatenated
Flags
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 1 Secondary
Class #
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 1 Secondary %
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Property 1
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Property 2
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Property 3
Not populated
8-bit unsigned
255
0 – 254
Land Cover Type 4
(NPP/BGC)*
Value
18
c) Sản phẩm MCD43B2
Bảng 1.8: Đặc tính kỹ thuật của ảnh
MCD43B2
Phạm vi thời gian February 24, 2000 Diện tích
~10 x 10 lat/long
Dung lượng file
~0.4 MB
Lưới chiếu
Sinusoidal
Định dạng dữ liệu HDF-EOS
Hình 1.6: ảnh MCD43B2 khu vực Tây
Nguyên
Kích thước
1200
x
rows/c lumns
Độ phân giải
1 kilometer
Số lớp sản phẩm
4
1200
Sản phẩm ảnh MODIS BRDF/Albedo (MCD43B2) mô tả vấn đề chung của các
sản phẩm BRDF và Albedo. Các sản phẩm MCD43B2 chu kì 16 ngày chứa dữ liệu ở
độ phân giải không gian 1 km cung cấp như một cấp 3 chấn chia vạch dữ liệu đặt trong
chiếu sin, và bao gồm chất lượng phản xạ, điều kiện tuyết, thông tin phụ trợ, và các
thông tin đảo ngược.
Cả hai dữ liệu Terra và Aqua được sử dụng trong thế hệ của sản phẩm này, cung
cấp khả năng cao nhất cho dữ liệu đầu vào chất lượng và chỉ định nó như là một
"MCD," có nghĩa là sản phẩm "kết hợp". MODIS BRDF & Albedo sản phẩm phiên
bản 5 đã đạt được kiểm định qua giai đoạn 3.
19
Bảng 1.9: Bảng mô tả số lớp dữ liệu sản phẩm của ảnh MODIS Terra + Aqua
BRDF/Albedo Quality 16-Day L3 Global 1km SIN Grid V005 (MCD43B2):
Bộ dữ liệu sản phẩm
Đơn vị
Kiểu bit
FILL
Vùng giá trị
BRDF_Albedo_Quality Concatenated flags 8-bit unsigned 255
integer
0–254
Snow_BRDF_Albedo
0–254
Concatenated flags 8-bit
unsigned 255
integer
BRDF_Albedo_
Ancillary
Concatenated flags 16-bit unsigned 32767
integer
0–32766
BRDF_Albedo_Band_
Quality
Concatenated flags 32-bit unsigned 4294967295 0–
integer
4294967294
Một trong những khác biệt đáng kể hơn giữa V004 và V005 BRDF / Albedo sản
phẩm dữ liệu là thông tin chất lượng khơng cịn được nhúng vào như là một khoa học
Data Set trong mỗi sản phẩm. BRDF / Albedo chất lượng bây giờ được tạo ra như dữ
liệu đứng một mình trong một sản phẩm riêng biệt, MCD43B2, có thể được áp dụng
cho các sản phẩm BRDF / Albedo khác bên ngồi thơng qua pixel tương ứng.