Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC BỐC THỐT HƠI NƯỚC BỀ MẶT
BẰNG MƠ HÌNH MAKKINK DỰA VÀO BỨC XẠ MẶT TRỜI
TRÍCH XUẤT TỪ ẢNH MODIS
1

Lương Chính Kế1, Lương Minh Chính2
Hội Trắc - Địa Bản Đồ - Viễn Thám Việt Nam, email:
2
Bộ mơn Cơng trình giao thơng, Trường Đại học Thủy lợi

1. GIỚI THIỆU CHUNG

2. CƠ SỞ CỦA PHƯƠNG PHÁP

Việc xác định lượng nước tiêu thụ ở các
khu vực địa hình nơng nghiệp rộng lớn và
trong các dự án thủy lợi là rất quan trọng đối
với việc quản lý, quy hoạch và điều tiết
nguồn tài nguyên nước trong các ngành thủy
văn và nơng nghiệp. Hiện tượng bốc thốt
hơi nước (ET) là q trình quan trọng, đóng
vai trị thiết yếu trong việc trao đổi năng
lượng và khối lượng giữa thủy quyển, khí
quyển và sinh quyển [7]. Trong khu vực nhất
định, ET thay đổi theo mùa, phụ thuộc vào
điều kiện thời tiết [2].
Có trên 50 phương pháp truyền thống để
tính lượng bốc thốt hơi nước địa hình, dựa
vào số liệu quan trắc thực địa, như nhiệt độ,

tốc độ gió, bức xạ Mặt Trời [8]. Phương pháp
vật lý theo mơ hình của Pennman - Motheith,
như FAO - 56 [1] đòi hỏi nhiều số liệu thực
địa, nhìều khi khó tiếp cận trong thực tế. Vì
vây, một số phương pháp đơn giản, như
phương pháp của Makkink, Priestley - Taylor
[4, 8] dựa vào số đo bức xạ được áp dụng,
nhưng vẫn thỏa mãn yêu cầu trong thực tiễn.
Ứng dụng viễn thám vệ tinh để ước tính ET
đã và đang được ứng dụng trên quy mô rộng,
cũng như trong từng nhiệm vụ cụ thể của đời
sống. Nội dung của bài báo về sử dụng ảnh vệ
tinh MODIS để ước tính lượng bốc thốt hơi
nước bề mặt điạ hình khu vực miền Bắc Việt
Nam theo mơ hình Makkink dựa vào bức xạ
Mặt Trời đi tới, được trích xuất từ ảnh MODIS.
Kết quả thu được sẽ so sánh với ET tính từ số
liệu bức xạ đi tới trên 14 trạm khí tượng.

Mơ hình FAO-56 PM (PennmanMotheith) cần nhiều thơng số đo thực địa,
mặc dù có độ chính xác cao nhưng chi phí
cho số đo thực địa là khá cao. Trong thực tế,
mơ hình Makkink (1957) đơn giản hơn nhiều,
được sử dụng rộng rãi:
 Rs
b
(1)
ET  a
  
Trong đó: Δ – tham số góc đường cong áp

suất hơi nước (slope vapour pressure curve);
γ – hằng số ứng đáp địa hình (psychrometric
constant); Rs – bức xạ Mặt Trời đi tới bề mặt
địa hình, λ – hệ số biến đổi (W/m2/h) về
(mm/h ) hay (W/m2/ngày ) về (mm/ngày );
a, b – hệ số thực nghiệm có giá trị 0,61 và 0,12 [4]. Hệ số a, b được Hasen (Hà Lan) xác
định vào năm 1984 có giá trị 0,70 và 0 [8].
Hợp tác giữa ĐH Uppsala (Thụy Điển) và
ĐH Louisiana (Hoa Kỳ) khảo sát năm 1999,
nhận được giá trị là 0,77 và 0,20 [8]. Hệ số a,
b trung bình của ba kết quả khảo sát trên là
0,693 và 0,027 sẽ được sử dụng tính tốn
trong phần thực nghiệm.
Trong phương pháp truyền thống, Rs được
tính dựa vào cơng thức của Angstrom. Cơng
thức này được Viện Khí Tượng Tủy Văn Viêt
Nam cụ thể hóa bằng mơ hình thực nghiệm
cho từng mùa trong một năm, là hàm số của
giờ nắng thực n, có dạng:
Rs = p + n.q
(2)
Trong đó: p, q - hệ số thực nghiệm tuyến
tính, theo mùa trong năm.

466


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

Từ tư liệu ảnh vệ tinh, Rs được trích xuất

theo [6]:
m0 ,678

Rs  Ra  0 ,7 
(3)
Trong đó: Ra - bức xạ mặt trời ở đỉnh khí
quyển được xác định theo [5]; m - tỷ phần
khối lượng không khí tính theo [3].
Phần thực nghiệm dưới đây, mơ hình
Makkink tính ET (1) được thực hiện cho hai
trường hợp (2) và (3), nhận a = 0,693 và b =
0,027; sau đó sẽ được so sánh, đánh giá.

Ảnh đã được hiệu chỉnh hình học trong
hệ quy chiếu VN-2000. Dữ liệu quan trắc từ
14 trạm khí tượng khu vực miến Bắc trong
bảng dưới.
Bảng 1. Dữ liệu một số trạm quan trắc KT
No

Trạm K/T

Độ Nhiệt Tốc
cao độ,
độ Áp suất
trạm TTĐ tbgió (kPa)
(m) (oC) (m/s)

1


Ha Giang

123

27.5

0.5 100.027

2

Lao Cai

93

24

0.75 100.343

…

…

…

…

3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO
LUẬN

3.1. Dữ liệu đầu vào

Ảnh vệ tinh MODIS Aqua sử dụng trong
thực nghiệm vào ngày 10/10/2008 với độ
phân giải không gian 1000 mét ở mức xử lý 1A
(hình 1).

…

…

8 Lang - Ha Noi

21

…

…

…

22.1 1.25 101.103
…

…

…

13

Hoi Xuan


234

24.4

1.5

98.856

14

Thanh Hoa

5

23.4 2.25 101.272

3.2. Kết quả
3.2.1. Tính Rs
* Đại lượng Rs từ số liệu khí tượng (Rs-kt)
được tính theo (2) dựa vào giờ nắng thực n
trên 14 trạm quan trắc cho tháng 9, 10 và 11
có dạng: Rs-kt = 6,0 + 0,035*n. Kết quả tính
được ghi ở bảng 2, cột 2. * Rs tính từ Modis
theo (3) ở cột 3; hiệu số ở cột 4 và sai số
tuyệt đối của Rs tính từ Modis so với tính từ
trạm khí tượng ghi ở cột 5. Sai số tuỵệt đối
lớn nhất trên trạm Thanh Hóa là 12%, nhỏ
nhất tạị trạm Lai châu; trung bình là xấp xỉ
6%. Sai số trung phương đạt 22,5(W/m2/h),
tương đương 6,95%.


Hình 1. Modis (10/11/2008)

Bảng 2. Tính Rs và ET từ số liệu khí tượng và từ ảnh Modis
RS-kt
No Trạm KT
1
1 Ha Giang
2
Lao Cai
…
…
8
Ha Noi
…
…

(W/m2/h)
2
324.38
323.46
…
323.98
…

SS
tuy.
(W/m2/h) (W/m2/h) đối
(%)
3

4
5
322.38
2.00
0.62
322.41
1.05
0.32
…
…
…
299.36
24.63
7.60
…
…
…
RS-M

[(2)-(3)]

467

SS
tg.
(mm/h) (mm/h) (mm/h) đối
(%)
7
8
9

10
0.25
0.26
0.00 -1.00
0.24
0.24
-0.01 -3.48
…
…
…
…
0.24
0.22
0.01
4.12
…
…
…
…
ET-kt

ET-M [(7)-(8)]

SS
tuy.
đối
(%)
11
1.00
3.48

…
4.12
…


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

Bảng 2 (tiếp theo)
RS-kt
No Trạm KT

(W/m2/h)

1
13 Hoi Xuan
14 Thanh hoa
Trung
bình

2
321.64
324.25
324.38

RS-M

[(2)-(3)]

SS
SS

ET-kt ET-M [(7)-(8)] SS
tuy.
tg. tuy.
(W/m2/h) (W/m2/h) đối (mm/h) (mm/h) (mm/h) đối đối
(%)
(%) (%)
3
4
5
7
8
9
10
11
296.59
25.05
7.79
0.24
0.23
0.01
4.76 4.76
286.70
37.54 11.58
0.23
0.21
0.02
8.04 8.04
305.58

18.80


Sai số trung phương (sstp)

5.77

0.24

22.539
6.95%

3.2.2. Tính ET

0.00

2.15 3.86

0.0103
4.38%

4. KẾT LUẬN

* Đại lượng ET (mm/h) tính từ bức xạ Rs
của trạm khí tượng và của Modis được ghi ở
cột 7 và 8. Sai số tương đối và tuyệt đối theo
(%) từ hiệu số giữa ET-khí tượng và ET-modis
được thống kê ở các cột 9, 10, 11 của bảng 2.
Sai số tuyệt đối lớn nhất của ET từ Modis so
với số liệu khí tượng tại trạm Thanh Hóa và
nhỏ nhất tại trạm Lai Châu, trung bình là xấp
xỉ 4%. Sai số trung phương đạt 0,01 (mm/h),

tương đương 4.38%. ET tính cho hai trường
hợp nhận a = 0,693; b = 0,027 là trị trung bình
của ba khảo sát Mỹ, Hà Lan và Thụy Điển.
Kết quả xử lý ảnh trích xuất sự phân bố
khơng gian bức xạ Mặt Trời đi tới Rs (W/m2/h)
và lượng bốc thoát hơi nước ET (mm/h) từ ảnh
Modis (hình 2).

Hình 2. Phân bố khơng gian Rs-modis;
Bản đồ phân bố lượng bốc thoát hơi nước
ET-modis (1:1 000 000)

0.23

Kết quả khảo sát cho thấy mơ hình ước tính
ET của Makinkk dựa vào bức xạ đi tới được
trích xuất từ ảnh Modis so với số liệu tính tốn
từ số đo thực địa trên 14 trạm khí tượng có độ
tin cậy cao. Như vậy, để sai số trung phương
của ET khơng vượt q 10% địi hỏi bức xạ đi
tới Rs trích xuất từ ảnh cần đạt dưới 15%, tức
là sai số trung phương của Rs trích xuất từ
Modis khơng lớn hơn 50 (W/m2/h).
Khảo sát đã cho thấy tiềm năng của Viễn
Thám vệ tinh trong nông nghiệp, thủy văn là
rất lớn trước áp lực về biến đổi khí hậu, cũng
như quy mô sản xuất trên cánh đồng mẫu lớn
ngày càng gia tăng theo hướng phát triển kinh
tế hàng hóa nơng nghiệp bền vững.
TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] FAO Irrigation and Drainage Paper 56,
FAO, 1998. ISBN 92-5-104219-5.
[2] Hanson RL, 1991. Evapotranspiration and
droughts, In: Paulson RW, Chase EB,
Roberts RS, Moody DW, Compilers,
National Water Summary 1988-89hydrologic events and floods and droughts:
U.S. Geological Survey Water-Supply
Paper 2375, pp 99–104.
[3] Kreith F. Kleider J. F. 1994. Principles of
solar engineering. McGraw-Hill. New York.
[4] Makkink G. F., 1957.Testingthe Penman
formula by means of Lysineters, J. Inst.
Water Engineers 11, pp.277-288.
[5] Markvart T., Kleider. 1994. Solar electricity.
John Wiley & Sons, Chichester, UK.
[6] Meinel A., Mainel M. 1976. Applied solar
energy; an introduction. Addison-Wesley.

468