Tầng điện ly và tầng đối lưu trong khí quyển là một trong những nhân tố làm giảm độ chính xác trong định vị và dẫn đường bằng các thiết bị thu sóng vô tuyến nói chung và tín hiệu thu từ hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu (GNSS) nói riêng. Cùng với đó, hơi nước trong tầng đối lưu có vai trò đặc biệt quan trọng trong chu trình nước trên Trái Đất và có tác động trực tiếp, mạnh mẽ tới hệ thống thời tiết. Hơi nước làm giảm bức xạ điện từ trong khí quyển, điều này có ý nghĩa lớn với các lĩnh vực khoa học như thiên văn học, viễn thám hay viễn thông.

Hiện nay, dữ liệu tầng điện ly nhận được từ các mô hình toàn cầu có độ trễ về thời gian rất lớn và có mật độ thưa nên chưa đáp ứng được yêu cầu nâng cao độ chính xác định vị trong thời gian thực và ở khu vực có mật độ trạm IGS như trên lãnh thổ Việt Nam. Dữ liệu PWV nhận được từ các mô hình toàn cầu có độ trễ về thời gian rất lớn và có mật độ thưa. Xác định PWV ở nước ta chủ yếu được quan trắc từ 6 trạm thám không vô tuyến với tần suất từ 1 đến 2 lần trong ngày. Tuy nhiên, các phương pháp đo radar, vô tuyến thám không, ảnh vệ tinh MODIS có chi phí lớn, quan trắc được trong phạm vi không gian nhỏ. Hiện nay, việc xác định PWV từ dữ liệu đo GNSS đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là xác định PWV trong thời gian thực với tần suất thu nhận dữ liệu 15 phút/lần, liên tục cả ngày lẫn đêm. Phương pháp này có chi phí thấp và là một trong những giải pháp khá phù hợp ở Việt Nam khi số lượng trạm đo GNSS liên tục (trạm CORS) đã hoàn thiện và được đưa vào khai thác sử dụng. Cùng với công nghệ phần mềm quản trị, lưu trữ dữ liệu lớn đang được phát triển, ứng dụng ở Việt Nam đã mở ra hướng mới trong tính toán xác định, quản lý, cung cấp dữ liệu TEC và PWV liên tục trong thời gian thực ở phạm vi toàn lãnh thổ.

Xuất phát từ thực tiễn trên, Chủ nhiệm đề tài TS. Lại Văn Thủy cùng nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học Đo đạc và Bản đồ triển khai thực hiện dự án SXTN: “Xác định tổng lượng điện tử tự do (TEC), lượng hơi nước tích tụ (PWV) từ dữ liệu GNSS trên phạm vi lãnh thổ Việt Nam” với mục tiêu: Hoàn thiện quy trình công nghệ xác định tổng lượng điện tử tự do (TEC), lượng hơi nước tích tụ (PWV) từ dữ liệu GNSS; Xây dựng cơ sở dữ liệu tổng lượng điện tử tự do (TEC), lượng hơi nước tích tụ (PWV) từ dữ liệu GNSS trên đất liền lãnh thổ Việt Nam.

Mô tả thành phần độ trễ thiên đỉnh tầng đối lưu tại điểm GNSS

Tầng đối lưu là phần thấp nhất của khí quyển, đặc trưng của tầng này thể hiện ở các dòng đối lưu của không khí nóng từ bề mặt bốc lên cao và lạnh đi sau đó ngưng tụ thành các đám mây. Tầng đối lưu bắt đầu từ bề mặt Trái Đất mở rộng ra đến cao độ 20km, thành phần chính của tầng đối lưu là hơi nước. Lượng hơi nước tích tụ (Precipitable Water Vapour - PWV) là thành phần chính và rất quan trọng trong nghiên cứu khí quyển. Do vậy, nhiều ngành khoa học đặc biệt là ngành khí tượng cũng đã tập trung nghiên cứu về hơi nước trong khí quyển. Các phân tử nước hấp thụ mạnh các giải sóng ngắn (bức xạ mặt trời) và các giải sóng dài hơn (các phát xạ sóng dài từ bề mặt). Cụ thể, sự hấp thụ và phát xạ của khí quyển do hơi nước diễn ra mạnh nhất với các sóng có bước sóng nhỏ hơn 7.6µm;từ (13 - 16) µm và lớn hơn 22 µm, dođó hơi nước có ảnh hưởng đến nhiệt độ của tất cả các lớp khí quyển. Vì vậy, việc đo đạc, tính toán lượng hơi nước tích tụ trong cột khí quyển thẳng đứng ngày càng được quan tâm, đặc biệt là lượng hơi nước tích tụ PWV. PWV là lượng nước lỏng thu được nếu tất cả hơi trong khí quyển trong cột thẳng đứng được nén đến điểm ngưng tụ, PWV thay đổi rất nhanh theo không gian và thời gian, hướng gió, tốc độ gió hoặc nhiệt độ.

Do đặc tính thay đổi nhanh, biên độ thay đổi lớn khiến PWV là yếu tố khí quyển rất khó đo đạc, các nhà khoa học gặp khó khăn khi nghiên cứu sự phân bố của PWV theo không gian và thời gian. Các phương pháp đo PWV thường sử dụng các thiết bị thám không vô tuyến, máy đo bức xạ sóng ngắn đặt trên mặt đất, hệ thống LIDAR, hệ thống LASER và từ hệ thống định vị GNSS. Hiện nay, dữ liệu PWV được Tổ chức và Dịch vụ định vị vệ tinh quốc tế IGS, Viện Nghiên cứu Thiên văn thuộc trường đại học Bern (AIUB) và Trung tâm Lưu trữ hệ thống thông tin và Dữ liệu quan sát Trái Đất của NASA cung cấp cho người dùng ở dạng mô hình đối lưu chính xác sau thời gian 15 ngày và mô hình tầng đối lưu nhanh sau 72 giờ dưới dạng mô hình số GRID kích thước 15 bậc (cho vĩ độ từ -90 đến + 90) và 15 bậc (cho vĩ độ từ -78 đến + 90). Dữ liệu PWV nhận được từ các mô hình toàn cầu có độ trễ về thời gian rất lớn và có mật độ thưa nên chưa đáp ứng được yêu cầu trong nâng cao độ chính xác định vị và dự báo thời tiết tức thời, đặc biệt ở khu vực có mật độ trạm IGS như trên lãnh thổ Việt Nam.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:

- Trên cơ sở tổng kết đánh giá thực trạng về công tác nghiên cứu tính toán TEC và PWV, nhóm nghiên cứu đã xây dựng và hoàn thành được Quy trình công nghệ xác định, quản lý, cung cấp dữ liệu TEC và PWV theo điểm đo và theo mô hình số TEC và PWV trong thời gian thực từ dữ liệu đo GNSS liên tục trên các hệ thống máy thu Neica đặt tại các trạm CORS và máy thu R9, R9nets đặt tại các trạm đo bổ sung.

- Đã lựa chọn giải pháp biên tập các bản đồ chuyên đề về TEC và PWV gần thời gian thực bằng các phần mềm biên tập bản đồ hiện có.

- Đã xây dựng được cơ sở dữ liệu phục vụ quản lý, cung cấp dữ liệu TEC và PWV cho các số liệu trong thời gian thực hiện dự án SXTN. 26 - Xây dựng được phần mềm tính toán và quản trị cơ sở dữ liệu TEC và PWV với toàn bộ quá trình tính toán trong thời gian thực từ bước chuẩn bị dữ liệu đầu vào cho đến bước lập mô hình số TEC và PWV.

- Đã xây dựng được giải pháp và Website để cung cấp sản phẩm TEC và PWV online trên internet.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 22294/2023) tại Cục Thông tin, Thống kê.

Đ.T.V (NASTIS)