Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển; Tập 14, Số 1; 2014: 25-31 ISSN: 1859-3097 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst PHÂN BỐ HÀM LƯỢNG CHLOROPHYLL TRUNG BÌNH THÁNG VÙNG BIỂN ĐƠNG TỪ THÁNG 8/2011 ĐẾN 7/2012 Vũ Văn Tác Viện Hải Dương Học-Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam E-mail: quiet_seavn@yahoo.com Ngày nhận bài: 25-7-2013 TĨM TẮT: Bài báo trình bày tập sơ đồ mô tả phân bố hàm lượng chlorophyll trung bình tháng tầng mặt vùng Biển Đơng, từ tháng 8/2011 đến tháng 7/2012 Mỗi sơ đồ tranh sinh động mô tả hàm lượng chlorophyll thông qua dải màu sắc nét, giúp cho độc giả có nhìn trực quan phân bố hàm lượng chlorophyll điểm, vùng khác tồn vùng Biển Đơng Qua đó, thấy nguồn số liệu chlorophyll giải đoán từ ảnh viễn thám chụp từ vệ tinh Aqua Cục quản trị Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ(US NASA) đáng tin cậy sử dụng việc nghiên cứu sức sản xuất sơ cấp giám sát chất lượng mơi trường nước Từ khóa: Bản đồ, chlorophyll, Biển Đông GIỚI THIỆU Hiện nay, yếu tố chlorophyll ứng dụng rộng rãi phổ biến việc nghiên cứu sức sản xuất sơ cấp giám sát chất lượng môi trường nước Tuy nhiên, nguồn số liệu chlorophyll Cơ sở liệu biển Quốc gia (CSDL VNOD) ít, có 1.800 trạm khảo sát với 4.359 số số liệu đo rải rác khoảng thời gian 40 năm (trong vùng Biển Đông, từ 1961-2002) Điều có nghĩa CSDL VNOD hồn tồn khơng có số liệu chlorophyll 10 năm trở lại Trong khoảng 10 năm trở lại đây, Viện Hải dương học nhiều quan nghiên cứu biển nước thực nhiều dự án liên quan đến môi trường biển, có đo đạc yếu tố chlorophyll đề tài KC.09.05/06-1, KC.09.21/06-10 Liên đoàn Địa chất Biển, KC.09.03/06-10 Viện Hải dương học, chương trình hợp tác hợp tác “Khảo sát Nghiên cứu khoa học Biển phối hợp Việt Nam - Philippin Biển Đông” (JOMSRE-SCS), chương trình hợp tác nghiên cứu biển Việt Nam - Đức Tương tác đất liền - đại dương vùng biển ven bờ Nam Việt Nam Tuy nhiên, việc thu thập số liệu từ đề tài để cập nhật cho CSDL VNOD gặp nhiều khó khăn liên quan đến quyền sở hữu số liệu Ngày nay, với tiến khoa học kỹ thuật, việc ứng dụng công nghệ viễn thám xác định hàm lượng chlorophyll thông qua ảnh chụp bề mặt nước dựa nguyên lý thu nhận lượng phản xạ, xạ từ đối tượng nghiên cứu Ở Việt Nam, chưa có điệu kiện phóng vệ tinh nên đa số ảnh vệ tinh chụp phải mua từ nước để phục vụ nghiên cứu cho ngành cụ thể (chúng ta có vệ tinh vinasat-I vinasat-II, vệ tinh viễn thông) không gian vũ trụ tồn hàng trăm vệ tinh khác nhiều quốc gia Một quan hàng đầu giới công nghệ viễn thám US NASA (Cục quản trị Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ) Các ảnh viễn thám quan chụp, xử lý cơng bố, chia sẻ miễn phí website (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov/) 25 Vũ Văn Tác Để lấp khoảng trống liệu chlorophyll CSDL VNOD, năm 2012 phòng Dữ liệu biển, Viện Hải dương học thực đề tài nghiên cứu khoa học cấp sở CS2012.11 để “Khai thác nguồn số liệu chlorophyll vùng Biển Đông qua ảnh MODIS từ website US NASA” Kết quả, đề tài khai thác khối lượng liệu chlorophyll lớn có độ tin cậy cao từ ảnh MODIS-Level (ảnh xử lý) US NASA Hơn 25 triệu giá trị trung bình tháng yếu tố chlorophyll giải đoán từ ảnh viễn thám thời gian 10 năm (7/2002-7/2012) nguồn số liệu có giá trị cho việc giám sát chất lượng môi trường nước nghiên cứu sức sản xuất sơ cấp vùng Biển Đông Nguồn số liệu khai thác nói tập hợp, lưu trữ quản lý sở liệu riêng (Hệ quản trị sở liệu Microsoft Access), thuận tiện cho việc khai thác sử dụng (ngoài nguổn ảnh MODIS, US NASA có ảnh SEA-WiFS nguồn ảnh khơng miễn phí) Bài báo sử dụng nguồn số liệu chlorophyll mà đề tài CS2012.11 khai thác để xây dựng tập sơ đồ mô tả phân bố hàm lượng chlorophyll trung bình tháng tầng mặt vùng Biển Đông, từ tháng 8/2011 đến tháng 7/2012 Mỗi sơ đồ tranh sinh động mô tả hàm lượng chlorophyll thông qua dải màu sắc nét, giúp cho độc giả có nhìn trực quan phân bố hàm lượng chlorophyll điểm, vùng khác tồn vùng Biển Đơng Qua kết này, thấy nguồn số liệu chlorophyll giải đoán từ ảnh viễn thám chụp từ vệ tinh Aqua US NASA đáng tin cậy sử dụng việc nghiên cứu sức sản xuất sơ cấp giám sát chất lượng mơi trường nước vùng Biển Đơng nói riêng giới nói chung Đặc biệt, nguồn số liệu hồn tồn miễn phí PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phạm vi khai thác số liệu Phạm vi mơ tả ảnh MODIS giải đốn chlorophyll cấp độ US NASA toàn cầu Tuy nhiên, phạm vi quản lý số liệu sở liệu VNOD giới hạn vùng Biển Đông lân cận, giới hạn từ 26 kinh độ 990E đến 1250E vĩ độ từ 50S đến 250N Vì vậy, việc khai thác số liệu chlorophyll giới hạn phạm vị (hình 1) Hình Phạm vi quản lý số liệu VNOD Phương pháp nghiên cứu Các phần mềm sử dụng để xây dựng đồ Sử dụng ngôn ngữ Visual Basic 6.0 trình ADO để lọc, phân tích xử lý số liệu Sử dụng phần mềm Oean Data View để xây dựng sơ đồ màu Sử dụng phần mềm SAGA để xây dựng biểu đồ mô tả trực quan chuỗi số liệu chlorophyll Kiểm tra chất lượng số liệu chlorophyll file ảnh Việc đánh giá chất lượng nguồn số liệu chlorophyll thu từ ảnh viễn thám việc không đơn giản Kết giải đoán ảnh viễn thám phụ thuộc nhiều yếu tố thời tiết, thời gian thiết bị chụp thuật toán sử dụng việc giải đốn Trong q trình xây dựng tập đồ này, dựa nghiên cứu chlorophyll nước để đánh giá sơ chất lượng nguồn số liệu chlorophyll sau Phân bố hàm lượng chlorophyll trung bình … Theo kết nghiên cứu Võ Văn Lành đồng nghiệp [2], khoảng giới hạn yếu tố chlorophyll vùng Biển Đông xác định (0, 20), xác định dựa 1.894 trạm với 3.467 số số liệu, quan trắc khoảng thời gian từ 1961-1998 So sánh tập số liệu chlorophyll khai thác với tập số liệu chlorophyll quan trắc thực tế CSDL VNOD Tuy nhiên, theo tài liệu sở liệu biển giới 2009 [1], giới hạn yếu tố chlorophyll mô tả bảng Bảng Giới hạn yếu tố chlorophyll (mg/m3) tầng mặt Ven bờ Vùng khơi Vùng biển Bắc Thái Bình Dương Dưới Trên Dưới Trên 50 1,5 Vùng biển xích đạo Thái Bình Dương Dưới Trên Dưới Trên 50 Ghi chú: Theo cách phân chia NODC, vùng Biển Đông gần nằm trọn vùng biển Bắc Thái Bình Dương Tuy nhiên, có phần thuộc vùng biển xích đạo Thái Bình Dương Hình Biểu đồ phân bố số liệu chlorophyll (mg/m3) theo khoảng giá trị (Nguồn từ ảnh MODIS trung bình tháng 7/2012 (gồm 216.030 giá trị) Để đánh giá sơ chất lượng nguồn số liệu chlorophyll trên, khoảng giới hạn trên{(0, 20) (0, 50)} sử dụng để kiểm tra Kết kiểm tra mô tả bảng Bảng Kết kiểm tra chất lượng nguồn số liệu chlorophyll (mg/m3) Khoảng giới hạn sử dụng kiểm tra Tổng số số liệu kiểm tra Số số liệu nằm khoảng giới hạn Tỷ lệ % (0, 20) 25.401.154 12.330 0,05 (0, 50) 25.401.154 1.080 0,04 Ghi chú: - Giá trị nhỏ tập số liệu chlorophyll là: 0,002021(mg/m3) - Giá trị lớn tập số liệu chlorophyll là: 99,93376(mg/m3) Theo kết kiểm tra chất lượng nguồn số liệu chlorophyll (bảng 2), 99,95% số liệu nằm khoảng (0, 20) 99,996% số liệu nằm khoảng (0, 50) Điều có nghĩa giá trị chlorophyll lớn 20 mg/m3 số liệu chlorophyll giải đoán từ ảnh viễn thám hợp lý đáng tin cậy Vì vậy, khoảng liệu (0, 20) chọn để lọc liệu cho việc xây dựng tập đồ Hình Biểu đồ phân bố số số liệu chlorophyll (mg/m3) theo khoảng giá trị (Nguồn từ CSDL VNOD (gồm 1594 giá trị, quan trắc 1961 - 2002) Để so sánh cách trực quan tập số liệu chlorophyll khai thác với tập số liệu chlorophyll quan trắc thực tế CSDL VNOD, xây dựng biểu đồ mô tả khoảng đặc trưng chuỗi số liệu chlorophyll tương ứng mô tả hình hình 27 Vũ Văn Tác Đối với tập số liệu chlorophyll CSDL VNOD, số liệu đo tầng mặt bao gồm 1.594 trạm, quan trắc khoảng thời gian từ năm 1961 đến 2002 Đối với tập số liệu chlorophyll khai thác từ ảnh MODIS, tồn số liệu trung bình tháng 7/2012 chọn để xây dựng biểu đồ Đây file số liệu gần y mà đề tài CS2012.11 khai thác Dựa vào biểu đồ mô tả hình hình 3, dễ dàng nhận thấy nét tương đồng khoảng đặc trưng giá trị chlorophyll: Phần lớn giá trị chlorophyll tập trung khoảng (0,03 - 1,5) Trong khoảng (1,6 - 10) giá trị chlorophyll giá trị chlorophyll lớn 10 Mặc dù việc so sánh tập liệu chlorophyll thời điểm cách 10 năm khập khiễng, chlorophyll phản ánh chất lượng mơi trường biến động theo thời gian Tuy nhiên, biến động nằm khoảng giới hạn cố định đề cập bảng Chính mà tương đồng biểu đồ lần phản ánh độ tin cậy tập số liệu chlorophyll giải đốn từ ảnh MODIS Hình Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 9/2011 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Tập sơ đồ phân bố chlorophyll trung bình tháng Hình Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 10/2011 Hình Phân bố chlorophyll (mg/m3) trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 8/2011 28 Hình Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đông: 11/2011 Phân bố hàm lượng chlorophyll trung bình … Hình Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 12/2011 Hình 11 Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 3/2012 Hình Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 1/2012 Hình 12 Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 04/2012 Hình 10 Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 2/2012 Hình 13 Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đông lân cận: 5/2012 29 Vũ Văn Tác KẾT LUẬN Hình 14 Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đông lân cận: 6/2012 Hiện nay, hàm lượng chlorophyll ứng dụng phổ biến việc giám sát chất lượng môi trường nước nghiên cứu sức sản xuất sơ cấp Việc sử dụng ảnh viễn thám để nghiên cứu phân bố hàm lượng chlorophyll hướng hiệu Tuy nhiên, kinh phí cho việc mua ảnh viễn thám có chất lượng cao SPOT5, IKNOS, ASTER v.v quyền phần mền chuyên dụng cho việc giải đoán ảnh viễn thám cao đỏi hỏi người sử dụng phải đạt trình độ chun mơn định Vì vậy, việc chọn ảnh US MODIS NASA để khai thác liệu hướng nghiên cứu thiết thực, chi phí thấp hiệu cao nguồn ảnh hồn tồn miễn phí có chất lượng đáng tin cậy Ngồi ra, nguồn ảnh phòng Dữ liệu biển, Viện Hải dương học chuyển đổi, đồng thời tập hợp lưu trữ CSDL số, thuận tiện việc phân tích, xử lý, khai thác nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình 15 Phân bố chlorophyll trung bình tầng mặt vùng Biển Đơng lân cận: 7/2012 Từ hình đến hình 15 sơ đồ phân bố mật độ điểm ảnh giá trị trung bình tháng yếu tố chlorophyll tầng mặt, tương ứng từ tháng 8/2011 đến tháng 7/2012 30 Johnson, D R., T P Boyer, H E Garcia, R A Locarnini, O K Baranova and M M Zweng, 2009 World Ocean Database 2009 Documentation Edited by Sydney Levitus NODC Internal Report 20, NOAA Printing Office, Silver Spring, MD, 175 pp Available at http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOD09/pr _wod09.html Võ Văn Lành, Phan Quảng, Vũ Văn Tác, Làu Và Khìn, Ngơ Mạnh Tiến, Đặng Ngọc Thanh, 2000 The oceanographic database of the South China Sea and adjacent waters Collection of Marine Research Works Science and Technique Publishing House Vol 10, 254-259 Phân bố hàm lượng chlorophyll trung bình … MONTHLY AVERAGE DISTRIBUTION OF CHLOROPHYLL IN EASTERN SEA FROM AUGUST 2011 TO JULY 2012 Vu Van Tac Institute of Oceanography-VAST ABSTRACT: This paper presents the schematic maps describing the distribution of the monthly average chlorophyll content at the surface of the Eastern Sea from August 2011 to July 2012 Each schematic map is a vivid picture describing chlorophyll content through a range of sharp colors, giving readers a visual look on the distribution of chlorophyll content at different points and areas around the Eastern Sea Thereby, the chlorophyll data, which are interpreted from the remote sensing images of Aqua satellite of National Aeronautics and Space Administration (NASA), are reliable and can be used in the study of primary productivity as well as environmental water quality monitoring Key words: Maps, chlorophyll, Eastern Sea 31