Bài viết đánh giá một số đặc điểm môi trường bao gồm nhiệt SST, Chlorophyll-a và dòng chảy tầng mặt theo mùa cũng như theo độ sâu với các ảnh đa thời gian có được.
Vietnam Journal of Marine Science and Technology; Vol 19, No 3B; 2019: 149–162 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/19/3B/14522 https://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst Application of satellite images and VNREDSAT-1 images in study on marine environment in Truong Sa region Do Huy Cuong*, Bui Thi Bao Anh, Nguyen Xuan Tung, Nguyen The Luan, Le Dinh Nam, Pham Duc Hung, Nguyen Thi Nhan, Tran Xuan Loi Institute of Marine Geology and Geophysics, VAST, Vietnam * E-mail: dhcuong@imgg.vast.vn Received: 25 July 2019; Accepted: October 2019 ©2019 Vietnam Academy of Science and Technology (VAST) Abstract The remote sensing images, including images of MODIS, VNREDSAT-1 and altimeter, are applied for researching marine environment with the different resolutions On the basis of different time remote sensing images, we concentrated on the assessment of several characteristics including the SST, chlorophyll-a concentration and sea surface current at the different depths in different monsoons as well With the large areas, we used the images of MODIS and altimeter The detailed research area focuses on the Nam Yet island, and the images of VNREDSAT-1 are used The analysis method of environmental parameters of SST and chlorophyll-a used the regression functions based on the single and combined bands to enhance the accuracy of the analysis result The marine parameters collected at different depths in the latest field surveys on Truong Sa archipelago in the years of 2015 and 2018 are presented in this paper On the basis of these parameters, we can analyse the relationships and compare the real field survey data and corresponding results interpreted from remote sensing images Keywords: Remote sensing image, marine environment, sea surface temperature (SST), chlorophyll-a concentration, sea current Citation: Do Huy Cuong, Bui Thi Bao Anh, Nguyen Xuan Tung, Nguyen The Luan, Le Dinh Nam, Pham Duc Hung, Nguyen Thi Nhan, Tran Xuan Loi, 2019 Application of satellite images and VNREDSAT-1 images in study on marine environment in Truong Sa region Vietnam Journal of Marine Science and Technology, 19(3B), 149–162 149 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển, Tập 19, Số 3B; 2019: 149–162 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/19/3B/14522 https://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst Ứng dụng tƣ liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 nghiên cứu môi trƣờng biển khu vực Trƣờng Sa Đỗ Huy Cƣờng*, Bùi Thị Bảo Anh, Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Thế Luân, Lê Đình Nam, Phạm Đức Hùng, Nguyễn Thị Nhân, Trần Xuân Lợi Viện Địa chất Địa vật lý biển, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Việt Nam * E-mail: dhcuong@imgg.vast.vn Nhận bài: 25-7-2019; Chấp nhận đăng: 6-10-2019 Tóm tắt Với mục đích ứng dụng ảnh vệ tinh nghiên cứu môi trường biển với độ phân giải khác bao gồm ảnh MODIS, VNREDSAT-1 ảnh viễn thám đo cao vệ tinh Chúng tập trung vào đánh giá số đặc điểm mơi trường bao gồm nhiệt SST, Chlorophyll-a dịng chảy tầng mặt theo mùa theo độ sâu với ảnh đa thời gian có Khu vực nghiên cứu theo diện rộng sử dụng ảnh MODIS ảnh đo cao vệ tinh bao phủ vùng biển Trường Sa, khu vực nghiên cứu chi tiết tập trung vào vùng biển xung quanh đảo Nam Yết sử dụng ảnh VNREDSAT-1 Phương pháp phân tích tham số mơi trường nhiệt SST Chlorophyll-a sử dụng hàm hồi quy sở sử dụng đơn kênh phối hợp kênh ảnh làm tăng độ xác phép phân tích Các tham số mơi trường biển thu thập chuyến khảo sát khu vực quần đảo Trường Sa năm 2015 2018 theo diện theo mặt cắt trình bày báo Trên sở phân tích mối quan hệ đối sánh kết đo thực tế phân tích từ ảnh vệ tinh Từ khóa: Ảnh vệ tinh, mơi trường biển, nhiệt độ mặt biển, hàm lượng Chlorophyl-a, dòng chảy MỞ ĐẦU Các ảnh viễn thám quang học sử dụng rộng rãi lĩnh vực nghiên cứu mầu đại dương (ocean color) nói chung mơi trường biển nói riêng Trong báo này, chúng tơi tập trung vào ứng dụng ảnh đa phổ bao gồm ảnh MODIS, VNRESDSAT-1 ảnh đo cao vệ tinh việc nghiên cứu trường nhiệt mặt biển SST chlorophyll-a số đặc trưng biến đổi theo độ sâu chúng, phân bố dòng chảy tầng mặt khu vực Trường Sa lân cận Với kết đo thực tế chuyến thực địa khu vực Trường Sa, số liệu trạm khí tượng thủy văn có khu vực nghiên cứu Các số liệu tham số đầu vào 150 trình tính tốn tham số mơi trường biển từ dạng tư liệu ảnh viễn thám khác Trong phạm vi báo này, chúng tơi trình bày nội dung liên quan đến phương pháp tính tốn, số liệu sử dụng, số liệu đo tham số kết chuyên đề liên quan đến đồ mơi trường tính tốn từ tư liệu ảnh viễn thám khu vực Trường Sa Khu vực nghiên cứu có tọa độ địa lý là: Vĩ độ từ 7o30N đến 17o00N, kinh độ từ 105o40’E đến 117o00E Các số liệu biểu thị theo mạng lưới theo kích thước mắt lưới 0,008o × 0,008o (kinh độ, vĩ độ) Mạng lưới tương ứng với độ phân giải mặt đất tư liệu MODIS Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 TỔNG QUAN SỐ LIỆU MƠI TRƢỜNG BIỂN HIỆN CĨ TRONG KHU VỰC NGHIÊN CỨU Trong khu vực nghiên cứu, sử dụng tối đa nguồn số liệu thu thập nhà khoa học nước, bao gồm kết nghiên cứu tham số hải văn khu vực nghiên cứu khí tượng, nhiệt độ, độ muối, hàm lượng Chlorophyll-a, dòng chảy vùng biển Việt Nam kế cận Các đồ khí tượng thuỷ văn biển Việt Nam nhiều năm Nguồn số liệu bổ sung cho toàn vùng nghiên cứu trích dẫn từ Trung tâm Lưu trữ Dữ liệu Vật lý biển PODAAC, Cục Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ NASA, Trung tâm liệu biển Nhật Bản, nguồn số liệu gốc số liệu tổng hợp khảo sát khu vực quần đảo Trường Sa lân cận lưu trữ Viện Địa chất Địa vật lý biển khoảng thời gian từ năm 1991 đến năm 2018 Các số liệu đo tham số tham khảo theo chương trình SEAFDEC có nhà khoa học Trung Quốc, Nhật Bản, Thái Lan, Malaysia, Việt Nam tham gia theo chương trình hợp tác phát triển nghề cá bền vững khu vực APEC- khuôn khổ hợp tác kinh tế khu vực Châu Á - Thái Bình Dương lĩnh vực sử dụng ảnh vệ tinh để dự báo giám sát nguồn lợi biển Số liệu đo tham số Viện Hải dương học Viễn Đông Nga (POI) khuôn khổ hợp tác IMGG POI Số liệu đo tham số theo chuyến khảo sát tàu SONE - Cộng hoà Liên bang Đức THU THẬP TƢ LIỆU ẢNH VIỄN THÁM VÀ KẾT QUẢ ĐO THAM SỐ MƠI TRƢỜNG Chúng tơi tiến hành thu thập số liệu ảnh MODIS 12 tháng năm 2018, ảnh lựa chọn theo tiêu chuẩn phần lớn khu vực nghiên cứu khơng có mây che phủ; tháng lựa chọn cảnh đặc trưng (chọn ảnh trung bình ngày) Thu thập cảnh VNREDSAT-1 khu vực đảo Nam Yết ngày 23 tháng năm 2018 Ảnh viễn thám đo cao vệ tinh (altimeter) theo mùa năm 2014 năm 2015 Các tuyến đo tham số môi trường tự động theo tuyến đo bố trí xung quanh đảo Nam Yết Các vị trí đo tiến hành liên tục với thời gian nhanh để đảm bảo đo quy luật phân bố tham số môi trường tiến độ khảo sát đề Thông thường điểm đo thời gian khảo sát theo độ sâu theo chiều lên xuống khoảng 10 phút, thời gian đo tuyến khoảng từ h đến h tùy theo chiều dài tuyến số lượng điểm chuyến đo Một số vị trí tuyến có dịng chảy mạnh, tiến hành đo lặp theo thời gian (sáng chiều tối) Các tham số đo lường cho phép đánh giá mức độ biến đổi tham số môi trường theo ngày, đêm xác định quy luật biến đổi phân bố chúng Máy đo tham số môi trường biển bao gồm nhiệt độ, Chlorophyll-a, Chlorophyll-flu, độ muối, độ đục, PH, độ dẫn điện dòng chảy cài đặt tham số đo tự động, tham số liên quan đến chế độ đo gồm có đặt thời gian ghi số liệu rời rạc, chọn thời gian 0,1 s; số liệu lưu trữ dạng số thực, hiển thị số liệu tự động theo độ sâu Các số liệu ghi lại dạng bảng tham số biến động dạng số liệu Các số liệu ghi lại ổ cứng máy tính xử lý sơ theo phần mềm chuyên dụng Công việc truy xuất kết xử lý tự động Định dạng kết file thuộc tính, chế độ ghi số liệu, chế độ hiển thị, hệ số tăng biên độ, hệ số dịch chuyển tham số hệ số phụ trợ hiển thị lưu trữ số liệu ghi lại chi tiết Đưa vào file định dàng kết thuộc tính hiển thị, cơng tác xử lý khôi phục số liệu môi trường xử lý xác nhanh chóng thuận lợi cho bước xử lý định tính định lượng sau Các phương pháp đo thực khu vực xung quanh đảo Nam Yết PHƢƠNG PHÁP VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU MƠI TRƢỜNG BIỂN Nghiên cứu mơi trường biển ảnh viễn thám cần thông qua đặc trưng quang phổ xạ, phản xạ từ môi trường nước biển Do thành phần môi trường nước không đồng tạo nên màu đại dương tương ứng với dải quang khác khác nhau, yếu tố tạo nên bất đồng kể đến diệp lục, vật chất trôi nổi, vật chất hữu hoà tan, 151 Đỗ Huy Cường nnk vật chất ô nhiễm, độ sâu đáy biển nhiều yếu tố khác; tham số môi trường độ phẳng mặt biển, sóng, nhiệt độ, độ muối, khí tượng biển có ảnh hưởng đáng kể; ra, phương thức quan trắc, thời điểm quan trắc, thiết bị quan trắc… tạo nên nhiều khác biệt Phƣơng pháp hiệu chỉnh phổ theo đặc trƣng xạ Đặc trưng phản xạ mặt biển Bức xạ mặt trời đến mặt biển, phần hấp thu phần bị phản xạ trở lên Khả phản xạ mặt biển biến đổi theo độ cao mặt trời, theo trạng thái mặt biển (sóng to hay nhỏ) khác thành phần trực xạ tán xạ Tuy nhiên theo nhiều cơng trình nghiên cứu khác albedo trung bình mặt biển có giá trị nhỏ khoảng 5–6% Ở vùng biển cận xích đạo albedo có giá trị khoảng 6%, nghĩa đến 94% xạ mặt trời biển hấp thụ Khả phản xạ mặt đất thường lớn nhiều so với mặt biển [1] Khu vực biển Nam Bộ Trường Sa có hệ thống trạm khí tượng hải văn ven biển đảo quần đảo Trường Sa Trường Sa lớn, Nam Yết Trong báo sử dụng số liệu trạm đo yếu tố khí tượng Hải văn để tính tốn tổng xạ mặt trời công thức bán thực nghiệm (Prescott) Biểu thức tính tốn có dạng: S Q Q0 a b S0 Trong đó: Q: Bức xạ tổng cộng mặt biển; Q0: Bức xạ mặt trời giới hạn khí quyển; S: Thời gian nắng hàng ngày; S0: Độ dài ngày thiên văn; a, b: Là hệ số thực nghiệm Trong khuôn khổ viết áp dụng để tính tốn tổng xạ cho vùng biển Nam Bộ khu vực quần đảo Trường Sa [2] Phương pháp hiệu chỉnh phổ xạ (Radiometric Calibration) Việc hiệu chỉnh phổ chuyển đổi giá trị số ảnh sau nắn chỉnh phổ thành giá trị vật lý thực Kết việc hiệu chỉnh phổ giá trị % phản xạ hai kênh thị tần kênh hồng ngoại nhiệt 152 Thuật toán hiệu chỉnh phổ kênh khả kiến [1]: PO S c * PI I c Trong đó: PO: Giá trị phần trăm phản xạ; PI: Giá trị pixel ảnh; S(c): Hệ số Slope kênh c; I(c): Hệ số Intercept kênh c Hai hệ số Slope S(c) Intercept I(c) liên quan tới việc chuyển đổi giá trị đo d thành giá trị định chuẩn r theo công thức r = d*S(c) + I(c) (theo Wolfgang Meihl) thay tham số hiệu chỉnh ảnh thu Đối với kênh thị tần, Slope Intercept NASA tính sẵn cung cấp qua đường Internet Thuật tốn hiệu chỉnh phổ kênh nhiệt [1]: PO PlankEqn Radiance Radiance A c E B c E D c E S c PI I c Trong đó: PO: Giá trị pixel kết (độ K); PI: Giá trị số pixel ảnh chưa nắn (0–1023); Radiance: Giá trị xạ nắn; A(c), B(c), D(c): Các hệ số cho kênh c; E: Bức xạ pixel tính; S(c): Hệ số Slope kênh c; I(c): Hệ số Intercept kênh c; PlankEqn: Phương trình Plank tính sau: T C2 v ln 1 C1 v3 E Trong đó: v: Bước sóng trung tâm; E: Bức xạ tính miliWatts; C1 C2: Hệ số quang phổ Sau bước tiền xử lý nhận ảnh cho giá trị phần trăm phản xạ (%) kênh nhìn thấy 1, giá trị nhiệt độ K kênh nhiệt Kết liệu số quan trọng cho việc tính tốn nhiệt độ bề mặt nước biển ứng dụng chuyên ngành khác Phƣơng pháp lựa chọn kênh phổ tối ƣu Theo phát triển mạnh mẽ công nghệ viễn thám, số lượng ảnh liên quan đến đối tượng nghiên cứu ngày nhiều Một vấn đề đặt q trình xử lý làm Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 lựa chọn kênh tổ hợp kênh tối ưu thoả mãn yêu cầu xử lý Trong trường hợp số lượng tư liệu ảnh lớn, kích thước số liệu lớn, nhiều trường hợp gây ảnh hưởng lớn đến thời gian xử lý giới hạn số chiều phép xử lý Để tăng tốc độ xử lý, việc phải nâng cấp hệ thống phần cứng phần mềm, cần phải giảm bớt số lượng số liệu đầu vào Để nâng cao độ xác hiệu xác định thông tin thuộc tính mơi trường, tuỳ thuộc vào u cầu xử lý thực tế cần phải lựa chọn số liệu đầu vào tối ưu [3] Hiệu chỉnh phổ xạ ảnh MODIS Ảnh viễn thám sử dụng nghiên cứu chúng tơi có thời gian tương đồng với thời gian khảo sát tổng xạ quang phổ mặt trời Theo tham số cường độ xạ đo đạc ngồi thực địa, chúng tơi tiến hành hiệu chỉnh với độ xác cao cho ảnh thu Kết hợp với tài liệu khí tượng Metadata kèm theo MODIS, số liệu tổng xạ đo có độ tương quan với số liệu tổng xạ tính chuyển từ số liệu đo vệ tinh tương đối cao, đạt R = 0,92 Trên sở lấy giá trị trung bình h (trước sau thu ảnh), giá trị cấp độ xám tính tốn sau hiệu chỉnh tăng trung bình tồn vùng E = 3.248, độ phân tán số liệu không đổi Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng Chlorophyll-a theo tƣ liệu ảnh MODIS [2, 8] Phương pháp tỷ số ảnh L Cr f i L j K1 K Trong đó: Cr: Hàm lượng chlorophyll tương L đối; i : Tỷ số kênh tương ứng với bước sóng L j λi λj; f: Hàm biến đổi; K1, K2: Hệ số hồi quy Phƣơng pháp phân tích nhiều kênh Trong trường hợp sử dụng nhiều kênh phổ để xác định hàm lượng chrolophyll- a theo phương pháp hồi quy, hàm hồi quy có dạng [4]: Chrolophyll a K1 L1 K 2 L2 K 3 L3 K 4 L4 H Trong đó: L: Năng lượng xạ sau phân tích tổ hợp; K, H: Hệ số hàm hồi quy tính theo số liệu thực địa Phương pháp phân tích tổng hợp kênh Trong đề tài, xử dụng kết hợp phương pháp để nâng cao độ xác kết Giá trị tỷ số ảnh cho phép giảm bớt ảnh hưởng độ đục kết chlorophyll-a Hàm hồi quy có dạng sau: Chrolophyll a K1 L1555 K L2555 K L670 L555 Các hệ số hồi quy xác định theo kết đo tham số là: K1= 0,00445, K2 = 0,0000196, K3 = –0,538 Phƣơng pháp xác định nhiệt độ SST theo tƣ liệu MODIS [5, 6] Giá trị nhiệt độ SST tính theo số liệu thực nghiệm tham số mơi trường, công thức sau: SST = a1 + b1 × B1 + c1(B1 – B2) Trong đó: B1, B2 hai kênh hồng ngoại nhiệt liên tiếp hiệu chỉnh Các hệ số hồi quy xác định được: a1 = 1,3581; b1 = 0,1673; c1 = 1,1006 Phƣơng pháp xác định SST Chlorophylla theo tƣ liệu ảnh VNREDSAT-1 Trong phạm vi báo này, chung sử dụng phương pháp phân tích theo tham số đo đạc thực tế kết hợp với tư liệu ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 Hàm hồi quy lựa chọn dạng đa thức bậc để tính trường nhiệt SST Chlorophyll-a, XSST XChl cấp độ xám kênh ảnh lựa chọn để tính trường nhiệt Chlorophyll-a Các giá trị Y(SST.Landsat) Y(Chlorophyll-a.Landsat) giá trị nhiệt Chlorophyll-a theo kết tham số thực tế đo Y(SST.Landsat) = a.XSST + b.XSST2 + c.XSST3 + d.XSST4 + e 153 Đỗ Huy Cường nnk Y(Chlorophyll-a.Landsat) = a.XChl + b.XChl2 + c.XChl3 + d.XChl4 + e Để giải phương trình ẩn số a, b, c, d cho loại giá trị nhiệt độ SST chlorophyll-a, chúng tơi sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu để tính tốn tham số tối ưu cho giá trị ẩn số lượng điểm có giá trị đo tham số lớn nhiều so với số ẩn phương trình cần tìm Kênh phổ B4(0,76–0,89 µm) sử dụng tính tốn trường nhiệt kênh B2(0,53–0,60 µm) sử dụng tính tốn hàm lượng Chlorophyll-a Kết tính tốn hệ số hàm hồi quy có sau: a = –1,0 × 10-15; b = 5,0 × 10–11; c = –7,46 × 10–7; d = 4,803 × 10–3; e = –16961,860 Tham số tính trường chlorophyll-a tầng mặt khu vực đảo Nam Yết a = 1,301; b = –4,259; c = 1,003; d = 514,67196; e = –2458097,648 Phƣơng pháp nghiên cứu dòng chảy theo số liệu đo cao vệ tinh Các số liệu sử dụng đề tài xử lý từ vệ tinh đo cao từ năm 1991 Quy trình xử lý xuất liệu hệ thống DUACS bao gồm bước chính: Thu thập liệu; tiền xử lý liệu; thực kiểm soát chất lượng kiểm tra liệu đầu vào; Hiệu chỉnh hợp liệu; tạo sản phẩm liệu theo tuyến đo vệ tinh; tạo sản phẩm liệu theo ô lưới vệ tinh nhiều vệ tinh; thực kiểm tra kiểm soát chất lượng liệu đầu Trong báo cáo tổng hợp sử dụng số liệu dòng địa chuyển xuất dạng ô lưới bao gồm từ ngày tháng năm 2014 đến ngày 31 tháng 12 năm 2015 [7–9] THAM SỐ MÔI TRƢỜNG BIỂN KHU VỰC TRƢỜNG SA Đặc điểm biến động nhiệt độ theo mặt cắt Tại khu vực đảo Nam Yết nhiệt độ có xu hướng giảm dần từ mặt xuống đáy Nhiệt độ chênh lệch tầng mặt trạm.Từ mặt xuống đáy nhiệt độ trung bình giảm dần từ 29,166oC tầng mặt xuống 28,5oC tầng 30 m Từ trạm 65 đến trạm 75 độ sâu 25–30 m có điểm dị thường nhiệt độ, nhiệt độ giảm xuống 28oC sau lại tăng dần lên lên 29oC độ sâu 30–35 m Các trạm 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45 nhiệt độ biến đổi theo độ sâu, chênh lệch nhiệt độ khoảng 0,3oC từ mặt tới đáy Các trạm 45, 50, 55, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120 chênh lệch nhiệt độ từ mặt tới đáy 1,2oC Tháng 5, nhiệt độ mặt biển khu vực đảo Nam Yết cao Nhiệt độ trung bình tầng chênh lệch khơng nhiều Nhiệt độ trung bình tầng mặt 29,166oC, tầng 10 m 29,156oC, tầng 20 m 29,119oC tầng 30 m 28,522oC Hình Sơ đồ phân bố nhiệt độ theo độ sâu khu vực đảo Nam Yết (5/2015) Tại khu vực đảo Nam Yết, nhiệt độ tầng mặt dao động từ 29–29,3oC có xu giảm dần từ mặt xuống đáy cụ thể nhiệt độ trung bình giảm từ 29,2oC tầng mặt xuống 28,033oC tầng 30 m Nhiệt độ chênh lệch tầng với 154 Đặc điểm biến động Chlorophyll-a theo mặt cắt Chlorophyll-a thành phần sinh vật sơ cấp biển Sản lượng sơ cấp biển định suất sinh học biển sở trình tạo Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 thành chất sống bậc cao Hàm lượng chlorophyll-a khu vực biển đảo Nam Yết theo mặt cắt tháng tương đối thấp, dao động từ 0,02–0,07 mg/m3 Từ mặt xuống độ sâu 35 m hàm lượng chlorophyll-a tăng lên, thực vật phù du phát triển tốt nhiệt độ thích hợp Các trạm 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55 có hàm lượng chlorophyll-a cao so với trạm lại (0,035–0,06 mg/m3) Từ mặt tới độ sâu 20 m, hàm lượng chlorophyll-a biến đổi tăng lên đồng trạm Tại độ sâu 20–25 m, trạm 50, 70 hàm lượng chlorophylla cao đạt 0,07 mg/m3, trạm 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115, 120 hàm lượng chlorophyll-a thấp tăng lên từ mặt tới độ sâu 35 m (từ 0,027–0,04 mg/m3) Hình Sơ đồ phân bố hàm lượng Chrolophyll-a khu vực đảo Nam Yết (tháng 5/2018) Hình Sơ đồ phân bố độ đục theo độ sâu Hình Sơ đồ phân bố độ dẫn theo độ sâu Hình Sơ đồ phân bố nồng độ PH theo độ sâu 155 Đỗ Huy Cường nnk Hình Sơ đồ phân bố nồng độ muối theo độ sâu Hình Sơ đồ phân bố FLU theo độ sâu Vùng biển khu vực đảo Sinh Tồn theo mặt cắt có hàm lượng Chlorophyll-a dao động từ 0,02–0,110 mg/m3 Hàm lượng Chlorophyll-a tăng từ mặt xuống đáy Hàm lượng Chlorophyll-a lớn độ sâu 25–35 m Các trạm 75, 80, 85, 90, 95, 100 có hàm lượng Chlorophyll-a cao so với trạm lại Kết phân tích xu biến động tham số môi trƣờng biển theo độ sâu Tại khu vực đảo Nam Yết thuộc Quần đảo Trường Sa chúng tơi tiến hành phân tích xu biến đổi tham số môi trường theo hàm hồi quy phi tuyến hàm mũ, logarit đa thức bậc cao (hạng tối đa từ đến 6) Sau kết trạm đo đảo Nam Yết y = 0,028e0,007x R2 = 0,448 y = –4E – 09x6 + 4E – 07x5 – 1E – 05x4 + 0,000x3 – 0,001x2 + 0,004x + 0,025 R2 = 0,928 Hình Kết tính tốn tham số Chlorophyll-a trạm đo Nam Yết 12 156 Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 y = 29,25e–1E – 0x R2 = 0,976 y = –4E – 07x4 + 1E – 05x3 – 7E – 05x2 + 0,004x + 29,25 R2 = 0,978 Hình Kết tính tốn tham số nhiệt độ trạm đo Nam Yết 03 y = –0,00ln(x) + 0,019 R2 = 0,369 y = 3E – 09x6 + 3E – 07x5 + 1E – 05x4 + 0,000x3 + 0,000x2 – 0,001x + 0,017 R2 = 0,467 Hình 10 Kết tính tốn tham số độ đục trạm đo Nam Yết 11 157 Đỗ Huy Cường nnk y = 8,276e–1E – 0x R2 = 0,901 y = –1E – 08x6 + 7E – 07x5 – 1E – 05x4 + 9E – 5x3 – 0,001x + 8,278 R2 = 0,950 Hình 11 Kết tính tốn tham số độ pH khu vực đảo Nam Yết 03 y = 33,10e0,000x R2 = 0,368 y = –3E – 08x6 + 3E – 06x5 – 0,000x4 + 0,001x3 – 0,010x2 + 0,029x + 33,12 R2 = 0,959 Hình 12 Kết tính tốn tham số độ mặn khu vực đảo Nam Yết 09 158 Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 KẾT QUẢ TÍNH TỐN THAM SỐ MÔI TRƢỜNG BIỂN THEO TƢ LIỆU VIỄN THÁM Đặc điểm nhiệt độ tầng mặt SST Chlorophyll-a khu vực Trƣờng Sa lân cận Kết tính tốn hàm lượng Chlorophyll-a trung bình tháng tháng năm 2018 mơ tả hình 13 Kết nghiên cứu cho thấy xuất nước trồi năm tháng xuất rõ nét vào tháng Từ sau tháng 9, vùng nước trồi khơng cịn rõ rệt Khi xuất nước trồi, nhiệt độ khu vực trung tâm vùng nhỏ hàm lượng Chlorophyll-a tương đối cao (hình 14) Hình 13 Hàm lượng Chlorophyll-a vào tháng năm 2018 Hình 14 Phân bố nhiệt mặt biển (SST) trung bình tháng tháng năm 2018 Đặc điểm dòng chảy tầng mặt khu vực Trƣờng Sa lân cận Trường dòng chảy thủy vực biển kết nhiều lực tác động lên tồn khối nước biển gió, thủy triều, lực nổi, lực hấp dẫn lực Coriolis (do quay trái đất) Ngồi ra, trường dịng chảy cịn phụ thuộc lớn vào điều kiện địa hình khả trao đổi nước với thuỷ vực kề cận Lực hấp dẫn Trái đất đóng vai trị làm di chuyển nước từ vùng có mực nước cao đến vùng có mực nước thấp (do chênh lệch áp suất) Khi thành phần dòng chảy gây áp suất cân với thành phần dòng chảy gây quay Trái đất (lực Coriolis), dòng chảy điều kiện gọi dòng chảy địa chuyển [7, 9] Trong vùng biển sâu Biển Đơng, phần lớn dịng chảy mặt thường điều kiện cân địa chuyển tính thay đổi biết độ cao bề mặt biển vị trí điểm cần tính [7, 10] 159 Đỗ Huy Cường nnk Trường dịng chảy địa chuyển trung bình mùa trung bình tháng cho hai năm (2014 2015) vùng biển quần đảo Trường Sa lân cận Nhìn chung, trường dịng chảy mặt khu vực nghiên cứu có biến động mạnh theo khơng gian thời gian với xuất xốy quy mơ lớn quy mơ vừa Đặc điểm trường dịng chảy đối nghịch hệ thống dịng chảy mùa đơng với xốy thuận quy mơ lớn hệ thống dịng chảy mùa hè với xốy nghịch quy mơ lớn bao phủ tồn khu vực quần đảo Trường Sa lân cận Tương tự kết Đinh Văn Ưu nnk., (2009) [4], đặc điểm dòng chảy mặt mùa này diện xốy thuận quy mơ lớn bao trùm tồn vùng biển quần đảo Trường Sa lân cận Vùng quần đảo Trường Sa nằm rìa đơng nam xốy thuận nên dịng chảy chủ yếu theo hướng đông bắc chuyển dần thành hướng bắc với vận tốc cực đại khoảng 20 cm/s Trên phần biển ven bờ miền Trung ngồi khơi Đơng Nam Việt Nam, dịng chảy chủ yếu có hướng nam với vận tốc trung bình đạt tới 50 cm/s H nh Sơ đồ dịng chảy trung bình mùa đơng mùa hè [8] Phía đơng quần đảo Trường Sa xuất xoáy thuận xoáy nghịch giáp với vùng ven bờ Philippines Trong xốy nghịch cục xuất vùng biển ven bờ Đơng Nam Việt Nam Ngược với trường dịng chảy mùa đơng, trường dịng chảy mùa hè bật với diện xốy nghịch quy mơ lớn bao chùm gần hết khu vực nghiên cứu, với tâm nằm lệch phía tây ngồi khơi Nam Trung Bộ Việt Nam [8] Đặc điểm phân bố nhiệt độ theo độ sâu khu vực đảo Nam Yết Hình 16 Sơ đồ phân bố nhiệt độ tầng mặt (SST), tầng 20 m, tầng 40 m khu vực đảo Nam Yết ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 160 Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 Hình 17 Sơ đồ phân bố Chlorophyll-a tầng mặt, tầng 20 m, tầng 40 m khu vực đảo Nam Yết ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 Tháng năm 2015 nhiệt độ nước biển khu vực đảo Nam Yết biến đổi khoảng từ 28–29,2oC, hàm lượng Chlorophyll-a nước biển khu vực đảo Nam Yết biến đổi khoảng từ 0,02–0,07 mg/m3 Bức tranh phân bố biến động nhiệt độ có đặc điểm giảm từ mặt xuống đáy, giảm từ bờ khơi Càng xuống sâu nhiệt độ ổn định Biến động hàm lượng Chlorophyll-a có đặc điểm tăng từ mặt xuống tầng 40 m, giảm từ bờ khơi Số liệu quan trắc thực tế số liệu từ ảnh vệ tinh có tương đồng cao Quan trắc nhiệt độ nước biển phương pháp ảnh vệ tinh nhanh chóng hơn, với độ xác cao Thuận lợi cho việc nghiên cứu vùng biển rộng lớn mà khó khăn việc quan trắc KẾT LUẬN Các đồ trường nhiệt SST Chlorophyll-a cho thấy mức độ chi tiết kết nghiên cứu Các dị thường SST Chlorophyll-a thể rõ nét nhiều so với nguồn tư liệu MODAS Kết tính tốn có độ xác cao với độ phân giải km × km, số liệu quan trọng nghiên cứu môi trường biển Trong khuôn khổ báo, lựa chọn tháng để thể kết tính tốn, tháng 6, năm Trên đồ phân bố trường nhiệt SST Chlorophyll-a, thấy rõ hình thành hướng biến động vùng nước trồi khu vực Nam Trung Bộ Đặc trưng dòng chảy khu vực Trường Sa thể chế độ mùa rõ rệt với diện hai xốy hồn lưu quy mơ lớn ngược chiều hai mùa, đặc biệt thể rõ tầng mặt tầng 50 m Tuy nhiên tương tác nhân tố tác động gió, mật độ, địa tượng trao đổi nước với Thái Bình Dương biển kề cận hình thành nên cấu trúc hồn lưu dạng xốy có quy mơ khác Động lực q trình vận chuyển bùn cát dịng chảy Cơ chế vận động bùn cát biến động mạnh theo không gian thời gian phụ thuộc chặt chẽ vào hai mùa gió Đơng Bắc Tây Nam, dao động ngày đêm thuỷ triều hình thái địa hình Ở khu vực nghiên cứu vận chuyển sa bồi dọc bờ chủ yếu dịng sóng dịng triều định Tính tốn tham số mơi trường biển sử dụng tư liệu ảnh vệ tinh cho thấy ưu điểm phương pháp Tuy nhiên, tham số ảnh hưởng đến màu đại dương vật lý biển hiệu chỉnh thông qua số lượng lớn số liệu thực tế tư liệu ảnh vệ tinh Do thành phần môi trường nước không đồng nhất, nên màu đại dương tương ứng với dải quang khác khác Các yếu tố tạo nên bất đồng kể đến diệp lục, vật chất trôi nổi, vật chất hữu hồ tan, vật chất nhiễm, độ sâu đáy biển nhiều yếu tố khác; tham số môi trường độ phẳng mặt biển, sóng, nhiệt độ, độ muối, khí tượng biển có ảnh hưởng đáng kể; phương thức quan trắc, thời điểm quan trắc, thiết bị quan trắc tạo nên nhiều khác biệt Vì cần cải tiến phương pháp xử lý lựa chọn tham số để thu kết phân tích có độ xác ngày cao 161 Đỗ Huy Cường nnk Lời cảm ơn: Bài báo hoàn thành trợ giúp đề tài thuộc Chương trình Khoa học Cơng nghệ cấp Quốc gia Công nghệ vũ trụ 2016–2020, mã số đề tài: VTUD.04/17–20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Albright Theme, 2009 Atmospheric Radiation and Radiometric Calibration for Remote Sensing Image New York [2] Đỗ Huy Cường nnk., 2010 Hiệu chỉnh quang phổ ảnh viễn thám theo số liệu tổng xạ Tuyển tập công tr nh nghiên cứu địa chất địa vật lý biển, Hà Nội [3] Charles John, 2008 Remote Sensing Images for Earth Resources and Ocean Color Remote Sensing Information Centre New York [4] Đỗ Huy Cường nnk., 2012 Hiệu chỉnh phổ xạ phân tích SST Chlorophyll-a Tuyển tập công tr nh nghiên cứu địa chất địa vật lý biển, Hà Nội [5] Đỗ Huy Cường, 2001 Các đặc trưng phân bố trường nhiệt độ bề mặt nước biển theo mùa phân tích từ ảnh viễn thám đa phổ Tuyển tập báo cáo, hội nghị khoa học quốc tế ứng dụng ảnh vệ tinh nghiên cứu biển- ICASOR, Bắc Kinh, Trung Quốc Tr 357–369 [6] Đỗ Huy Cường, 2002 Nghiên cứu đặc trưng mầu đại dương (Ocean color) 162 [7] [8] [9] [10] sở xử lý ảnh vệ tinh SeaWiFS Tuyển tập báo cáo, hội nghị quốc tế ứng dụng viễn thám biển nghiên cứu mầu đại dương, ICASOC, Hải Nam Trung Quốc Tr 78–91 Morimoto, A., Yoshimoto, K., and Yanagi, T., 2000 Characteristics of sea surface circulation and eddy field in the South China Sea revealed by satellite altimetric data Journal of Oceanography, 56(3), 331–344 Nguyễn Hồng Lân Vũ Hải Đăng, 2012 Tính tốn đặc trưng dịng chảy bề mặt biển Đơng theo số liệu độ cao từ rada vệ tinh Tạp chí Khoa học Công nghệ biển, 12(4A), 179–188 SSALTO/DUACS User Handbook: (M)SLA and (M)ADT Near-Real Time and Delayed Time products Reference: CLS-DOS-NT-06-034 Nomenclature: SALP-MU-P-EA-21065-CLS Issue: 2rev Date: 2012/02/06 Dinh Van Uu, 1998 Seasonal Variability of the Circulation and Thermo-haline Structure of the Bien Dong (South China) Sea in the condition of Reversing Monsoon: Preliminary Result of a Threedimensional Model for it Analysis and Simulation Proceeding of The IV International Scientific Symposium, UNESCO/IOC/WESTPAC, Okinawoa, pp 100–109 ... tư? ?ng ứng với độ phân giải mặt đất tư liệu MODIS Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 TỔNG QUAN SỐ LIỆU MƠI TRƢỜNG BIỂN HIỆN CĨ TRONG KHU VỰC NGHIÊN CỨU Trong khu vực nghiên cứu, sử dụng. .. khu vực đảo Nam Yết ảnh vệ tinh VNREDSAT-1 160 Ứng dụng tư liệu ảnh vệ tinh ảnh VNREDSAT-1 Hình 17 Sơ đồ phân bố Chlorophyll-a tầng mặt, tầng 20 m, tầng 40 m khu vực đảo Nam Yết ảnh vệ tinh VNREDSAT-1. .. theo độ sâu với ảnh đa thời gian có Khu vực nghiên cứu theo diện rộng sử dụng ảnh MODIS ảnh đo cao vệ tinh bao phủ vùng biển Trường Sa, khu vực nghiên cứu chi tiết tập trung vào vùng biển xung quanh