Nghiên cứu môi trường biển và phân bố san hô khu vực đảo Nam Yết sử dụng ảnh VNRedsat-1 và QuickBird

Trên cơ sở xử lý các ảnh viễn thám VNRedsat-1 và QuickBird tại khu vực các đảo thuộc quần đảo Trường Sa, kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả đánh giá các đặc trưng môi trường biển xung quanh các đảo này; bài viết trình bày các kết quả nghiên cứu tại khu vực đảo Nam Yết và vùng biển lân cận.

Vietnam Journal of Marine Science and Technology; Vol 19, No 3B; 2019: 189–202 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/19/3B/14525 https://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst Research on marine environment and coral distribution on Nam Yet island using VNRedsat-1 and QuickBird images Do Huy Cuong*, Le Dinh Nam, Nguyen Xuan Tung, Nguyen The Luan, Bui Thi Bao Anh, Nguyen Thi Nhan 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 Based on the processing of VNRedsat-1 and QuickBird images in the area of Truong Sa archipelago, the research results showed the efficiency of assessing marine environmental characteristics in surroundings of these islands In this paper, we presented the research results on Nam Yet island and adjacent area The marine parameters in this research include sea surface temperature (SST) and chlorophyll-a concentration in the surface layer as well as in the deep layers of 20 m and 40 m, the distributions of the ground objects such as coral shelf, sand accumulation, coral reef combined with seagrass and seaweed The accuracy of assessment of supervised and unsupervised classified results is approximate of 87.8% The research results allowed assessing the environmental characteristics, warning of the risk of erosion and coastal line change in the study area Keywords: Remote sensing image, marine environment, sea surface temperature (SST), Chlorophyll-a concentration, coral Citation: Do Huy Cuong, Le Dinh Nam, Nguyen Xuan Tung, Nguyen The Luan, Bui Thi Bao Anh, Nguyen Thi Nhan, 2019 Research on marine environment and coral distribution on Nam Yet island using VNRedsat-1 and QuickBird images Vietnam Journal of Marine Science and Technology, 19(3B), 189–202 189 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Biển, Tập 19, Số 3B; 2019: 189–202 DOI: https://doi.org/10.15625/1859-3097/19/3B/14525 https://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst Nghiên cứu môi trƣờng biển phân bố san hô khu vực đảo Nam Yết sử dụng ảnh VNRedsat-1 QuickBird Đỗ Huy Cƣờng*, Lê Đình Nam, Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Thế Luân, Bùi Thị Bảo Anh, Nguyễn Thị Nhân 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 Trên sở xử lý ảnh viễn thám VNRedsat-1 QuickBird khu vực đảo thuộc quần đảo Trường Sa, kết nghiên cứu cho thấy hiệu đánh giá đặc trưng môi trường biển xung quanh đảo Trong phạm vi báo này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu khu vực đảo Nam Yết vùng biển lân cận Các tham số môi trường biển nghiên cứu gồm có nhiệt độ tầng mặt SST hàm lượng Chlorophyll-a tầng mặt tầng sâu 20 m 40 m, phân bố lớp phủ khu vực đảo ngập triều đối tượng thềm san hô, bãi bồi, phân bố san hô kết hợp với cỏ biển rong biển Kết đánh giá sau phân loại cho thấy độ xác kết phân tích đạt xấp xỉ 87,8% Các kết nghiên cứu cho phép đánh giá đặc trưng môi trường, cảnh báo nguy xói lở, biến động đường bờ khu vực nghiên cứu Từ khóa: Ảnh viễn thám, mơi trường biển, nhiệt độ tầng mặt (SST), hàm lượng Chlorophyll-a, san hô MỞ ĐẦU Nghiên cứu môi trường biển hải đảo tư liệu viễn thám thực nhiều nơi giới Việt Nam [1–3] Với phát triển nhanh chóng vệ tinh nghiên cứu Trái đất, ảnh viễn thám phục vụ cho mục đích ngày nhiều người sử dụng có thêm nhiều lựa chọn ảnh viễn thám từ ảnh quang học đến ảnh đa, từ ảnh đa phổ đến ảnh siêu phổ với độ phân giải mặt đất thời gian ngày nâng cao Vệ tinh VNRedsat-1 Việt Nam thu thập số lượng lớn ảnh thuộc khu vực quần đảo Trường Sa Viện Địa chất Địa vật lý biển tham gia nhiều đề tài thuộc Chương trình cơng nghệ vũ trụ liên quan đến ứng dụng ảnh VNRedsat-1 tương đương nghiên cứu môi trường biển đảo khu vực Trường Sa Trong phạm vi báo này, chúng 190 xin trình bày kết nghiên cứu tổng hợp mơi trường biển hải đảo, áp dụng cho khu vực đảo Nam Yết vùng biển lân cận sử dụng kết hợp tư liệu ảnh VNRedsat-1 QuickBird Để thực mục tiêu trên, nghiên cứu tiến hành thu thập số liệu đồ, lựa chọn phương pháp xử lý ảnh viễn thám phù hợp với nghiên cứu điều kiện tự nhiên vùng biển đảo xa bờ [4, 5], xây dựng sở liệu quang phổ đặc trưng đối trượng cần minh giải, xây dựng mơ hình tính tốn đối tượng môi trường khu vực đảo san hô vùng Trường Sa, nghiên cứu đặc trưng yếu tố hải văn khu vực Trường Sa xung quanh đảo lớn tư liệu ảnh VNRedsat-1 nghiên cứu phân bố san hô khu vực xung quanh đảo lớn độ sâu nhỏ 10 mét nước theo tư liệu VNRedsat-1 QuickBird, Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hô nghiên cứu phân vùng tiềm ẩn nguy xói lở bờ đảo khu vực đảo ngập triều sử dụng kết hợp tư liệu ảnh vệ tinh mơ hình số độ cao DEM tỷ lệ 1:10.000 Các kết khảo sát tham số nhiệt độ Chlorophyll-a, đo quang phổ mặt đất cho đối tượng cần nghiên cứu SỐ LIỆU SỬ DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu sử dụng tư liệu đồ số địa hình khu vực đảo vùng biển lân cận đảo Nam Yết tỷ lệ 1:10.000 1:50.000, đồ số liệu liên quan đến đặc điểm môi trường biển hải văn liên quan đến khu vực quần đảo Trường Sa Để phục vụ giải đoán ảnh viễn thám xây dựng đồ chuyên đề sở xử lý ảnh viễn thám VNRedsat-1 QuickBird, lựa chọn ảnh khu vực đảo Nam Yết gồm có ảnh VNRedsat-1 chụp vào ngày 23 tháng năm 2015 (hình 1) ảnh QuickBird chụp vào ngày 15 tháng năm 2016 (hình 2) Các ảnh thu thập khuôn khổ thực đề tài độc lập cấp nhà nước Chương trình vũ trụ giai đoạn II hợp tác quốc tế với Viện Hải dương học Viễn Đông Nga (POI) Tuyến đo tham số môi trường biển khu vực đảo Nam Yết theo độ sâu nằm vùng biển ngồi khơi phía tây đảo Nam Yết (hình 1) Các điểm khảo sát thực địa đối tượng lớp phủ (san hô, cỏ biển, rong biển) thực 18 tuyến dọc từ bờ đảo đến rìa đảo khu vực ngập triều (hình 3) Kết đo quang phổ mặt đất đối tượng lớp phủ thực cho mẫu thực vật, thổ nhưỡng, bãi bồi, san hô phát triển từ tốt đến san hô kết tinh Kết thực địa thực hai đợt vào tháng năm 2015 tháng năm 2018 Ngoài ra, kết nghiên cứu đặc điểm hải văn, tham số môi trường biển chuyến khảo sát nước quốc tế thu thập làm tài liệu tham khảo trình xử lý tài liệu 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 Hình Ảnh VNRedsat-1 vị trí quan trắc mơi trường biển khu vực đảo Nam Yết (ngày 23/5/2015) Hình Ảnh QuickBird khu vực đảo Nam Yết (15/8/2016) PHƢƠNG PHÁP VIỄN THÁM TRONG NGHIÊN CỨU MÔI TRƢỜNG BIỂN VÀ PHÂN BỐ SAN HÔ Nghiên cứu môi trường biển ảnh viễn thám cần thông qua đặc trưng quang phổ xạ, phản xạ từ môi trường nước biển [1, 6, 7] 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 trơi nổi, vật chất hữu hồ tan, vật chất ô nhiễm, độ sâu đáy biển nhiều yếu tố khác [1, 7]; 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, 191 Đỗ Huy Cường nnk thiết bị quan trắc… tạo nên nhiều khác biệt Vì vậy, để tối ưu hóa nâng cao độ xác kết xử lý phân tích ảnh viễn thám, phương pháp xử lý sử dụng ảnh QuickBird VNRedsat-1 sử dụng Hình Tuyến khảo sát đo phổ mặt đất môi trường lớp phủ phân bố san hô khu vực đảo Nam Yết 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 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 [1, 2] 192 Phƣơng pháp hiệu chỉnh hình học, khí quyển, tăng cƣờng ảnh Sau lựa chọn kênh phổ tối ưu để nâng cao hiệu độ xác tách chiết thơng tin liên quan đến đối tượng nghiên cứu, bước hiệu chỉnh hình học hiệu chỉnh khí phương pháp xử lý tăng cường cần thực q trình tiền xử lý giải đốn ảnh vệ tinh [1] Phƣơng pháp hiệu chỉnh cột nƣớc Trong trình xử lý ảnh viễn thám để nghiên cứu đối tượng nằm mực nước biển phân tích độ sâu mặt đáy, phân bố san hơ, cỏ biển… cần hiệu chỉnh ảnh hưởng cột nước trước tiến hành bước xử lý, phân loại Phương pháp hiệu chỉnh cột nước áp dụng theo nguyên tắc ánh sáng sâu xuống môi trường nước Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hơ cường độ giảm theo hàm mũ độ sâu tăng lên [8] Hệ số cho phép chuyển đổi phổ phản xạ bề mặt phản xạ đáy Đây giai đoạn quan trọng phép xử lý ảnh nhằm giải đoán phân bố san hô đối tượng khác phân bố đáy [8, 9] Mối quan hệ phổ phản xạ bề mặt kênh thứ i theo điểm đáy sở phép tính số bất biến theo độ sâu (D.I.I - Depth Invariance Index) [8–10] Li  Lsi  Ai.Ri.exp   Ki f Z  Li phổ phản xạ chất đáy mặt nước kênh i, ki hệ số suy giảm cường độ ánh sáng kênh i Phương pháp xây dựng Lyzenga, đến năm 2003 Edmund đưa công thức dựa sở Lyzenga với việc kết hợp nhiều kênh ảnh để giải đoán liệu thực địa Phƣơng pháp phân loại có kiểm tra khơng liểm tra Trong nghiên cứu này, để phân loại đối tượng địa vật khu vực đảo Nam Yết đặc biệt tập trung vào xác định phân bố san hô sở ảnh QuickBird VNRedsat-1, sử dụng phương pháp phân loại không kiểm tra có kiểm tra Phương pháp phân loại khơng kiểm tra sử dụng thuật toán ISO- Data (Interactive self- Organizing Data Analysis), cách phân loại cải biên phân loại K-Mean, nhằm khắc phục nhược điểm phương pháp K-Mean cách sau lần lặp tiến hành kiểm tra để gộp nhóm, loại bỏ hay tách lớp cần, nhờ tự điều chỉnh số lớp kết phân loại Phương pháp phân loại có kiểm tra sử dụng mẫu quang phổ chuẩn đối tượng địa vật xác định trình khảo sát thực địa, mẫu quang phổ đối sánh với mẫu quang phổ thực tế ảnh viễn thám Mẫu quang phổ ảnh phân loại vào đối tượng địa vật tương ứng kết đối sánh mẫu quang phổ đối tượng khảo sát mẫu quang phổ ảnh viễn thám đạt mức độ sai số thấp Các tiêu chí đối sánh thường lựa chọn theo phương pháp tính hệ số tương quan hay xác xuất ngược [1] Phƣơng pháp đánh giá độ xác Sau phân loại, sử dụng hệ số Kappa (K) để đánh giá độ xác [1] Cục Địa chất Hoa Kỳ quy định độ xác sau phân loại [9] theo mức sau: Chính xác cao K > 0,8, xác vừa 0,4 < K < 0,8, độ xác thấp K < 0,4 Phƣơng pháp xác định SST Chlorophylla theo tƣ liệu ảnh VNRedsat-1 Trong phạm vi báo này, 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 [11–13] Y(SST.Landsat) = a.XSST + b.XSST2 + c.XSST3 + d.XSST4 + e 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, 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 theo kết thực nghiệm 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 = –2458097,648 193 Đỗ Huy Cường nnk Phƣơng pháp nội suy giá trị nhiệt độ Chlorophyll-a cho tầng sâu Trên sở số liệu khảo sát thực tế theo tuyến mặt cắt khu vực biển đảo Nam Yết, chúng tơi lựa chọn phương trình hồi quy có dạng đa thức từ bậc đến bậc để xác định hàm hồi quy phù hợp đặc trưng biến đổi số liệu thực tế Các hàm hồi quy hệ số hồi quy tương ứng có độ xác cao so với số liệu thực tế lựa chọn để sử dụng phép nội suy giá trị nhiệt độ Chlorophyll-a cho tầng sâu 20 m 40 m THU THẬP CÁC SỐ LIỆU THỰC ĐỊA PHỤC VỤ CÔNG TÁC GIẢI ĐOÁN ẢNH VIỄN THÁM Trong phạm vi báo này, chúng tơi tập trung trình bày tổng hợp kết khảo sát khu vực đảo Nam Yết hai đợt thực địa khu vực quần đảo Trường Sa năm 2015 năm 2018 khuôn khổ hai đề tài nghiên cứu cấp nhà nước thuộc Chương trình khoa học trọng điểm cấp nhà nước cơng nghệ vũ trụ Các kết khảo sát lớp phủ thực vật, rong cỏ biển, san hô, tượng xói lở bồi tụ, bãi tiềm ẩn, thổ nhưỡng, địa chất địa mạo Lớp phủ thực vật: Phần lớn đối tượng thực vật bao phủ bờ mặt đảo phần đảo ngập triều khảo sát chi tiết, có mơ tả dạng thân, tán lá, trạng sinh trưởng Các loại bao gồm thân gỗ lớn bàng, bàng vuông, phi lao, mù u, dạng thân thảo loại thảm cỏ, rau muống biển… khảo sát đảo Rong biển cỏ biển: Trong trình khảo sát thực địa, khu vực phân bố rong biển cỏ biển đánh dấu tọa độ ghi ảnh mô tả Về mức độ phân bố, phân mức là: Phân bố thưa (10–20%), phân bố trung bình (30–40%), phân bố dày (trên 60%) Diện tích số liệu sở tốt để minh giải ảnh viễn thám thành lập chìa khóa giải đốn ảnh phân tích dạng hoa văn cấu trúc ảnh Khu vực khảo sát rong biển cỏ biển đảo bao phủ vùng bãi đảo nổi, bãi ngập triều nơng sâu, khu vực rìa bãi ngập triều sườn đảo xuống khu vực biển sâu đến độ sâu < 20 m San hô: Đối tượng san hô khảo sát đảo bao gồm dạng san hô phát triển tốt, 194 phát triển kém, chết dạng phong hóa học Khu vực khảo sát phân bố san hô loại bao gồm ven bờ đảo nổi, khu vực bãi ngập chiều ven đảo ven bờ đảo, khu vực sương đảo hướng khu vực biển sâu với độ sâu 20 m Các dạng phân bố, biến dạng, mật độ phân bố mô tả chi tiết lưu trữ ảnh liệu Bãi bồi: Các bãi bồi ven đảo xa bờ đảo khảo sát chi tiết tham số độ rộng, chiều dài, độ cao, hướng phân bố xác định, số liệu phân tích ảnh viễn thám đánh giá biến động bãi bồi ven đảo theo mùa Bồi tụ xói lở: Các khu vực bồi tụ xói lở ven đảo khảo sát đánh giá Thành phần độ hạt (cuội, sỏi, sạn, cát) xác định mô tả cho khu vực đảo Kích thước vị trí xói lở độ rộng, chiều dài, mức độ xói lở (mạnh, yếu) đánh giá sơ đảo lớn xây kè bao quanh, nhiên bãi bồi phía ngồi có tác dụng quan trọng việc bảo vệ bờ kè bền vững Các khu vực xói lở mạnh vị trí cần ý gia cố để bảo vệ hệ thống kè đảo bền vững theo thời gian có tác dụng để bảo vệ đảo tốt mùa mưa bão Bãi tiềm ẩn: Các bãi tiềm ẩn khảo sát chi tiết, khu vực bãi bồi chìm nước triều cao chưa lên triều kiệt Các bãi có xu dần tùy theo chế độ dòng chảy, sóng vỗ quy luật vận chuyển vật liệu trầm tích khu vực Các bãi bồi tiềm ẩn xác định nhanh với độ xác cao ảnh vệ tinh phân giải cao Khu vực khảo sát bãi bồi tiềm ẩn cho phép làm phân tích tương quan cho bãi nỗi tiềm ẩn khác chưa phát mắt thường Trong q trình khảo sát, chúng tơi đánh giá sơ độ rộng, chiều dài, hướng phát triển, độ sâu chân bãi thành phần độ hạt Điều kiện địa chất, địa mạo: Để phục vụ cho nghiên cứu xói lở, bồi tụ, biến động đường bờ bãi bồi Chúng tơi có đánh giá đặc trưng liên quan đến đối tượng nghiên cứu đối sánh với kết nghiên cứu phân tích đợt khảo sát trước (từ năm 1993 nay) sở tham khảo đề tài cấp nhà nước Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hô nhóm tham gia đề tài có tham gia thực Điều kiện thổ nhưỡng: Để phục vụ cho mục tiêu nội dung nghiên cứu mà đề tài thực liên quan đến phân tích ảnh viễn thám, khảo sát mô tả dạng thổ nhưỡng đất phủ theo đối tượng đất, cát, đất pha, cát san hô, đất phân chim… Các kết khảo sát phục vụ cho việc phân loại dạng lớp phủ theo đặc trưng quang phổ chúng KHẢO SÁT QUANG PHỔ MẶT ĐẤT ĐỐI TƢỢNG LỚP PHỦ KHU VỰC ĐẢO NAM YẾT Tại khu vực đảo lớn Nam Yết, đối tượng đo quang phổ sau: Đối tượng đất cát san hơ phong hóa gồm có đất trồng trọt bao phủ phần lớn diện tích đảo đất phân chim thường phân bố nơi lớp phủ bề mặt chưa cày xới xáo trộn, lớp đất phân bố xen kẽ phủ lên lớp đất đá san hơ phong hóa Ngoài tùy theo thành phần độ hạt san hơ phong hóa phân loại cát, sạn, sỏi Đối tượng san hô phân theo loại san hô chết bở rời, san hô chết gắn kết tốt, san hô chết kết tinh, san hô phát triển tốt, san hô phát triển Các đối tượng san hô đo quang phổ chuẩn trạng thái khơ, độ ẩm cao bão hịa nước Các tham số quang phổ mặt sử dụng để kiểm chứng ảnh hưởng độ sâu đến đối tượng minh giải ngập nước, thực phép đo khu vực nước có độ sâu khác theo mức: Độ sâu nhỏ 0,25 m, từ 0,25–0,5 m, 0,5–0,75 m, 1,00–5,00 m độ sâu 10 m Đối tượng lớp phủ thực vật lớp phủ nhân tạo bao phủ đảo gồm có loại thực vật phân bố đảo thân gỗ, thân mềm, bò sát bãi biển, loại rong biển cỏ biển, loại vật liệu xây dựng chở từ đất liền gạch, đá, cát, bê tông, xi măng, đối tượng cơng trình xây dựng, bờ kè Về tổng thể, số liệu tham số chuẩn quang phổ đối tượng lớp phủ thu nhận ghi lưu máy tính theo định dạng format phần mềm xử lý kèm theo máy đo Các số liệu thô xử lý hiển thị theo phần mềm kèm máy Đối với loại đối tượng, chứng đo từ đến số liệu Sau thống kê xử lý định tính giá trị quang phổ chuẩn, chúng tơi chọn số liệu có độ phân bố quang phổ theo bước sóng chuẩn đặc trưng để làm sở đối sánh xây dựng chìa khóa giải đốn ảnh viễn thám theo phân bố lượng phổ thu nhận từ đối tượng Một số kết chuẩn quang phổ sau xử lý sử dụng để viết chuyên khảo phổ đối tượng lớp phủ san hô phân bố đảo lớn khu vực quần đảo Trường Sa KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP KHU VỰC ĐẢO NAM YẾT Đặc điểm địa mạo Trên sở số liệu thực địa địa chất địa mạo đồ khu vực nghiên cứu có tỷ lệ 1:10.000, phân tích mơi trường lớp phủ khu vực đảo ngập triều từ tư liệu viễn thám VNRedsat-1 QuickBird, thành lập đồ địa mạo (hình 4) đồ phân bố rãnh bào mịn phá hủy (hình 5) mơ hình DEM cho khu vực đảo Nam Yết Trên sở đồ địa mạo đồ rãnh bào mịn phá hủy, thấy rõ mức độ phân cắt mặt địa hình bãi ngập triều khu vực rạn san hô ngập nước phần đảo Nam Yết sau: Khu vực phía Bắc đảo: Khu vực rạn phát triển rộng, phía ngồi mào rạn nơi chịu va đập đới sóng vỗ cịn có san hơ sống Gần vào phía đảo quan sát thấy san hơ khối tảng với cấu trúc rạn bị phá huỷ, phần có cấu tạo rắn thời gian thành tạo với đảo Đới triều rút cao mặt nước khoảng 0,7–1 m Trong bãi ngập triều khu vực này, nhìn chung chênh lệch độ cao khơng lớn vật liệu trầm tích nằm khu vực chủ yếu vun lên đảo hay cồn cát, đụn cát nằm rạn Một lượng nhỏ trầm tích bị dịch chuyển xuống lịng hồ (lagoon) Các rãnh phá hủy bào mòn tập trung gần sát ven phần đảo Các rãnh bào mòn thuộc hai hệ thống rãnh bào mòn phá hủy phát triển theo hướng tây bắc hướng đông nam Các rãnh phá hủy gần bờ có hướng vương góc với bờ đảo, gần theo phương bắc - nam Ra 195 Đỗ Huy Cường nnk xa bờ khoảng 50–70 m, rãnh có phương gần song song với bờ đảo, sau phát triển theo hướng hệ thống bào mịn sâu phương tây bắc đơng nam, với độ sâu phá hủy từ 0,55 m đến 1,2 m Khu vực phía đơng phân bố rãnh bào mịn hệ thống phía bắc đảo đến rìa đảo Nhìn chung phần phía đơng đảo hệ thống rãnh phá hủy bào mòn phát triển chậm, phần đảo bồi tụ mạnh thời kỳ gió mùa Tây Nam Khu vực phía nam tồn lòng hồ trũng nằm rạn gần sát với phần đảo Mặc dù phía mép ngồi phía biển thẳm ám tiêu san hơ phát triển tương đối mạnh ngăn phần lớn vật liệu trầm tích lịng hồ khơng bị trơi xuống biển thẳm, song chênh lệch độ cao địa hình lớn phần đảo lịng hồ nên xu hướng vật liệu trầm tích bị dịch chuyển xuống lòng hồ tất yếu Sự dịch chuyển vật liệu trầm tích nói dẫn đến tình trạng thiếu hụt trầm tích khu vực bãi triều cao phần đảo Dưới tác động động lực biển q trình mài mịn bãi triều cao, phần đảo lặp lặp lại tạo thành đới phá huỷ xung yếu dẫn đến xói lở, sạt lở bờ kè Các hệ thống rãnh phá hủy bào mịn phần phía nam đảo thuộc hai hệ thống pha hủy bào mòn lớn phát triển theo hướng đông nam đông nam Các rãnh phá hủy bào mòn nhỏ phát triển sát rìa đảo theo hướng vng góc với đường bờ với độ dài biến động từ 20 m đến 100 m, độ sâu bào mòn từ 0,3 m đến 0,6 m, độ rộng rãnh từ 0,8 m đến 1,8 m Càng xa phần đảo nổi, rãnh phá hủy sâu rộng hoạt động mạnh sóng, dịng triều Khu vực phía tây, giống khu vực nam đông nam, khu vực xảy tượng xói lở Vật liệu trầm tích chỗ địa hình cao bị sóng dịng triều di chuyển đến nơi trũng gây nên thiếu hụt trầm tích cục Chân kè phía đầu đơng đơng nam đảo xảy tượng nứt vỡ chân xói lở chân kè Hệ thống phá hủy bào mịn phát triển sát bãi bồi tích tụ theo mùa H nh Bản đồ hình thái địa mạo đảo Nam Yết 196 Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hô H nh Bản đồ phân bố rãnh bào mòn phá hủy đảo Nam Yết Đặc điểm phân bố san hô khu vực đảo Nam Yết Dựa vào ảnh viễn thám VNRedsat-1 QuickBird có, chúng tơi tiến hành lựa chọn ảnh, kênh phổ phù hợp có chất lượng tốt để tiến hành phân loại đối tượng san hô phân bố đảo Trên sở kết khảo sát thực địa khu vực đảo bãi bồi ven đảo, xây dựng thư viện phổ đặc trưng đối tượng san hô theo trạng thái phát triển khác san hô phát triển tốt, san hô phát triển kém, san hô chết, san hơ kết tinh, san hơ phong hóa vụn bở rời Ngồi chúng tơi có xây dựng chìa khóa giải đốn phân loại san hơ cho đảo Nam Yết Trên sở kết khảo sát quang phổ thực tế chìa khóa giải đốn, kết phân loại sử dụng ảnh QuickBird thành lập đồ phân bố san hô tỷ lệ 1:10.000 (hình 6) ảnh VNRedsat-1 1:50.000 Chúng phân loại phân bố san hô theo sáu mức độ: (1) Khu vực san hô phát triển tốt, phân bố độ sâu lớn; (2) Khu vực san hô phát triển tốt phân bố độ sau nhỏ; (3) Khu vực san hô phát triển tốt chịu tác động mạnh sóng dịng chảy; (4) Khu vực san hô phát triển kém; (5) Khu vực san hô chết; (6) Khu vực cát, sạn, sỏi cuội san hơ phong hóa Theo kết khảo sát thực địa khu vực quần đảo Trường Sa giai đoạn 1991–1993, khu vực bãi ngập triều có phát triển cỏ biển, rong biển san hô Mức độ phát triển san hơ từ 50–70% diện tích khảo sát khu vực bãi ngập triều che phủ 70% diện tích khu vực rìa đảo khu vực biển sâu quanh đảo Theo kết khảo sát năm 2015 2018, khu vực bãi ngập triều khơng cịn có phát triển san hô cỏ biển hay rong biển, phân bố chủ yếu san hô chết cụm san hô nhỏ phát triển rải rác (cịn gọi san hơ phát triển mật độ phát triển đơn vị diện tích < 10%) Khu vực ven đảo chủ yếu phân bố thành tạo cát-sạnsỏi-cuội san hơ phong hóa bở rời Tại khu vực đảo Nam Yết, san hô phát triển tốt phân bố rìa đảo hướng vùng nước sâu, phân bố mạnh theo hướng bắc hướng nam - đông nam Hướng đông tây độ sâu thay đổi lớn nên rõ khu vực san hô phát triển tốt ảnh viễn thám Tại khu vực chịu tác động mạnh sóng dịng chảy san hô phát triển tốt 197 Đỗ Huy Cường nnk thành dải nhỏ bao quanh đảo với độ rộng không 50 m Trên khu vực bãi ngập triều, san hô phát triển chiếm 10% diện tích phân bố phần phía nam đảo trung tâm đảo Khu vực san hô chết khu vực cát sạn cuội sỏi san hơ phong hóa bở rời phân bố đảo vùng nước nông ngập triều ven đảo chiếm 90% diện tích khu vực đảo bãi ngập triều H nh Sơ đồ phân bố san hô đảo Nam Yết 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 (hình 7) 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 Hình Sơ đồ phân bố nhiệt độ theo độ sâu khu vực đảo Nam Yết 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 198 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 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 Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hô 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 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 Chlorophyll-a 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 Chlorphyll-a khu vực đảo Nam Yết Đặc điểm 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 (hình 9, hình 11) y = 0,028e0,007x R2 = 0,448 y = –4E – 09x + 4E – 07x – 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 199 Đỗ Huy Cường nnk Hình 10 Sơ đồ phân bố Chlorophyll-a tầng mặt, tầng 20 m, tầng 40 m khu vực đảo Nam Yết ảnh vệ tinh VNRedsat-1 (ngày 23/5/2015) y = 29,25e–1E – 0x R2 = 0,976 y = –4E – 07x + 1E – 05x3 – 7E – 05x2 + 0,004x + 29,25 R2 = 0,978 Hình 11 Kết tính tốn tham số nhiệt độ trạm đo Nam Yết 03 Hình 12 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 (ngày 23/5/2015) 200 Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hô 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 (hình 10 hình 12) KẾT LUẬN Với hỗ trợ số liệu ảnh đa phổ kết đo đạc từ vệ tinh, ảnh viễn thám đóng góp nguồn tư liệu quý giá việc nghiên cứu môi trường biển, đảo vùng biển xa bờ Việt Nam nói chung khu vực Trường Sa nói riêng Chúng tơi kết hợp thành công kết xử lý ảnh viễn thám VNRedsat-1 Việt Nam nguồn tư liệu ảnh đa phổ có quốc tế nghiên cứu đặc trưng biến động môi trường đảo lớn vùng biển xung quanh thuộc quần đảo Trường Sa Đảo Nam Yết nằm biển khơi tình trạng xói lở mạnh, theo kết khảo sát thực tế phân tích hệ thống bào mòn phá hủy đồ địa mạo cho thấy khơng có biện pháp cơng trình chống xói lở kịp thời hoạt động đảo cơng trình phịng thủ bị đe dọa Bộ chìa khóa giải đốn phân loại san hơ đối tượng lớp phủ thành lập cho khu vực đảo Nam Yết Trên sở kết khảo sát quang phổ thực tế ảnh viễn VNRedsat-1 QuickBird phân loại phân bố san hô theo sáu mức độ: (1) Khu vực san hô phát triển tốt, phân bố độ sâu lớn; (2) Khu vực san hô phát triển tốt phân bố độ sau nhỏ; (3) Khu vực san hô phát triể tốt chịu tác động mạnh sóng dịng chảy; (4) Khu vực san hơ phát triển kém; (5) Khu vực san hô chết; (6) Khu vực cát, sạn, sỏi cuội san hơ phong hóa Kết nghiên cứu cho thấy hiệu sử dụng ảnh VNRedsat-1 nghiên cứu mơi trường lớp phủ nói chung mơi trường biển nói riêng Các tham số mơi trường biển nhiệt độ SST, hàm lượng Chlorophyll-a bề mặt tầng sâu phân tích sở ảnh viễn thám VNRedsat-1 có số liệu đo tham số tốt đầy đủ Lời cảm ơn: Bài báo hoàn thành trợ giúp đề tài thuộc Chương trình Khoa học Công nghệ cấp Quốc gia Công nghệ vũ trụ 2016–2020, mã số đề tài: VTUD.04/17–20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Charles John, 2008 Remote Sensing Images for Earth Resources and Ocean Color Remote Sensing Information Centre New York [2] Sekhar, N U., 2005 Integrated coastal zone management in Vietnam: Present potentials and future challenges Ocean & Coastal Management, 48(9–10), 813–827 [3] Vanderstraete, T., 2007 The Use of Remote Sensing for Coral Reef Mapping in Support of Integrated Coastal Zone Management: A Case Study in the NW Red Sea-Volume I (Doctoral dissertation, Ghent University) [4] Nguyễn Văn Thảo, Đỗ Thị Thu Hương, 2009 Nghiên cứu phân bố san hô vùng đảo Cồn Cỏ tư liệu viễn thám Tạp chí Khoa học Công nghệ biển, 9(phụ trương 1), 284–294 [5] Phạm Quang Sơn, 2008 Ứng dụng thông tin viễn thám GIS nghiên cứu, quản lý tổng hợp tài nguyên môi trường vùng ven biển hải đảo Tạp chí Tài ngun Mơi trường, Tr 321–327 [6] Albright Theme, 2009 Atmospheric Radiation and Radiometric Calibration for Remote Sensing Image New York [7] Đỗ Huy Cường, 2002 Nghiên cứu đặc trưng mầu đại dương (Ocean color) 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 78–91 201 Đỗ Huy Cường nnk [8] Green, E., Mumby, P., Edwards, A., and Clark, C., 2000 Remote Sensing: Handbook for Tropical Coastal Management United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO) [9] English, S., Wilkinson, C., and Baker, V., 1997 Survey manual for tropical marine resources Australian Institute of Marine Science Townsville, Australia 390 p [10] Mohd, M I S., Yahya, N N., Ahmad, S., Komatsu, T., and Yanagi, E., 2010 Sea bottom mapping from ALOS AVNIR-2 and quickbird satellite data University Teknologi Malaysia 202 [11] 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 [12] 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 [13] 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  ... mơi trường khu vực đảo san hô vùng Trường Sa, nghiên cứu đặc trưng yếu tố hải văn khu vực Trường Sa xung quanh đảo lớn tư liệu ảnh VNRedsat-1 nghiên cứu phân bố san hô khu vực xung quanh đảo. .. nước theo tư liệu VNRedsat-1 QuickBird, Nghiên cứu môi trường biển phân bố san hô nghiên cứu phân vùng tiềm ẩn nguy xói lở bờ đảo khu vực đảo ngập triều sử dụng kết hợp tư liệu ảnh vệ tinh mơ hình... biển phân bố san hô H nh Bản đồ phân bố rãnh bào mòn phá hủy đảo Nam Yết Đặc điểm phân bố san hô khu vực đảo Nam Yết Dựa vào ảnh viễn thám VNRedsat-1 QuickBird có, tiến hành lựa chọn ảnh, kênh