5. Cấu trúc luận văn
3.4. Phân tích dữ liệu ảnh viễn thám MODIS giai đoạn 201 5 2020
3.4.1.Phân tích hàm lượng Chl-a từ dữ liệu MODIS
Theo Kirk (1994) thì hàm lượng Chl-a trung bình trong đại dương là 0,2mg/m3. Nguyễn Tác An (1989) cho rằng vùng biển ven bờ có giá trị trung bình nằm trong khoảng 0,6 ± 0,3mg/m3 là vực nước có những điều kiện sinh thái thích hợp cho quá trình sản xuất sơ cấp. Phân tích tổng hợp số liệu đã tính toán từ viễn thám cho thấy giai đoạn 2015 - 2020 hàm lượng Chl-a trong toàn vùng biển Việt Nam (bao gồm cả vùng biển ven bờ) có giá trị trung bình là 0,6mg/m3. Khu vực vùng vịnh Bắc Bộ có hàm lượng Chl-a trung bình cao nhất trong toàn vùng biển vào cả hai mùa gió (đông bắc và tây nam). Vào mùa gió đông bắc, hàm lượng Chl-a trung bình toàn vùng cao hơn so với mùa gió tây nam từ 0,03 - 0,54mg/m3 (Bảng 3.2).
66
Bảng 3.2. Giá trị hàm lượng Chl-a (mg/m3) trong từng khu vực vùng biển
Mùa gió Giá trị
(mg/m3) Khu vực vùng biển Vịnh Bắc Bộ Trung Bộ Đông Nam Bộ Tây Nam Bộ Mùa gió đông bắc Nhỏ nhất 0,10 0,05 0,06 0,07 Trung bình 1,62 0,26 0,29 0,66 Lớn nhất 19,01 16,43 15,27 17,02 Độ lệch chuẩn 1,65 0,56 0,58 0,99 Mùa gió tây nam Nhỏ nhất 0,08 0,05 0,05 0,06 Trung bình 1,08 0,23 0,25 0,46 Lớn nhất 19,58 18,91 18,25 18,25 Độ lệch chuẩn 1,61 0,56 0,56 1,03
Đồ thị biến động Chl-a từng năm cho thấy, giá trị Chl-a cao nhất ở các tháng chính mùa đông bắc (tháng 12 và tháng 1) và thấp nhất ở các tháng chính mùa tây nam (tháng 6 và tháng 7). Xét trong từng khu vực vùng biển, giá trị hàm lượng Chl- a trung bình tháng dao động từ 0,23 - 1,63mg/m3. Qua đồ thị Hình 3.16 có thể thấy rằng hàm lượng Chl-a khu vực vùng biển Trung Bộ và Đông Nam Bộ ổn định và đồng đều hơn ở mức thấp nhất, giá trị dao động từ 0,19 - 0,36mg/m3. Khu vực vùng biển Tây Nam Bộ vào các tháng mùa gió đông bắc (từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau) hàm lượng Chl-a tăng cao hơn và giảm dần vào các tháng mùa gió tây nam (từ tháng 5 đến tháng 9), khoảng giá trị trung bình tháng dao động từ 0,37 - 0,98mg/m3. Khu vực vùng biển vịnh Bắc Bộ có hàm lượng Chl-a trung bình tháng cao nhất, dao động từ 0,68 - 1,93mg/m3 và phụ thuộc vào ảnh hưởng của gió mùa nhất, giá trị dao động giữa hai mùa gió đạt khoảng 1,5mg/m3 (Hình 3.17). Cũng tại khu vực vùng biển vịnh Bắc Bộ này ghi nhận hàm lượng Chl-a cực đại vào tháng 2/2016; 12/2017; 12/2020 tương ứng lần lượt với các giá trị Chl-a trung bình là 2,42mg/m3; 2,33mg/m3; 2,39mg/m3 và một cực tiểu vào tháng 9/2020 với giá trị là 0,31mg/m3.
67
Hình 3.16. Hàm lượng Chl-a (mg/m3) trung bình tháng từng khu vực vùng biển
Hình 3.17: Biến động Chl-a (mg/m3) từng khu vực vùng biển
Bản đồ phân bố không gian hàm lượng Chl-a trung bình tháng, trung bình theo mùa gió giai đoạn 2015 - 2020 được trình bày ở Hình 3.18; 3.19. Xu thế phân bố không gian hàm lượng Chl-a thường cao ở vùng biển ven bờ, nơi có địa hình bờ và đáy phức tạp, cấu trúc các khối nước ít bền vững và thường xuyên được bổ sung nguồn muối dinh dưỡng tạo điều kiện cho thực vật phù du phát triển. Đặc biệt là các
68
vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp của khối nước từ lục địa đổ ra như: khu vực ven bờ Quảng Ninh - Nam Định (vịnh Bắc Bộ) và từ Vũng Tàu đến mũi Cà Mau (Đông Nam Bộ), hàm lượng Chl-a tại đây có thể cao trên 4mg/m3 hay vùng ven bờ Kiên Giang - Cà Mau (Tây Nam Bộ) hàm lượng cũng từ 2 - 5mg/m3. Thấp nhất là khu vực ven bờ Trung Bộ, hàm lượng Chl-a từ 0,1 - 0,5 mg/m3, càng ra xa bờ thì hàm lượng Chl-a càng giảm. Vùng biển xa bờ và giữa Biển Đông, vị trí bên ngoài đường kinh tuyến 110oE có hàm lượng Chl-a thấp, thường nhỏ hơn 0,5mg/m3. Nguyên nhân chủ yếu là do các cấu trúc thẳng đứng nhiệt - muối của các khối nước bền vững làm cho quá trình vận động trao đổi giữa các lớp nước rất yếu, ngăn cản sự bồi tải, bổ sung dinh dưỡng cho quá trình quang hợp. Vì vậy, hàm lượng Chl-a tại khu vực này hầu như ít thay đổi.
69
70
71
Hình 3.18. Phân bố không gian hàm lượng Chl-a (mg/m3) trung bình tháng
Hình 3.19. Phân bố không gian hàm lượng Chl-a (mg/m3) trung bình theo mùa gió 3.4.2.Phân tích giá trị SST từ dữ liệu MODIS
Thống kê giá trị SST trong toàn giai đoạn 2015 – 2020 tại vùng biển nghiên cứu cho thấy, khu vực có giá trị SST nhỏ nhất là khu vực vùng biển vịnh Bắc Bộ vào mùa
72
gió đông bắc với giá trị nhỏ nhất là 13,73oC, giá trị cao nhất là 35,0oC. Nhiệt độ trung bình trong các khu vực vùng biển vào mùa gió tây nam cao hơn so với mùa gió đông bắc từ 1,42oC - 5,81oC. Chi tiết được trình bày ở Bảng 3.3 dưới đây:
Bảng 3.3. Giá trị SST (oC) trong từng khu vực vùng biển
Mùa gió Giá trị
Khu vực vùng biển Vịnh Bắc Bộ Trung Bộ Đông Nam Bộ Tây Nam Bộ Mùa gió đông bắc Nhỏ nhất 13,73 19,56 21,74 24,66 Trung bình 23,92 27,26 28,08 28,61 Lớn nhất 32,67 35,00 34,42 35,00 Độ lệch chuẩn 2,53 1,42 1,27 1,20 Mùa gió tây nam Nhỏ nhất 22,62 24,07 26,11 25,82 Trung bình 29,73 29,64 30,02 30,03 Lớn nhất 35,00 35,00 34,13 34,56 Độ lệch chuẩn 1,26 0,94 0,87 0,86
Giá trị SST trong giai đoạn 2015 - 2020 được tính toán dao động trong khoảng ≈22oC, biên độ trung bình tháng dao động khoảng ≈5oC còn theo mùa gió thì biên độ dao động ≈3oC, SST trung bình cho toàn vùng biển trong cả giai đoạn là 28,2oC.
Phân tích giá trị SST trung bình tháng trong toàn giai đoạn cho thấy SST có giá trị thấp trong mùa gió đông bắc và cao trong mùa gió tây nam. Trong đó xuất hiện một cực đại chính vào tháng 5 đối với khu vực ba vùng biển (Trung Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nam Bộ) và một cực đại phụ vào tháng 10, hai giá trị cực tiểu vào tháng 2 và tháng 12 (mùa đông), xu thế này hoàn toàn tương đồng với các nghiên cứu trước đây của Lê Phước Trình và cộng sự (1981) đối với vùng biển ven bờ và thềm lục địa Đông Nam Bộ và Bùi Hồng Long (2007) nơi thường xảy ra hiện tượng nước trồi vùng Nam Trung Bộ [10, 14]. Đối với khu vực vùng biển vịnh Bắc Bộ giá trị SST cực đại trong khoảng thời gian từ tháng 6 đến tháng 9 và giá trị SST cực tiểu vào khoảng tháng 2 (Hình 3.20; 3.21).
73
Hình 3.20. SST (oC) trung bình tháng của từng khu vực vùng biển
Hình 3.21. Biến động SST (oC) của từng khu vực vùng biển
Bản đồ phân bố không gian SST trung bình tháng, trung bình theo mùa gió giai đoạn 2015 - 2020 được trình bày ở Hình 3.22; 3.23. Sự biến đổi SST giữa các tháng trong giai đoạn chịu sự chi phối rất lớn bởi sự hoạt động của chế độ gió mùa thịnh hành.
Vào mùa gió đông bắc với khối khí từ cao áp Xibia di chuyển về nước ta với tính chất lạnh khô và gây nên một mùa đông lạnh nên SST có giá trị thấp vùng biển phía
74
bắc. Theo không gian từ tháng 11 đến tháng 4, những khối nước lạnh có nhiệt độ thấp ở khu vực phía bắc (vịnh Bắc Bộ) bị đẩy xuống phía nam, hình thành nên “lưỡi” nước lạnh ép sát bờ. Lưỡi nước lạnh này có quy mô khác nhau và ngày càng rõ rệt khi vào chính mùa gió đông bắc (tháng 1 và tháng 2) làm cho SST ven bờ từ Hải Phòng, Quảng Ninh đến Bình Thuận, Vũng Tàu có giá trị thấp hơn các khu vực ngoài khơi và có xu hướng tăng dần khi về gần xích đạo. Xu hướng này kéo dài cho đến tháng 4, tuy nhiên vào thời gian này do cường độ của gió mùa đông bắc đã suy yếu dần chuẩn bị giao mùa chuyển sang gió mùa tây nam nên phạm vi ảnh hưởng hẹp hơn. Biên độ chênh lệch từ vùng vịnh Bắc Bộ với vùng Tây Nam Bộ ở mùa gió này ± 8oC. Vào mùa gió tây nam, giá trị SST thường ít bị biến đổi theo không gian và dao động quanh ở khoảng giá trị 29 - 30oC. Trong thời gian này ở một số vùng biển gần bờ, nhiệt độ nước biển mang tính chất địa đới điển hình, vùng biển Ninh Thuận – Bình Thuận thường tồn tại một khu vực nước trồi hoạt động mạnh từ tháng 6 đến tháng 8. Kết quả này tương đồng với nghiên cứu của Bùi Thanh Hùng (2019) về hiện tượng nước trồi [5]. Hiện tượng nước trồi ở đây được hình thành bởi gió mùa tây nam đưa nước lạnh ở dưới tầng sâu lên trên mặt làm cho nhiệt độ nước ở khu vực này thấp hơn các vùng xung quanh. Hiện tượng nước trồi rất quan trọng với hoạt động nghề cá, tại đây nguồn năng suất sơ cấp thường rất cao do sự xáo trộn lớn giữa các lớp nước, các hợp chất vô cơ, hữu cơ được đưa từ tầng đáy lên lớp bề mặt, do đó đây chính là nơi tập trung cao ngư trường của một số loài cá nổi. Xu hướng giá trị SST ở mùa gió này tăng dần từ bắc vào nam nhưng chênh lệch không cao, nhỏ hơn so với các tháng vào mùa đông.
75
76
77
78
Hình 3.23. Phân bố không gian SST (oC) trung bình theo mùa gió
3.5. Dự báo thử nghiệm ngư trường khai thác cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam
3.5.1.Ảnh hưởng của nhiệt độ và hàm lượng Chl-a đối với nguồn lợi cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam
Các yếu tố hải dương có sự tác động rất lớn đối với loài cá nổi. Sự biến động của các yếu tố hải dương (SST, Chl-a, …) ảnh hưởng trực tiếp đến phân bố nguồn lợi, đặc biệt là cá nổi nhỏ. Tuy nhiên, các nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng sự phân bố của cá là một quá trình hết sức phức tạp, phụ thuộc rất lớn vào đặc tính sinh học, sinh thái học của các loài và môi trường xung quanh. Nhiều yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến sự phân bố của cá như: gió, mưa, ánh sáng, độ muối, độ đục của nước biển, sinh vật phù du là thức ăn của cá.
Kết quả sử dụng nguồn số liệu viễn thám về SST và Chl-a (đã được phân tích, xử lý trong giai đoạn 2015 - 2020) kết hợp với các yếu tố khác, xác định chỉ số thích ứng sinh thái trên cơ sở mối quan hệ giữa cá nổi nhỏ với SST và Chl-a cho thấy, cá nổi nhỏ tập trung từ mức độ trung bình đến cao (với tổng sản lượng khai thác trên 3000 tấn) ở dải nhiệt độ trong khoảng từ 27,5 - 30,0oC, hàm lượng Chl-a trong khoảng 0,2 - 0,5mg/m3 (Bảng 3.4; Hình 3.24; 3.25).
79
Bảng 3.4. Bộ chỉ số thích ứng sinh thái (SI) của các yếu tố môi trường đối với cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam
Mức đánh giá SI Yếu tố Nhiệt độ Chl-a Rất cao 28,5 - 29,0 0,2 - 0,5 Cao >= 0,6 29,0 - 30,0 - Trung bình 0,4 - 0,6 27,5 - 28,5 0,1 - 0,2 0,5 - 1,0 Thấp 0,2 - 0,4 26,0 - 27,5 - 30,0 - 30,5 Rất thấp < 0,2 17,0 - 26,0 0,05 - 0,1 30,5 - 31,5 >= 1,0
Hình 3.24. Mối liên quan giữa tổng sản lượng khai thác cá nổi nhỏ với SST ở biển Việt Nam
80
Hình 3.25. Mối liên quan giữa tổng sản lượng khai thác cá nổi nhỏ với hàm lượng Chl-a ở biển Việt Nam
3.5.2.Kết quả dự báo thử nghiệm ngư trường khai thác cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam năm 2020
Dựa vào dữ liệu thu SST, Chl-a đã phân tích được kết hợp với các yếu tố khác (CPUE, SSS, SSH, Cur_spd), ứng dụng quy trình, mô hình dự báo HSI của đề tài KC09.19/16-20 đã triển khai, xây dựng được các bản dự báo thử nghiệm hạn tháng ngư trường khai thác cá nổi nhỏ hạn tháng cho năm 2020, các mức năng suất khai thác dự báo được chia làm 5 mức tương ứng là: <250kg/ngày; 250 - 500kg/ngày; 500 - 750kg/ngày; 750 - 1000kg/ngày và >1000 kg/ngày.
Kết quả dự báo cho thấy, ngư trường khai thác cá nổi nhỏ trong vụ cá bắc (từ tháng 1 đến tháng 3 và tháng 10 đến tháng 12) ở khu vực vịnh Bắc Bộ tập trung cao hơn ở vùng ngoài khơi. Trong vụ cá nam ngư trường khai thác cá nổi nhỏ ở khu vực này được mở rộng, mức độ tập trung cá cao hơn và năng suất khai thác cũng được dự báo ở mức cao hơn so với vụ cá bắc. Ở vùng biển Đông Nam Bộ ngư trường khai thác cá nổi nhỏ tập trung ở khu vực biển nam Côn Sơn đến khu vực phía tây quần đảo Trường Sa (Hình 3.26).
83
84
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận
Dữ liệu ảnh viễn thám MODIS cho khả năng ước tính hàm lượng Chl-a và SST với độ tin cậy và hiệu quả cao thể hiện ở hệ số tương quan R (R > 0,9) so với số liệu thực đo và các chỉ số sai số ME, MAE, RMSE từ dữ liệu viễn thám đều ở mức thấp. Kết hợp các chỉ số yếu tố hải dương khác, SST và hàm lượng Chl-a đáp ứng được số liệu đầu vào cho các mô hình DBNT khai thác hải sản ở biển Việt Nam.
Kết quả xác định được chỉ số môi trường tối ưu của cá nổi nhỏ ở dải SST trong khoảng từ 27,5 - 30,0oC, hàm lượng Chl-a trong khoảng 0,2 - 0,5mg/m3. Đồng thời với nguồn số liệu SST, hàm lượng Chl-a đã ước tích được, dự báo thử nghiệm cho đối tượng cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam bước đầu đáp ứng được số liệu đầu vào theo mô hình dự báo cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam.
Kiến nghị
Ứng dụng công nghệ viễn thám trong theo dõi môi trường biển đã được nghiên cứu trên thế giới từ nhiều năm nay. Với sự xuất hiện ngày càng nhiều của các hệ thống vệ tinh quan sát Trái Đất, việc kết hợp nhiều loại ảnh vệ tinh, đa độ phân giải trong nghiên cứu theo dõi môi trường biển cũng đã và đang được tiến hành. Đặc biệt, kết hợp tư liệu ảnh viễn thám MODIS với các loại ảnh viễn thám khác có độ phân giải cao hơn như NOAA, SPOT, AVHRR, hay Sentinel-2 … sẽ giúp cải thiện đáng kể chất lượng cũng như cung cấp các thông tin cho việc theo dõi, giám sát, đánh giá biến động được tốt hơn.
85
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Đoàn Văn Bộ (2010). Ứng dụng và hoàn thiện quy trình công nghệ dự báo ngư trường phục vụ khai thác hải sản xa bờ. Báo cáo tổng kết đề tài mã số KC.09.14/06-10 (2007 - 2010). Trung tâm Thông tin tư liệu Quốc gia.
2. Đoàn Văn Bộ (2015). Nghiên cứu triển khai quy trình công nghệ dự báo ngư trường phục vụ khai thác nguồn lợi cá ngừ đại dương trên vùng biển Việt Nam. Báo cáo tổng kết đề tài mã số KC 09.18/11-15 (2013 – 2015). Viện nghiên cứu Hải sản.
3. Nguyễn Thị Hải, Nguyễn Thanh Trang, Hoa Thuý Quỳnh, Lê Quốc Hưng, Đặng Trường Giang (2013). Nghiên cứu phân tích nhiệt độ nước biển tầng mặt từ ảnh MODIS. Tạp chí Khí tượng Thuỷ văn, số tháng 01/2013, 32 - 37
4. Bùi Thanh Hùng (2020). Nghiên cứu dự báo ngư trường khai thác nguồn lợi cá nổi nhỏ ở biển Việt Nam. Báo cáo đề tài mã số KC.09.19/16-20 (2018 - 2020). Viện Nghiên cứu Hải sản.
5. Bùi Thanh Hùng, Nguyễn Hoàng Minh, Hán Trọng Đạt, Nguyễn Ngọc Tuấn (2019). Nghiên cứu phân bố và biến động các khu vực nước trồi và ảnh hưởng của chúng tới nguồn lợi cá nổi nhỏ vùng biển ven bờ Việt Nam. Tạp chí