5. Cấu trúc luận văn
3.3.1. Tạo ảnh SST và trích xuất dữ liệu
Dữ liệu ảnh SST thu thập về cũng có định dạng file *nc. Phương pháp thực hiện việc chuyển đổi định dạng tập tin ảnh, hệ quy chiếu cũng giống như phương pháp với yếu tố Chl-a. Sau khi xử lý dữ liệu đồng bộ hàng loạt thì lọc loại bỏ những vị trí đất liền này (Hình 3.10).
61
Tổ hợp ảnh SST theo tuần, ảnh tổ hợp theo tháng và ảnh tổ hợp theo mùa cũng được thực hiện trên phần mềm Envi (Hình 3.11). Tổ hợp ảnh nhiều ngày dựa trên những thông tin thời gian (ngày, tháng, năm) của từng ảnh.
Hình 3.11. Ảnh tổ hợp SST trung bình tháng giai đoạn 2015 - 2020 3.3.2.Tương quan SST viễn thám với thực đo
Tổng số đã đồng bộ được 323 trạm SST từ dữ liệu ảnh viễn thám và thực đo trong suốt giai đoạn từ 2015 đến 2020 từ các đề tài dự án như: Dự án I8, I9, Việt - Trung, Long - Sơn, KC.09.19/16-20, …vv. Cụ thể các trạm đồng bộ SST như sau: tháng 7/2015 là 6 trạm, tháng 9 - 10/2016 là 26 trạm, tháng 7 - 8/2017 là 54 trạm, tháng 6/2018 là 18 trạm, tháng 8 - 11/2018 là 146 trạm, tháng 3 - 4/2019 là 54 trạm, tháng 9/2020 là 19 trạm. Phân bố các trạm đồng bộ SST như Hình 3.12.
62
Hình 3.12. Phân bố các trạm đồng bộ SST
Phân tích tương quan giữa hai chuỗi số liệu SST từ viễn thám và thực đo tại tất cả các trạm đồng bộ cho thấy hệ số tương quan rất cao. Với 323 trạm SST đã đồng bộ trong giai đoạn 2015 - 2020 cho hệ số tương quan R = 0,91 (hệ số xác định R2 = 0,8353) (Hình 3.13). Điều đó cho thấy số liệu SST từ dữ liệu ảnh viễn thám MODIS gần đúng với số liệu thực đo là 83,53%. So sánh với nghiên cứu trước đây của Nguyễn Thị Hải (2013), đối với vùng biển vịnh Bắc Bộ đã đánh giá tương quan SST từ dữ liệu ảnh viễn thám MODIS với số liệu thực đo tại các trạm cố định: Cô Tô, Bạch Long Vỹ, Hòn Dấu, Hòn Ngư, Cồn Cỏ cũng cho hệ số tương quan cao (R > 0,9) [3].
63
Hình 3.13. Tương quan SST (oC) từ viễn thám với thực đo
3.3.3.Đánh giá sai số và hiệu chỉnh số liệu SST từ dữ liệu ảnh viễn thám MODIS Với 323 trạm đồng bộ SST được đánh giá sai số số liệu từ dữ liệu ảnh viễn thám. Với 323 trạm đồng bộ SST được đánh giá sai số số liệu từ dữ liệu ảnh viễn thám. Theo công thức (2.8) thì sai số trung bình MESST = -0,05oC và theo công thức (2.9) sai số tuyệt đối trung bình MAESST = 0,5oC nghĩa là giá trị SST từ dữ liệu ảnh viễn thám có xu hướng thấp hơn giá trị thực đo, trung bình một khoảng 0,5oC. Theo công thức (2.10) sai số trung phương RMSESST = 0,67oC, như vậy qua các chỉ số được đánh giá có thể khẳng định số liệu SST từ dữ liệu ảnh viễn thám MODIS cho kết quả độ chính xác cao. Khoảng dao động giá trị SST tại các trạm đồng bộ của thực đo và viễn thám khá tương đồng. Trong hầu hết các trạm đồng bộ, SST đều có xu hướng giống nhau, chênh lệch giá trị lớn nhất giữa thực đo và viễn thám tại các trạm đồng bộ là 2,7oC. Như vậy qua sự kiểm chứng và đánh giá sai số trên cho thấy, số liệu SST từ viễn thám MODIS rất đáng tin cậy để sử dụng nghiên cứu trong môi trường biển. Với các chỉ số sai số ME, MAE và RMSE đã tính toán, cho thấy sai số rất gần nhau nên việc hiệu chỉnh số liệu SST từ dữ liệu ảnh viễn thám là hoàn toàn có thể.
Với tương quan của các cặp điểm trong đồ thị Hình 3.13 ở trên, số liệu SST ước tính từ ảnh viễn thám MODIS có thể tương quan với số liệu thực đo theo hàm tuyến tính y = 0,8728x + 3,6253. Hàm số này có thể dùng để hiệu chỉnh tập số liệu viễn thám theo tập số liệu thực đo đối với khu vực nghiên cứu tại vùng biển Việt Nam.
64
Đồ thị Hình 3.14 cho thấy số liệu viễn thám và số liệu thực đo tại các trạm đồng bộ có xu hướng giống nhau nhưng chưa trùng khít, sau khi hiệu chỉnh thì số liệu MODIS đã có kiểu phân bố gần trùng với số liệu thực đo, đường cong đồ thị giá trị từ viễn thám có các đỉnh và đáy tương ứng với đỉnh và đáy của tập số liệu thực đo với sự chênh lệch rất nhỏ.
Hình 3.14. SST (oC) sau khi hiệu chỉnh tại các trạm đồng bộ
Phân bố không gian SST từ số liệu thực đo và viễn thám tại các trạm đã đồng bộ cho thấy có sự tương đồng và đồng nhất giữa các vị trí trong vùng biển. Vùng ven biển Quảng Ninh, Thanh Hóa SST thấp nhất so toàn vùng, vùng ven biển Tuy Hòa (Phú Yên) đến Nha Trang có khối nước xoáy, SST tăng cao nhất (Hình 3.15).
65
Hình 3.15. Phân bố không gian SST (oC) từ dữ liệu đã đồng bộ
3.4. Phân tích dữ liệu ảnh viễn thám MODIS giai đoạn 2015 - 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