8. Cấu trúc luận văn
1.2. CƠ SỞ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG ĐƢỜNG BỜ
1.2.2. Đặc trƣng quang phổ của đối tƣợng đất và nƣớc trên ảnh viễn thám
thám và áp dụng trong phân tích đƣờng bờ biển
Trong nghiên cứu vùng ven biển, việc giám sát hiện trạng và biến động đƣờng bờ biển dựa trên phân tích dữ liệu viễn thám đa thời gian là một phƣơng pháp rất hiệu quả và có độ chính xác cao. Cho đến nay, để chiết tách đƣờng bờ tại các thủy vực nói chung và đƣờng bờ biển nói riêng dựa trên các tƣ liệu viễn thám, các nhà khoa học đã phát triển nhiều phƣơng pháp nghiên cứu khác nhau. Các phƣơng pháp phân tích đều dựa trên nguyên tắc cơ bản là phân tích ranh giới đất và nƣớc theo các đặc trƣng phổ phản xạ của hai đối tƣợng đất và nƣớc trên các kênh ảnh ở các dải sóng điện từ khác nhau.
Cơ sở viễn thám trong nghiên cứu các đối tƣợng tự nhiên bề mặt Trái đất là dựa vào đặc trƣng quang phổ của các đối tƣợng đó. Việc nghiên cứu các giá trị quang phổ của mỗi đối tƣợng là cơ sở để giải đoán, phân loại và thành lập bản đồ phân bố của đối tƣợng đó. Dựa trên tính chất hấp thụ và phản xạ ánh sáng của mỗi đối tƣợng bề mặt mà chúng có những đặc trƣng khác nhau và có thể phân biệt chúng trong các vùng quang phổ khác nhau. Trên cơ sở đó có thể áp dụng các tính chất quang phổ đặc trƣng của từng đối tƣợng để phân biệt chúng với nhau, hoặc các đặc điểm khác nhau của cùng một đối tƣợng trên ảnh viễn thám. Để chiết tách đƣờng bờ biển nói riêng và đƣờng bờ của các thủy vực nói chung, thì vấn đề cơ bản là phải phân biệt đƣợc ranh giới giữa đối tƣợng nƣớc và các đối tƣợng lớp phủ bề mặt khác. Nhƣ vậy, đối tƣợng chính chúng ta cần quan tâm ở đây là đặc trƣng quang phổ của nƣớc.
Khả năng phản xạ phổ của nƣớc thay đổi theo bƣớc sóng của bức xạ chiếu tới và thành phần vật chất có trong nƣớc, bề mặt nƣớc và trạng thái của nƣớc. Phần
lớn năng lƣợng mặt trời chiếu tới đều bị nƣớc hấp thụ hết cho quá trình tăng nhiệt độ. Phần năng lƣợng phản xạ trên bề mặt kết hợp với phần năng lƣợng sinh ra sau quá trình tán xạ với các vật chất lơ lửng trong nƣớc phản xạ lại tạo thành năng lƣợng phản xạ của nƣớc. Chính vì vậy năng lƣợng phản xạ của các loại nƣớc là thấp và giảm dần theo chiều tăng của bƣớc sóng. Trong điều kiện tự nhiên, mặt nƣớc hoặc một lớp mỏng nƣớc sẽ hấp thụ rất mạnh năng lƣợng ở dải cận hồng ngoại và hồng ngoại, do vậy, năng lƣợng phản xạ rất ít. Trên kênh hồng ngoại và cận hồng ngoại đƣờng bờ nƣớc đƣợc phát hiện rất dễ dàng, cịn một số đặc tính của nƣớc cần phải sử dụng dải sóng nhìn thấy để nhận biết. Vì khả năng phản xạ phổ của nƣớc ở dải sóng dài khá nhỏ nên việc sử dụng các kênh sóng dài để chụp cho ta khả năng đoán đọc điều vẽ các yếu tố thủy văn. Ở dải sóng nhìn thấy khả năng phản xạ phổ của nƣớc tƣơng đối phức tạp.
Hình 1.2. Khả năng phản xạ và hấp thụ của nƣớc theo các bƣớc sóng khác nhau [18] khác nhau [18]
Trong điều kiện tự nhiên không phải lúc nào cũng lý tƣởng nhƣ nƣớc cất. Thông thƣờng trong nƣớc chứa nhiều tạp chất hữu cơ và vơ cơ vì vậy khả năng phản xạ phổ của nƣớc phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của nƣớc. Các nghiên cứu cho thấy nƣớc đục có khả năng phản xạ phổ cao hơn nƣớc trong, nhất là những dải sóng dài. Ngƣời ta chứng minh rằng, khả năng phản xạ phổ của nƣớc phụ thuộc
rất nhiều vào độ trong của nƣớc, ở giải sóng 0,6μ - 0,7μ giữa độ đục của nƣớc và khả năng phản xạ phổ có mối quan hệ tuyến tính. Với độ sâu tối thiểu là 30m, nồng độ tạp chất gây đục là 10mg/ lít, thì khả năng phản xạ phổ lúc đó là hàm số của thành phần nƣớc chứ khơng cịn là ảnh hƣởng của vật chất ở đáy.
Khả năng thấu quang cao và hấp thụ ít ở dải sóng nhìn thấy chứng tỏ rằng đối với lớp nƣớc mỏng (ao, hồ nơng) và trong thì hình ảnh viễn thám ghi nhận đƣợc ở dải sóng nhìn thấy là nhờ năng lƣợng phản xạ của vật chất đáy nhƣ cát, đá, bùn và sét... Nƣớc cất bị hấp thụ ít năng lƣợng ở dải sóng nhỏ hơn 0,6μ, và thấu quang nhiều năng lƣợng ở dải sóng ngắn. Nƣớc biển, nƣớc ngọt và nƣớc cất có chung đặc tính thấu quang, tuy nhiên độ thấu quang của nƣớc đục giảm rõ rệt và bƣớc sóng càng dài có độ thấu quang càng lớn.
Hình 1.3. Khả năng phản xạ phổ của một số loại nƣớc [21] Độ thấu quang của nƣớc phụ thuộc vào bƣớc sóng nhƣ sau: Độ thấu quang của nƣớc phụ thuộc vào bƣớc sóng nhƣ sau:
Bảng 1.1. Mối quan hệ giữa bƣớc sóng và độ thấu quang của nƣớc Bƣớc sóng Độ thấu quang Bƣớc sóng Độ thấu quang
0,5 0,6 μ Đến 10m
0,6 0,7 μ 3m
0,7 0,8 μ 1m
Nhƣ vậy, dựa trên đặc trƣng quang phổ của nƣớc có sự khác biệt đối với các đối tƣợng khác mà các nhà khoa học trong lĩnh vực viễn thám đã phát triển các phƣơng pháp khác nhau (nhƣ đã phân tích trong phần tổng quan nghiên cứu) với mục tiêu cơ bản là làm nổi bật ranh giới đất và nƣớc, trên cơ sở đó xác định đƣờng bờ biển tức thời tại thời điểm thu nhận ảnh.