Các kênh phổ khác nhau trong khoảng nhìn thấy và tỉ lệ của chúng được sử dụng rộng rãi để xác định Chl-a. Việc tính tốn tỉ lệ các kênh phổ sẽ giảm ảnh hưởng của bức xạ, khí quyển, bề mặt tiếp xúc nước - khí đến giá trị thực nhận được. Nét đặc trưng nổi bật tán xạ - hấp thụ của Chl-a bao gồm sự hấp thụ mạnh mẽ trong khoảng bước sóng 450 - 475nm (blue) và tại 670nm (red) và giá trị phản xạ đạt tới đỉnh tại 550nm (green) và gần 700nm (NIR). Giá trị phản xạ tại đỉnh ở 700nm và tỉ lệ của nó với giá trị phản xạ tại 670nm được dùng để phát triển các thuật toán đa dạng để xác định Chl-a trong nước đục. Hầu hết các thuật toán xác định hàm lượng Chl-a đều cần dùng bước sóng gần 675nm và một kênh khác ở bước sóng gần 700nm.
Chl-a đóng một vai trị quan trọng trong thành phần phản xạ của nước bởi vì nó địi hỏi cần phải có sự xuất hiện của thực vật phù du, và có thể coi như là một chất chỉ thị cho sự phát triển của tảo hay một cách gián tiếp chỉ thị cho chất dinh dưỡng có trong nước. Sự phát triển quá mức khi tảo nở hoa trong nước sẽ làm suy giảm lượng ơxy hịa tan và là nguyên nhân phú dưỡng trong nước, cụ thể trong nghiên cứu này là sơng ngịi, dịng chảy. Do đo đạc Chl-a tương đối đơn giản hơn sinh khối của tảo, nên Chl-a thường được sử dụng như là một chỉ thị dinh dưỡng.
thông số này. Sự phản xạ của hàm lượng Chl-a biến đổi trong khoảng xanh lam (blue) và xanh lá (green). Nói cách khác, hàm lượng Chl-a cao phản xạ mạnh hơn ở bước sóng blue và green. Thêm vào đó, khí quyển giữa nước và cảm biến cũng sẽ ảnh hưởng đến tỉ số này; tuy nhiên, Chl-a sẽ hấp thụ bức xạ mạnh ở trong khoảng bước sóng 450 - 670nm.
Độ đục gây ra bởi các hạt vật chất lơ lửng trong nước, bao gồm các hạt chất
vô cơ (PIC) và các hạt vật chất hữu cơ (POC). Các vật chất vô cơ ở thể rắn là bùn, cát, các vật chất hữu cơ là các hợp chất Carbon hòa tan trong nước. Nước đục là một thuộc tính quang học của nước, nó tán xạ và hấp thụ ánh sáng nhiều hơn là truyền ánh sáng theo đường thẳng. Các trầm tích lơ lửng là tác nhân chính của tán xạ, trong khi sự hấp thụ thì chịu sự chi phối của Chl-a và các chất hịa tan có màu hay các hạt vật chất.
Nước đục là kết quả chính của sự hiện diện các chất lơ lửng. Việc đo đạc độ đục thường sử dụng để tính tốn hàm lượng trầm tích lơ lửng của sơng và thường được xem xét theo chiều ngược lại của độ trong. Mức độ đục hay độ tối phụ thuộc toàn bộ vào lượng hạt lơ lửng trong một mẫu nước. Càng nhiều hạt lơ lửng, càng khó để ánh sáng đi xuyên qua nước và vì vậy, độ đục của nước sẽ cao hơn. Bản chất phức tạp của các chất lơ lửng trong nước thay đổi phản xạ của nước và do đó dẫn đến sự khác nhau về màu sắc của nước. Việc giải đoán dữ liệu viễn thám chỉ dựa trên màu sắc của nước là khơng thích hợp và chưa chính xác. Độ đục được coi là một biến số quan trọng trong nhiều nghiên cứu do sự liên kết của nó với ánh sáng đến, tác động đến quá trình quang hợp để phát triển của tảo và sinh vật phù du.
Công nghệ viễn thám được sử dụng rộng rãi để đánh giá và thành lập bản đồ độ đục và hàm lượng các hạt lơ lửng, và ở nhiều độ phân giải không gian và thời gian khác nhau. Về mặt lý thuyết, việc dùng một kênh đơn lẻ cung cấp một thuật toán mạnh mẽ và nhạy với độ đục với điều kiện kênh phổ được chọn thích hợp. Tuy nhiên, các chất phức tạp trong nước thay đổi phản xạ phổ của nước và vì vậy dẫn đến sự khác nhau về màu sắc, và do đó các kênh phổ khác nhau có thể được dùng để phục hồi độ đục. Lợi thế của việc sử dụng kênh phổ hay tỉ số kênh có thể thu
được kết quả chính xác hơn ở các hàm lượng khác nhau trong nước. Trong vùng cận hồng ngoại và hồng ngoại trung, nước hấp thụ ánh sáng mạnh hơn và làm cho nước trông tối hơn, các thay đổi này phụ thuộc và độ sâu của nước và bước sóng ánh sáng tới. Sự gia tăng của các chất vô cơ hòa tan trong nước là nguyên nhân dẫn đến việc đỉnh phản xạ chuyển từ vùng xanh lá (nước trong hơn) sang vùng đỏ. Các tài liệu chỉ ra rằng, độ đục có thể đo được khi dử dụng các kênh phổ trong vùng nhìn thấy và các kênh tỉ số khác nhau ví dụ như: tỉ số giữa kênh xanh lá (500 - 600nm) và đỏ (600 - 700nm), tỉ số giữa kênh xanh lam (400 - 500nm) và kênh đỏ (600 - 700nm), tỉ số giữa kênh cận hồng ngoại và kênh đỏ, hay kênh cận hồng ngoại đơn lẻ (750 - 900nm), kênh đỏ đơn lẻ (600 - 700nm), kênh xanh lá đơn lẻ (500 - 600nm).
Độ đục đóng một vai trị quan trọng trong việc vận chuyển chất dinh dưỡng và chất gây ô nhiễm bởi vì một lượng đáng kể của chúng đến từ đất và xói mòn nền đất. Sự hiện diện của các trầm tích lơ lửng trong nước mặt có ảnh hưởng tiêu cực đến sự sống trong nước. Thêm vào đó, hàm lượng trầm tích lơ lửng cao làm rút ngắn tuổi thọ và các lợi ích trong vùng chứa nó; do đó việc nghiên cứu trầm tích lơ lửng ngày càng trở nên quan trọng trên toàn thế giới. Việc giám sát, theo dõi hàm lượng trầm tích lơ lửng dựa trên các mẫu dữ liệu tại chỗ phủ trùm một khu vực mặt nước rộng lớn sẽ tốn nhiều thời gian, tiền bạc và khơng chính xác. Trong trường hợp này, dữ liệu viễn thám là một phương pháp tiềm năng, kinh tế có thể cung cấp dữ liệu độ phân giải cao về không gian, thời gian và phổ.
Ứng dụng dữ liệu viễn thám trong hàm lượng trầm tích lơ lửng dựa trên tương tác giữa bức xạ mặt trời và trầm tích lơ lửng trong nước. Các nhà nghiên cứu cũng chỉ ra rằng mối tương quan này bị ảnh hưởng bởi một vài yếu tố môi trường như áp suất, ranh giới nước - khơng khí, thành phần của nước, độ sâu của nước và cả yếu tố hình học khi thu nhận dữ liệu.
Trên đây là hai thông số được sử dụng rộng rãi và hiệu quả trong các nghiên cứu ứng dụng viễn thám đánh giá chất lượng nước của rất nhiều tác giả khác trên thế giới. Trong giới hạn nghiên cứu này, do điều kiện có hạn, người nghiên cứu chỉ
tập trung tính tốn và kiểm chứng thơng số Chlorophyll-a và thử nghiệm tính tốn độ đục để đánh giá chất lượng nước.
1.4.2. Thu thập dữ liệu ảnh vệ tinh
Dữ liệu thu thập để sử dụng trong nghiên cứu này là các dữ liệu ảnh VNREDSat-1, chụp vào các năm 2015 và 2017 để phủ kín khu vực nghiên cứu, cụ thể như sau:
Bảng 1.4. Dữ liệu ảnh VNREDSat-1 đã thu thập được
STT Tên cảnh ảnh Ngày chụp
1 SCENE V1 S 2015 04 15 03:32:24 15/4/2015
2 SCENE V1 S 2015 04 15 03:32:26 15/4/2015
3 SCENE V1 S 2017 04 22 03:20:49 22/4/2017