Hình 3.14 Thơng tin thuộc tính lớp mực nước biển
3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nƣớc biển, độ mặn nƣớc biển, sóng biển và mực nƣớc biển khu vực thử nghiệm
Bản đồ chuyên đề các đặc điểm hải văn là thuộc loại bản đồ môi trường và được thành lập theo các phương pháp sau:
- Phương pháp đo đạc, quan trắc thực địa - Phương pháp nội suy
- Phương pháp sử dụng bản đồ nền kết hợp với kết quả nội suy từ số liệu quan trắc thực địa
Các quy trình thực hiện như sau:
1. Thành lập bản đồ nền địa lý. Thành lập bản đồ nền có nhiều phương pháp. Tuy nhiên, với khn khổ đề tài này, bản đồ nền được trích từ bản đồ nền Việt Nam và Biển Đông tỷ lệ tương đương bằng phương pháp cắt các lớp thông tin địa lý vùng vịnh Bắc Bộ từ bản đồ nền Việt Nam và Biển Đông sử dụng phần mềm GIS.
3. Từ các dữ liệu điều tra khảo sát ở các điểm đo tiến hành chuyển đổi sang dạng dữ liệu liên tục dựa vào mơ hình tốn của phương pháp nội suy Spline. Spline thiết lập các giá trị sử dụng một hàm tốn học làm tối thiểu tồn bộ bề mặt cong, kết quả là một bề mặt uốn cong đi qua tất cả các điểm mẫu.
Giống như việc uốn một mặt cao su qua các điểm mẫu cùng với việc làm cho độ cong bề mặt là bé nhất. Nó cố định (fit) một hàm tốn học cho một số lượng xác định các điểm mẫu nhập vào. Phương pháp này thích hợp cho các bề mặt thay đổi nhẹ nhàng như độ cao (elevation), độ cao mực nước ngầm (water table heights), nồng độ ô nhiễm (pollution concentrations).
Có hai phương pháp spline khác nhau : Regularized, và Tension
Regularized : tạo bề mặt trơn thay đổi dần dần với các giá trị có thể nằm bên
ngoài vùng điểm mẫu.
Tension : điều chỉnh sự biến đổi (stiffness) của bề mặt theo đặc trưng của
hiện tượng được lấy mẫu. Nó tạo một bề mặt ít trơn hơn với các giá trị điểm mẫu gần nhau nhưng chênh lệch lớn.
Weight (trọng số)
Đối với phương pháp Regularized, trọng số (>= 0) của các đạo hàm cấp 3 của bề mặt trong biểu thức tối thiểu hoá độ cong. Các giá trị thường dùng: 0, 0.001, 0.01, 0.1, và 0.5. Giá trị trọng số càng cao thì bề mặt càng trơn.
Đối với pp Tension, ngược lại với pp đầu, trọng số càng cao thì bề mặt càng thơ (thơng thường là 0, 1, 5, 10).
Số lượng điểm tính tốn cho mỗi cell nội suy cũng là yếu tố quan trọng cho tính trơn của bề mặt.
Các dữ liệu ở điểm đo được tiến hành chuyển đổi sang dạng dữ liệu liên tục với phương pháp nội suy spline Regularized có w = 0,1
4. Tích hợp lớp cơ sở dữ liệu nền địa lý kết hợp với dữ liệu điều tra khảo sát, dữ liệu sau khi nội suy để thành lập bản đồ trường nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển khu vực vịnh Bắc Bộ.
5. Biên tập bản đồ
6. Tạo lập metadata cho bản đồ
3.3.4.1 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt Vịnh Bắc Bộ
Bản đồ trường nhiệt độ trung bình nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ mùa đơng ( hình 3.15) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
Bản đồ trường nhiệt độ nước biển vùng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phân bố theo không gian nhiệt độ nước biển tầng mặt của khu vực nghiên cứu bằng thang màu. Sắc màu (độ đậm nhạt của màu) trên bản đồ thể hiện sự biến đổi theo không gian của nhiệt độ nước biển bề mặt ( sắc càng đậm thì nhiệt độ nước biển càng cao). Nhiệt độ nước biển trung bình mùa đơng thấp nhất vào khoảng 190C và cao nhất khoảng 240C. Nhiệt độ nước biển tại vịnh Bắc Bộ tương đối đồng nhất theo khơng gian, giữa các vùng khơng có sự chênh lệch lớn chỉ vào khoảng 1-30C. Giống như nhiệt độ khơng khí, nhiệt độ nước biển cũng tăng dần từ bắc xuống phía nam.
Nhiệt độ nước biển trung bình tầng mặt vịnh Bắc bộ ngày 15-5-2008 ( hình 3.16) cao nhất vào khoảng 280C. Nhiệt độ nước biển có sự chênh lệch khơng lớn vào khoảng 10C theo không gian. Nhiệt độ nước biển tăng dần từ 26,50C đến 27,750C từ phía bắc xuống phía nam
Hình 3.17 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ tính từ ảnh Modis ngày 15 -5 -2008
Nhiệt độ bề mặt biển tính từ ảnh MODIS ngày 15-5-2008 được xây dựng bằng ngôn ngữ IDL tích hợp trong chương trình ENVI cho thấy nhiệt độ bề mặt nước biển phân bố trong khoảng 260
C- 27,750C. Nhiệt độ nước biển tăng dần từ Bắc xuống Nam. Vùng ven bờ nhiệt độ nước biển cao hơn nhiệt độ ngoài khơi 1 - 20C do ảnh hưởng của lục địa.
Bảng 3.11 Kết quả tính tốn SST từ ảnh MODIS
Kinh độ Vĩ độ
SST (0C)
Tính tốn từ ảnh vệ tinh Theo tài liệu thực địa
106.8 20.8 26.59 26.93
107.43 20.08 26.21 26.95
106.48 20.4 26.46 27
Bảng cho kết quả so sánh giữa giá trị thực đo và kết quả tính tốn SST từ ảnh MODIS. Từ bảng này có thể nhận thấy kết quả tính toán SST từ ảnh MODIS cho kết quả sai số (= 0,540C) nhỏ hơn 10C. Nhược điểm lớn nhất của phương pháp tính
trường nhiệt độ mặt nước biển từ ảnh MODIS là cho kết quả khơng chính xác khi có sự có mặt của mây trong pixel tính tốn. Vì vậy, để tính tốn và đánh giá sự phân bố của nhiệt độ mặt nước biển đạt độ chính xác cao cần tích hợp kết quả tính tốn SST với các số liệu quan trắc bề mặt.
Bản đồ độ muối trung bình mùa đơng tầng mặt vịnh Bắc Bộ (hình 3.18) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
Bản đồ độ muối trung bình mùa đơng vùng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phân bố theo không gian độ muối nước biển tầng mặt của khu vực nghiên cứu bằng thang màu. Sắc màu (độ đậm nhạt của màu) trên bản đồ thể hiện sự biến đổi theo không gian của độ muối nước biển bề mặt ( sắc càng đậm thì độ muối càng cao). Kết quả tính đưa ra bản đồ độ muối thu được đã phản ánh đúng chế độ muối vịnh Bắc Bộ với nồng độ khoảng 31 - 330/00 tương đối thấp so với biển Đông, tại cửa vịnh độ muối đạt giá trị lớn nhất, ở phía tây độ muối nhỏ nhất do ảnh hưởng của sông đổ ra.
Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ tháng 6 ( hình 3.19) thể hiện giá trị độ muối khoảng 330/00. Phân bố độ muối trong mùa hè đã thấy rõ ảnh hưởng mạnh mẽ của mùa mưa và nước lục địa tới sự biến đổi độ mặn nước biển tại các khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ.
Chỉ số NDSI ( chỉ số mặn hóa) đã được rất nhiều người sử dụng để nghiên cứu xâm nhập mặn ở một số nơi trên thế giới. Đặc biệt trong nghiên cứu của mình tại bang Faisalabad, Pakistan. Nasir M.Khan và Yohei Sato đã dựa trên việc phân tích chỉ số NDSI từ ảnh LISS-II với dữ liệu đa thời gian vào các tháng trong năm 1993 kết hợp với điều tra đo đạc kiểm chứng ngoài thực địa chỉ bằng phần mềm xử lý ảnh và phân tích khơng gian khơng mạnh lắm là IDRISI các ông đã thành lập được bản đồ xâm nhập mặn cho các mùa trong năm tại khu vực nghiên cứu.
Bên cạnh chỉ số NDSI thì các ơng cịn tiến hành tạo chỉ số WATER = COMP124 / B4_STR bằng phương pháp phân tích thành phần chính (PCA). Kết quả của các ông mới chỉ dừng lại ở việc thành lập ra bản đồ xâm nhập mặn mà chưa chú ý đi phân tích các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này.
NIR RED NIR RED NDSI
Đối với ảnh SPOT:
3 2 3 2 B B B B NDSI
Đối với ảnh Landsat TM:
4 3 4 3 B B B B NDSI
Chỉ số NDSI của khu vực nghiên cứu trong luận văn được thực hiện bằng công cụ Bandmath thuộc phần mềm ENVI 4.7.
Bản đồ ảnh xâm nhập mặn được xây dựng từ ảnh Landsat tháng 3 năm 2000 cho thấy giá trị độ muối khu vực vịnh Bắc Bộ vào khoảng 310
/00, khu vực ven biển có độ muối cao hơn ngoài khơi. Độ muối có giá trị giảm dần đến cửa vịnh. Độ chính xác của chỉ số NDSI được tính từ ảnh vệ tinh chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết. Các khu vực thông tin bị nhiễu do mây phủ sẽ cho kết quả khơng chính xác.
Hình 3.21 Bản đồ sóng cực đại trung bình tháng 7 vịnh Bắc Bộ
Bản đồ sóng cực đại trung bình tháng 7 vịnh Bắc Bộ (hình 3.21) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
Bản đồ sóng cực đại trung bình tháng 7 vùng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phân bố theo khơng gian độ cao sóng cực đại của khu vực nghiên cứu bằng các đường cong. Hướng sóng được thể hiện bằng các mũi tên có hướng. Chế độ sóng phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ gió, do vậy, trong tháng 7, hướng sóng thịnh hành chủ yếu là Nam và Tây Nam. Độ cao sóng cực đại nằm trong khoảng 4-8,5m. Tại các trạm xa bờ (Bạch Long Vĩ, Cồn Cỏ) độ cao sóng cực đại thường cao hơn các trạm gần bờ từ 3 -4m. Điều này có thể lý giải là do tác động của gió mùa và do sóng ngồi biển Đơng truyền vào.
3.3.4.4 Bản độ mực nước biển nhiều năm Vịnh Bắc Bộ
Bản đồ đặc trưng mực nước biển nhiều năm vịnh Bắc Bộ (hình 3.22) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
Bản đồ đặc trưng mực nước biển thể hiện giá trị mực nước biển trung bình cao nhất và thấp nhất tại các điểm đo từ các trạm quan trắc và số liệu khảo sát. Mực nước biển quan trắc thực tế hàng ngày tại các trạm khí tượng hải văn là mực nước tổng cộng, gồm các dao động tuần hoàn và khơng tuần hồn. Mực nước biển biến động mạnh do tác động của các điều kiện khí tượng thủy văn, đặc biệt là gió mùa và bão.
Hình 3.23 Đồ thị đặc trưng mực nước biển nhiều năm khu vực Bạch Long Vĩ (a), Hòn Dấu (b) và Sầm Sơn (c)
Mực nước biển có giá trị lớn nhất ở đỉnh Vịnh và giảm dần đến cửa Vịnh. Ngoài khơi vịnh Bắc Bộ mực nước thường nhỏ hơn ven bờ. Tại Bạch Long Vĩ mực nước biển đo được lớn nhất là 359cm còn ở Hòn Dấu là 399cm, ở Sầm Sơn là 402cm. Ở vùng phía Bắc vịnh mực nước biển có xu hướng tăng dần theo thời gian. Tại đảo Bạch Long Vĩ mực nước tăng từ 325cm (năm 2000) đến 359cm ( năm 2007), tại Hòn Dấu mực nước tăng từ 379cm (năm 2000) đến 399cm (năm 2007). Đây là một trong những hậu quả của khí hậu tồn cầu đang nóng lên.
KẾT LUẬN
Hệ thơng tin địa lý với những tính năng đa dạng đang ngày càng phát huy vai trò của mình trong các hoạt động đời sống xã hội. Công nghệ GIS cung cấp giải pháp cho lưu trữ, tra cứu, cập nhật, phân tích, xử lý và phân phối tích hợp các dạng dữ liệu địa lý với các dạng dữ liệu thuộc tính. Hệ thơng tin địa lý có khả năng chuẩn hóa ngân hàng dữ liệu để có thể đưa vào các hệ thống xử lý khác nhau nên khả năng khai thác dữ liệu là rất lớn.
Việc ứng dụng GIS trong nghiên cứu và quản lý các dữ liệu hải văn là một đề tài có tính ứng dụng cao trong thực tế. Tuy nhiên đây cũng là một đề tại rất rộng và khá phức tạp do khối lượng dữ liệu lớn, được thu thập qua nhiều năm nhưng thiếu tính liên tục và đa ngành. Các nghiên cứu tổng hợp và đánh giá sự biến động tài nguyên môi trường của biển Vịnh Bắc Bộ chưa được tiến hành một cách đồng bộ. Chính vì vậy để xây dựng được một CSDL GIS hoàn chỉnh cho nghiên cứu và quản lý dữ liệu hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ là một cơng việc địi hỏi nhiều thời gian và kinh nghiệm.
Kết quả chính là luận văn đã đạt được:
- Đề tài đã nghiên cứu một cách tương đối toàn diện những vấn đề cơ bản về xây dựng cơ sở dữ liệu địa lý như: GIS, cơ sở dữ liệu nền, cơ sở dữ liệu lớp chuyên đề nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm.
- Đề tài đã bước đầu xây dựng được mơ hình cấu trúc dữ liệu đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ theo đúng “ Quyết định số 06/2007QĐ-BTNMT ngày 27 tháng 02 năm 2007“ của Bộ Tài nguyên và Môi trường.
- Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, sóng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm.
Kiến nghị
Cần mở rộng thu thập và xử lý các số liệu điều tra khảo sát qua các năm kết hợp với các dữ liệu thu thập từ ảnh vệ tinh, mở rộng nghiên cứu công nghệ xây dựng cơ sở dữ liệu đặc điểm hải văn để nâng cao độ chính xác.
CSDL cần được thiết kế theo hướng mở, có khả năng chia sẻ và cập nhật dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu trực tuyến.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Tài nguyên và Mơi tr-êng (2005), Dù ¸n chn hố hệ thống thơng tin địa lý c¬ së quèc gia, KÌm theo quyÕt định phê duyệt của Bộ tr-ởng Bộ Tài nguyên và
Môi tr-ờng Hà Nội.
2. Cục đo đạc bản đồ Bộ Tài nguyên và môi tr-ờng, Quy chuẩn danh mục đối t-ợng địa lý cơ sở quốc gia.(Bản dự thảo lần thứ 6)
3. Ngun Ngäc Th¹ch (2003), Giáo trình Hệ thống thơng tin địa lý, Tr-êng §H Khoa học tự nhiên Hà Nội.
4. Nguyễn Ngọc Thạch, Báo váo xây dựng CSDL GIS phục vụ quản lý thuỷ sản, Dù ¸n SUMMA, Bé NN&PTNT
5. Nguyễn Thế Tưởng và nnk (2006), Báo cáo tổng kết đề tài,” Điều tra tổng hợp
điều kiện tự nhiên, tài nguyên và môi trường biển Vịnh Bắc Bộ, mã số KC.09 – 17”. 6. Trung tâm hải văn (2012), Báo cáo,” Điều tra cơ bản về tài nguyên – môi trường biển – hiện trạng mạng lưới quan trắc và một số giải pháp nhằm tăng cường hiệu quả”
Tiếng Anh
6. Burrough P.A. (1986) Principles of Geographical Information Systems for Land Resources assessment, Clarendon Press. Oxford.
7. ESRI. Using ArcMap, ArcGIS Manual. 8. C¸c trang Web:
- http://icdc.zmaw.de/