CỦA LIÊN XÔ CŨ VÀ NGA
6.8. CÁC VỆ TINH NGHIÊN CỨU BIỂN
Mặt nước biển chiếm 2/3 diện tích bề mặt Trái Đất, môi trường biển có những đặc điểm khác với đất và khác với môi trường trên lục địa. Trong viễn thám biển, có 3 hệ thống khác nhau:
• Viễn thám nghiên cứu môi trường bề mặt nước biển.
• Viễn thám nghiên cứu đáy biển.
• Viễn thám nghiên cứu đới ven biển.
Viễn thám nghiên cứu bề mặt nước biển
Để nghiên cứu môi trường về mặt nước biển như nhiệt độ, chlorophyl, dòng chảy, có các loại vệ tinh sau: SEASAT - sử dụng
sóng radar với X = 25m, có thể thu ảnh cả ngày và đêm; NOAA - AVRR sử dụng band hồng ngoại. Sử dụng các dải sóng khác có: vệ tinh NIMBUS-7 của Mỹ phóng năm 1978 với hệ thống máy quét đa phổ màu (Coastal Zone Color Scanner - CZCS), để nghiên cứu các dải ven biển với các dải phổ và tính năng như bảng bên.
Tiếp sau vệ tinh MOS, Nhật phóng tiếp các vệ tinh khác là JERS (Japanese Environ- mental and Resource Satellite).
Một hệ thống vễn thám nghiên cứu biển của Mỹ do NASA và một công ty tư nhân phối hợp chế tạo có tên là SeaWiFS (Sea-Viewing Wide Field-of-View Sensor) phóng lờn quỹ đạo năm 1993. Dải phổ của SeaWiFS từ 0.402 đến 0.885àm. Cỏc thụng tin của SeaWiFS giúp cho các nghiên cứu môi trường biển như: Phytoplankton, ô nhiễm dầu, chu trình cacbon, nitơ, sulfur và các ảnh hưởng của biển đến khí hậu bao gồm cả các thông
Bảng 6.12: Các dải phổ của vệ tinh Nhật (Marine Observation System) Các đầu thu
MESR VTIR MSR
Dải phổ 0,51-0,59 àm
0,61-0,69 àm 0,72-0,8 àm
0,8-1,1 àm
0,5-0,7 àm 0,6-7,0 àm 10,5-11,5 àm 11,5-12,5 àm
12,6 cm 0,96 cm
Độ phân giải mặt đất
Dải quét 50m
100km 900m (nhìn thấy)
200m (nhiệt) 100km
32km (λ=1,26cm) 23km (λ=0,96cm)
317km Ghi chú:
• MESSR - Multispectral Electronic Self - Scanning Radiometer.
• VTIR - Visible and Thermal - Infrared Radiometer.
• MSR - Microware Scanning Radiometer.
Bảng 6.11: Các dải phổ của hệ thống CZCS Band Bước súng (àm) Cỏc tớnh năng
và tham số chính 12
34 56
0,43-0,45 0,51-0,53 0,54-0,56 0,66-0,68 0,70-0,80 10,50-12,5
Hấp thụ Chlorophyl Hấp thụ Chlorophyl Hấp thụ các vật chất màu
Hấp thụ Chlorophyl Thực vật bề mặt Nhiệt độ bề mặt
87
Chương 6 CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÁM PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI trường đại học nông lâm thái nguyên
tin về tầng không khí sát mặt biển và các thành tạo sol khí (aerosol). Những thông tin này giúp ích cho nhiều hoạt động trên biển như: đánh cá, hàng hải, dự báo thời tiết. SeaWiFS có độ phân giải 1,13km tại tâm cứ 2 ngày 1 lần cung cấp hình ảnh toàn cầu (Global Area Coverage). Quỹ đạo bay của SeaWiFS có độ cao 70,5km, thời gian bay qua quỹ đạo là 12 giờ trưa và góc quét là 158,3°. Dải hình ảnh quét có chiều rộng 2.800km.
Viễn thám nghiên cứu đáy biển
Đáy biển có độ sâu rất khác nhau tính từ bờ ra vùng biển sâu. Để nghiên cứu đáy biển có hai phương pháp viễn thám chính được áp dụng là viễn thám bị động và viễn thám chủ động.
Viễn thám bị động: Với nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời, sau khi truyền qua nước biển tới đáy và phản xạ lại tới các thiết bị thu. Dải sóng sử dụng vẫn là vùng nhìn thấy và hồng ngoại tạo ảnh. Dựa vào khả năng đâm xuyên qua nước khác nhau của các tia sáng mà các đối tượng ở đáy được thể hiện trên ảnh khác nhau ở các dải phổ khác nhau. Phân tích các hình ảnh phổ, có thể phát hiện các đối tượng ở đáy. Độ sâu tối đa mà hình ảnh đáy biển được thu, trong điều kiện nước trong
suốt thì cũng không vượt quá giá trị 100 sải (fathom)(1 sải = 6 foot = 1,8 m, theo Floyd F. Sabins).
Viễn thám chủ động nghiên cứu đáy biển:
Hiện nay để nghiên cứu địa hình và độ sâu đáy biển, các phương pháp chụp từ máy bay hay vệ tinh đều bị hạn chế do nước biển hấp thụ hầu hết các năng lượng ánh sáng chiếu qua nó. Thay cho việc chụp trực tiếp người ta áp dụng các phương pháp quét, tạo hình ảnh dưới đáy biển theo nguyên tắc địa vật lý hoặc dạng hình ảnh quét nhờ các thiết bị đặt dưới nước. Các sóng được sử dụng là sóng radar và sóng âm.
Viễn thám nghiên cứu đới ven biển
Để nghiên cứu đới ven bờ các loại tư liệu viễn thám đã nêu ở phần trên đều có thể ứng dụng được (đặc biệt là tư liệu Landsat MSS hoặc TM, SPOT, CZCS...).
Vệ tinh NIMBUS được thiết kế để nghiên cứu biển. Bên cạnh vệ tinh này có vệ tinh nghiên cứu biển hoạt động trên dải sóng rađa là Seasat. Trên Seasat có thiết bị đo sóng phản hồi chu kỳ 13.9Ghz, dùng để đo áp lực của gió và vector gió sẽ mô tả chi tiết trong phần viễn thám sóng radar. NIMBUS có các đầu ghi trong dải phổ sóng nhìn thấy (VIS) và bức xạ nhiệt. Bộ cảm của NIMBUS CZCS (Coastal Zone Color Scaner) dùng để đo màu và nhiệt độ biển, đo hàm lượng chlorophyl, thành phần trầm tích và lượng ô nhiễm của
hÌnh 6.4: Viễn thám SONAR sử dụng sóng Radar để nghiên cứu chụp ảnh đáy biển
88
trường đại học nông lâm thái nguyên
Giáo trình Trắc địa ảnh và Viễn thám
nước biển. NIMBUS-7 được phóng vào quĩ đạo vào tháng 10/1978. CZCS có 6 kênh phổ (bảng 6.13). Vệ tinh tạo ảnh cho độ phủ 1.566 km và có độ phân giải 825 m tại trực tâm Nadir có khả năng phân biệt sự phản xạ khác nhau của nước. Dữ liệu của các kênh phổ này dùng để lập bản đồ nồng độ của phytoplankton và các vật liệu hữu cơ dạng bột. Các kênh hồng ngoại gần dùng để vẽ bản đổ thực vật bề mặt, và phân biệt vùng có nước với đất liền. Kênh hồng ngoại nhiệt dùng để đo nhiệt độ mặt nước. CZCS ngừng hoạt động vào giữa năm 1986.
Vệ tinh OrbView-2 có bộ cảm nghiên cứu biển SeaWiFS (Sea-Viewing Wide Field- of-View Sensor). Bộ cảm này cú 8 kờnh phổ trong giải súng 0,402–0,885 àm (bảng 6.14).
Bộ cảm được thiết kế cho việc nghiên cứu hóa sinh của biển phục vụ dự án của liên doanh NASA và hãng Khoa học Quỹ đạo OSC (Orbit Science Corporation). Vệ tinh hoạt động và cho ảnh từ 18/9/1997. Bộ cảm cho phép nghiên cứu phytopkankton, chu kỳ cacbon, sulphur, nitơ, ảnh hưởng của biển trên khí hậu như lưu trữ nhiệt ở lớp mặt đại dương và thành tạo biển tầng aerosol. Bộ cảm cho ra hai loại dữ liệu địa phương (LAC) và toàn cầu (GAC). Dữ liệu LAC (Local Area Coverage) cho độ phân giải tại nadir là 1,13 km và được truyền tải trực tiếp xuống trạm thu. Dữ liệu GAC (Global Area Coverage) được ghi nhận ngay trên vệ tinh. GAC cho ảnh toàn cầu 2 ngày một lần. Vệ tinh hoạt động ở quĩ đạo với độ cao 705 km và cắt xích đạo vào 12:00 trưa, với góc quét là ± 58,30, tạo ảnh với độ phủ là 2.800 km. Ngoài việc thiết kế để nghiên cứu chủ yếu về biển, bộ cảm dùng để nghiên cứu trong các lĩnh vực khác như khí tượng, các quá trình trên đất và quyển khí.
Bộ cảm đó tạo ra khả năng nghiờn cứu cỏc hiện tượng như El Niủo, La Niủa, cỏc thảm họa tự nhiên như cháy (tại Florida, Canada, Indonesia, Mexico, Nga), lụt (tại Trung Quốc), bão cát tại sa mạc Sahara. Hiện tại có hơn 800 các nhà khoa học đại diện cho 35 nước truy cập dữ liệu trong năm đầu tiên và có hơn 50 trạm thu ảnh vệ tinh trên mặt đất thu dữ liệu của SeaWiFS.
Bảng 6.13: Phổ của các kênh bộ cảm đo màu ven bờ biển
Kênh Dải sóng Mục đích đo
1 0,43 -0,45 Đo hấp thụ chlorophyl 2 0,51-0,53 Đo hấp thụ chlorophyl
3 0,54-0,56 Đo gelbstoff (đo vật chất màu vàng) 4 0,66 -0,68 Nồng độ chlorophyl
5 0,7-0,7 Thực vật bề mặt 6 10,5-12,5 Nhiệt độ mặt
Bảng 6.14: Đặc tính phổ của các kênh bộ cảm SeaWiFS
Kênh phổ Bước sóng nm Độ phân giải Độ phủ
1 402-422 1,1 km 2800 km
2 433-453 …… ……
3 480-500 …… ……
4 500-520 …… ……
3 545-565 …… ……
6 660-680 …… ……
7 745-785 …… ……
8 845-855 …… ……
89
Chương 6 CÁC HỆ THỐNG VIỄN THÁM PHỔ BIẾN TRÊN THẾ GIỚI trường đại học nông lâm thái nguyên