8. Bố cục của luận văn
3.3.2 Lớp thụng tin ranh giới
Lớp thụng tin ranh giới được tổ chức trong một dataset cú tờn : CSDL_ranhgioi gồm cỏc lớp thụng tin như hỡnh dưới đõy
55 Hỡnh 3.7 Vớ dụ lớp thụng tin ranh giới tỉnh khu vực nghiờn cứu
56
3.3.3 Lớp thụng tin về nhiệt độ nƣớc biển, độ mặn nƣớc biển, súng biển và mực nƣớc biển
Lớp thụng tin về cỏc đặc điểm hải văn vịnh Bắc Bộ được tổ chức trong một dataset cú tờn : CSDL_haivan gồm cỏc lớp thụng tin như hỡnh dưới đõy:
Hỡnh 3.9 Tổ chức cỏc lớp dữ liệu trong lớp thụng tin đặc điểm hải văn
Hỡnh 3.10 Vớ dụ lớp thụng tin nhiệt độ trung bỡnh nước biển tầng mặt mựa đụng
57 Hỡnh 3.11 Thụng tin thuộc tớnh lớp nhiệt độ bề mặt nước biển
58 Hỡnh 3.12 Thụng tin thuộc tớnh lớp độ mặn nước biển
59 Hỡnh 3.14 Thụng tin thuộc tớnh lớp mực nước biển
3.3.4 Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nƣớc biển, độ mặn nƣớc biển, súng biển và mực nƣớc biển khu vực thử nghiệm
Bản đồ chuyờn đề cỏc đặc điểm hải văn là thuộc loại bản đồ mụi trường và được thành lập theo cỏc phương phỏp sau:
- Phương phỏp đo đạc, quan trắc thực địa - Phương phỏp nội suy
- Phương phỏp sử dụng bản đồ nền kết hợp với kết quả nội suy từ số liệu quan trắc thực địa
Cỏc quy trỡnh thực hiện như sau:
1. Thành lập bản đồ nền địa lý. Thành lập bản đồ nền cú nhiều phương phỏp. Tuy nhiờn, với khuụn khổ đề tài này, bản đồ nền được trớch từ bản đồ nền Việt Nam và Biển Đụng tỷ lệ tương đương bằng phương phỏp cắt cỏc lớp thụng tin địa lý vựng vịnh Bắc Bộ từ bản đồ nền Việt Nam và Biển Đụng sử dụng phần mềm GIS.
60 3. Từ cỏc dữ liệu điều tra khảo sỏt ở cỏc điểm đo tiến hành chuyển đổi sang dạng dữ liệu liờn tục dựa vào mụ hỡnh toỏn của phương phỏp nội suy Spline. Spline thiết lập cỏc giỏ trị sử dụng một hàm toỏn học làm tối thiểu toàn bộ bề mặt cong, kết quả là một bề mặt uốn cong đi qua tất cả cỏc điểm mẫu.
Giống như việc uốn một mặt cao su qua cỏc điểm mẫu cựng với việc làm cho độ cong bề mặt là bộ nhất. Nú cố định (fit) một hàm toỏn học cho một số lượng xỏc định cỏc điểm mẫu nhập vào. Phương phỏp này thớch hợp cho cỏc bề mặt thay đổi nhẹ nhàng như độ cao (elevation), độ cao mực nước ngầm (water table heights), nồng độ ụ nhiễm (pollution concentrations).
Cú hai phương phỏp spline khỏc nhau : Regularized, và Tension
Regularized : tạo bề mặt trơn thay đổi dần dần với cỏc giỏ trị cú thể nằm bờn ngoài vựng điểm mẫu.
Tension : điều chỉnh sự biến đổi (stiffness) của bề mặt theo đặc trưng của hiện tượng được lấy mẫu. Nú tạo một bề mặt ớt trơn hơn với cỏc giỏ trị điểm mẫu gần nhau nhưng chờnh lệch lớn.
Weight (trọng số)
Đối với phương phỏp Regularized, trọng số (>= 0) của cỏc đạo hàm cấp 3 của bề mặt trong biểu thức tối thiểu hoỏ độ cong. Cỏc giỏ trị thường dựng: 0, 0.001, 0.01, 0.1, và 0.5. Giỏ trị trọng số càng cao thỡ bề mặt càng trơn.
Đối với pp Tension, ngược lại với pp đầu, trọng số càng cao thỡ bề mặt càng thụ (thụng thường là 0, 1, 5, 10).
Số lượng điểm tớnh toỏn cho mỗi cell nội suy cũng là yếu tố quan trọng cho tớnh trơn của bề mặt.
Cỏc dữ liệu ở điểm đo được tiến hành chuyển đổi sang dạng dữ liệu liờn tục với phương phỏp nội suy spline Regularized cú w = 0,1
61 4. Tớch hợp lớp cơ sở dữ liệu nền địa lý kết hợp với dữ liệu điều tra khảo sỏt, dữ liệu sau khi nội suy để thành lập bản đồ trường nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, súng biển và mực nước biển khu vực vịnh Bắc Bộ.
5. Biờn 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 bỡnh nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ mựa đụng ( hỡnh 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 vựng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phõn bố theo khụng gian nhiệt độ nước biển tầng mặt của khu vực nghiờn cứu bằng thang màu. Sắc màu (độ đậm nhạt của màu) trờn bản đồ thể hiện sự biến đổi theo khụng gian của nhiệt độ nước biển bề mặt ( sắc càng đậm thỡ nhiệt độ nước biển càng cao). Nhiệt độ nước biển trung bỡnh mựa đụng thấp nhất vào khoảng 190C và cao nhất khoảng 240C. Nhiệt độ nước biển tại vịnh Bắc Bộ tương đối đồng nhất theo khụng gian, giữa cỏc vựng khụng cú sự chờnh lệch lớn chỉ vào khoảng 1-30C. Giống như nhiệt độ khụng khớ, nhiệt độ nước biển cũng tăng dần từ bắc xuống phớa nam.
Nhiệt độ nước biển trung bỡnh tầng mặt vịnh Bắc bộ ngày 15-5-2008 ( hỡnh 3.16) cao nhất vào khoảng 280C. Nhiệt độ nước biển cú sự chờnh lệch khụng lớn vào khoảng 10C theo khụng gian. Nhiệt độ nước biển tăng dần từ 26,50C đến 27,750C từ phớa bắc xuống phớa nam
62 Hỡnh 3.15 Bản đồ nhiệt độ trung bỡnh nước biển tầng mặtvịnh Bắc Bộ mựa đụng
63 Hỡnh 3.16 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ ngày 15- 5 -2008
64 Hỡnh 3.17 Bản đồ nhiệt độ nước biển tầng mặt vịnh Bắc Bộ tớnh từ ảnh Modis ngày
65 Nhiệt độ bề mặt biển tớnh từ ảnh MODIS ngày 15-5-2008 được xõy dựng bằng ngụn ngữ IDL tớch hợp trong chương trỡnh ENVI cho thấy nhiệt độ bề mặt nước biển phõn bố trong khoảng 260
C- 27,750C. Nhiệt độ nước biển tăng dần từ Bắc xuống Nam. Vựng 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 tớnh toỏn SST từ ảnh MODIS
Kinh độ Vĩ độ
SST (0C)
Tớnh toỏn 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 sỏnh giữa giỏ trị thực đo và kết quả tớnh toỏn SST từ ảnh MODIS. Từ bảng này cú thể nhận thấy kết quả tớnh toỏn SST từ ảnh MODIS cho kết quả sai số (= 0,540C) nhỏ hơn 10C. Nhược điểm lớn nhất của phương phỏp tớnh trường nhiệt độ mặt nước biển từ ảnh MODIS là cho kết quả khụng chớnh xỏc khi cú sự cú mặt của mõy trong pixel tớnh toỏn. Vỡ vậy, để tớnh toỏn và đỏnh giỏ sự phõn bố của nhiệt độ mặt nước biển đạt độ chớnh xỏc cao cần tớch hợp kết quả tớnh toỏn SST với cỏc số liệu quan trắc bề mặt.
66 Hỡnh 3.18 Bản đồ độ muối trung bỡnh mựa đụng tầng mặt vịnh Bắc Bộ
67 Bản đồ độ muối trung bỡnh mựa đụng tầng mặt vịnh Bắc Bộ (hỡnh 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 bỡnh mựa đụng vựng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phõn bố theo khụng gian độ muối nước biển tầng mặt của khu vực nghiờn cứu bằng thang màu. Sắc màu (độ đậm nhạt của màu) trờn bản đồ thể hiện sự biến đổi theo khụng gian của độ muối nước biển bề mặt ( sắc càng đậm thỡ độ muối càng cao). Kết quả tớnh đưa ra bản đồ độ muối thu được đó phản ỏnh đỳng chế độ muối vịnh Bắc Bộ với nồng độ khoảng 31 - 330/00 tương đối thấp so với biển Đụng, tại cửa vịnh độ muối đạt giỏ trị lớn nhất, ở phớa tõy độ muối nhỏ nhất do ảnh hưởng của sụng đổ ra.
Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ thỏng 6 ( hỡnh 3.19) thể hiện giỏ trị độ muối khoảng 330/00. Phõn bố độ muối trong mựa hố đó thấy rừ ảnh hưởng mạnh mẽ của mựa mưa và nước lục địa tới sự biến đổi độ mặn nước biển tại cỏc khu vực ven bờ vịnh Bắc Bộ.
68 Hỡnh 3.19 Bản đồ độ muối tầng mặt vịnh Bắc Bộ thỏng 6
69
Hỡnh 3.20 NDSI xõy dựng trờn ảnh Landsat 2000
70 Chỉ số NDSI ( chỉ số mặn húa) đó được rất nhiều người sử dụng để nghiờn cứu xõm nhập mặn ở một số nơi trờn thế giới. Đặc biệt trong nghiờn cứu của mỡnh tại bang Faisalabad, Pakistan. Nasir M.Khan và Yohei Sato đó dựa trờn việc phõn tớch chỉ số NDSI từ ảnh LISS-II với dữ liệu đa thời gian vào cỏc thỏng trong năm 1993 kết hợp với điều tra đo đạc kiểm chứng ngoài thực địa chỉ bằng phần mềm xử lý ảnh và phõn tớch khụng gian khụng mạnh lắm là IDRISI cỏc ụng đó thành lập được bản đồ xõm nhập mặn cho cỏc mựa trong năm tại khu vực nghiờn cứu.
Bờn cạnh chỉ số NDSI thỡ cỏc ụng cũn tiến hành tạo chỉ số WATER = COMP124 / B4_STR bằng phương phỏp phõn tớch thành phần chớnh (PCA). Kết quả của cỏc ụng mới chỉ dừng lại ở việc thành lập ra bản đồ xõm nhập mặn mà chưa chỳ ý đi phõn tớch cỏc nguyờn nhõn 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 nghiờn cứu trong luận văn được thực hiện bằng cụng cụ Bandmath thuộc phần mềm ENVI 4.7.
Bản đồ ảnh xõm nhập mặn được xõy dựng từ ảnh Landsat thỏng 3 năm 2000 cho thấy giỏ trị độ muối khu vực vịnh Bắc Bộ vào khoảng 310
/00, khu vực ven biển cú độ muối cao hơn ngoài khơi. Độ muối cú giỏ trị giảm dần đến cửa vịnh. Độ chớnh xỏc của chỉ số NDSI được tớnh từ ảnh vệ tinh chịu ảnh hưởng của điều kiện thời tiết. Cỏc khu vực thụng tin bị nhiễu do mõy phủ sẽ cho kết quả khụng chớnh xỏc.
71 Hỡnh 3.21 Bản đồ súng cực đại trung bỡnh thỏng 7 vịnh Bắc Bộ
Bản đồ súng cực đại trung bỡnh thỏng 7 vịnh Bắc Bộ (hỡnh 3.21) được thành lập với tỉ lệ 1: 3,000,000 và sử dụng hệ quy chiếu Mercator, elipsoid WGS- 84.
72 Bản đồ súng cực đại trung bỡnh thỏng 7 vựng vịnh Bắc Bộ thể hiện sự phõn bố theo khụng gian độ cao súng cực đại của khu vực nghiờn cứu bằng cỏc đường cong. Hướng súng được thể hiện bằng cỏc mũi tờn cú hướng. Chế độ súng phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ giú, do vậy, trong thỏng 7, hướng súng thịnh hành chủ yếu là Nam và Tõy Nam. Độ cao súng cực đại nằm trong khoảng 4-8,5m. Tại cỏc trạm xa bờ (Bạch Long Vĩ, Cồn Cỏ) độ cao súng cực đại thường cao hơn cỏc trạm gần bờ từ 3 -4m. Điều này cú thể lý giải là do tỏc động của giú mựa và do súng ngoài biển Đụng 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 (hỡnh 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 giỏ trị mực nước biển trung bỡnh cao nhất và thấp nhất tại cỏc điểm đo từ cỏc trạm quan trắc và số liệu khảo sỏt. Mực nước biển quan trắc thực tế hàng ngày tại cỏc trạm khớ tượng hải văn là mực nước tổng cộng, gồm cỏc dao động tuần hoàn và khụng tuần hoàn. Mực nước biển biến động mạnh do tỏc động của cỏc điều kiện khớ tượng thủy văn, đặc biệt là giú mựa và bóo.
73 Hỡnh 3.23 Đồ thị đặc trưng mực nước biển nhiều năm khu vực Bạch Long Vĩ (a),
Hũn Dấu (b) và Sầm Sơn (c)
Mực nước biển cú giỏ 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 cũn ở Hũn Dấu là 399cm, ở Sầm Sơn là 402cm. Ở vựng phớa Bắc vịnh mực nước biển cú xu hướng tăng dần theo thời gian. Tại đảo Bạch Long Vĩ mực nước tăng từ 325cm (năm 2000) đến 359cm ( năm 2007), tại Hũn Dấu mực nước tăng từ 379cm (năm 2000) đến 399cm (năm 2007). Đõy là một trong những hậu quả của khớ hậu toàn cầu đang núng lờn.
74 Hỡnh 3.22 Bản đồ đặc trưng mực nước biển nhiều năm vịnh Bắc Bộ
75
KẾT LUẬN
Hệ thụng tin địa lý với những tớnh năng đa dạng đang ngày càng phỏt huy vai trũ của mỡnh trong cỏc hoạt động đời sống xó hội. Cụng nghệ GIS cung cấp giải phỏp cho lưu trữ, tra cứu, cập nhật, phõn tớch, xử lý và phõn phối tớch hợp cỏc dạng dữ liệu địa lý với cỏc dạng dữ liệu thuộc tớnh. Hệ thụng tin địa lý cú khả năng chuẩn húa ngõn hàng dữ liệu để cú thể đưa vào cỏc hệ thống xử lý khỏc nhau nờn khả năng khai thỏc dữ liệu là rất lớn.
Việc ứng dụng GIS trong nghiờn cứu và quản lý cỏc dữ liệu hải văn là một đề tài cú tớnh ứng dụng cao trong thực tế. Tuy nhiờn đõy cũng là một đề tại rất rộng và khỏ phức tạp do khối lượng dữ liệu lớn, được thu thập qua nhiều năm nhưng thiếu tớnh liờn tục và đa ngành. Cỏc nghiờn cứu tổng hợp và đỏnh giỏ sự biến động tài nguyờn mụi trường của biển Vịnh Bắc Bộ chưa được tiến hành một cỏch đồng bộ. Chớnh vỡ vậy để xõy dựng được một CSDL GIS hoàn chỉnh cho nghiờn cứu và quản lý dữ liệu hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ là một cụng việc đũi hỏi nhiều thời gian và kinh nghiệm.
Kết quả chớnh là luận văn đó đạt được:
- Đề tài đó nghiờn cứu một cỏch tương đối toàn diện những vấn đề cơ bản về xõy dựng cơ sở dữ liệu địa lý như: GIS, cơ sở dữ liệu nền, cơ sở dữ liệu lớp chuyờn đề nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, súng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm.
- Đề tài đó bước đầu xõy dựng được mụ hỡnh cấu trỳc dữ liệu đặc điểm hải văn khu vực Vịnh Bắc Bộ theo đỳng “ Quyết định số 06/2007QĐ-BTNMT ngày 27 thỏng 02 năm 2007“ của Bộ Tài nguyờn và Mụi trường.
- Thành lập bản đồ số về nhiệt độ nước biển, độ mặn nước biển, súng biển và mực nước biển khu vực thử nghiệm.
76
Kiến nghị
Cần mở rộng thu thập và xử lý cỏc số liệu điều tra khảo sỏt qua cỏc năm kết hợp với cỏc dữ liệu thu thập từ ảnh vệ tinh, mở rộng nghiờn cứu cụng nghệ xõy dựng cơ sở dữ liệu đặc điểm hải văn để nõng cao độ chớnh xỏc.
CSDL cần được thiết kế theo hướng mở, cú khả năng chia sẻ và cập nhật dữ liệu, đặc biệt là dữ liệu trực tuyến.
77
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Bộ Tài nguyên và Môi tr-ờng (2005), Dự án chuẩn hoá hệ thống thông tin địa lý cơ sở quốc gia, Kèm theo quyết 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. Nguyễn Ngọc Thạch (2003), Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý, Tr-ờng ĐH Khoa học tự nhiên Hà Nội.
4. Nguyễn Ngọc Thạch, Báo váo xây dựng CSDL GIS phục vụ quản lý thuỷ sản, Dự án SUMMA, Bộ NN&PTNT
5. Nguyễn Thế Tưởng và nnk (2006), Bỏo cỏo tổng kết đề tài,” Điều tra tổng hợp điều kiện tự nhiờn, tài nguyờn và mụi trường biển Vịnh Bắc Bộ, mó số KC.09 – 17”. 6. Trung tõm hải văn (2012), Bỏo cỏo,” Điều tra cơ bản về tài nguyờn – mụi trường biển – hiện trạng mạng lưới quan trắc và một số giải phỏp 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. Các trang Web:
- http://icdc.zmaw.de/