6. Bố cục của đề tài
1.2.3 Chlorophyll-a từ dữ liệu vệ tinh MODIS
1.2.3.1 Thuật toán tính toán Chlorophyll-a từ dữ liệu vệ tinh MODIS
Các thuật toán được sử dụng để tính toán dữ liệu Chlorophyll-a là các hàm số đa thức, dựa trên tỷ số của các kênh phổ của ảnh viễn thám trong dải phổ blue và
26
dải phổ green. Trong môi trường nước, khi chlorophyll tập trung cao thì lượng hấp thụ ánh sáng blue cao hơn rất nhiều so với lượng hấp thụ ánh sáng green, vì vậy tỷ số giữa kênh blue/green thu được giảm. Có rất nhiều phương trình toán học được sử dụng để mô tả mối quan hệ này. Công thức và các hệ số của phương trình được xác định bằng cách xây dựng mô hình hóa quang-sinh (bio-optical) và kinh nghiệm thực nghiệm nhằm tìm ra mô hình thích hợp giữa các giá trị trên các kênh ảnh thu được và giá trị đo đạc quan trắc thực địa. Các thuật toán có tính áp dụng cho toàn cầu được mô hình hóa phù hợp với các giá trị quan trắc đa dạng ở một số vùng biển khác nhau và được giả định áp dụng cho toàn bộ các khu vực biển trong tất cả thời gian trong năm.
Thuật toán OC3M
Thuật toán OC3M được sử dụng để tính toán giá trị chlorophyll-a từ ảnh MODIS (còn gọi là chl_Modis), thuật toán sử dụng 3 kênh phổ ở dải sóng 443, 488, 551 nm [8].
Trong đó: Ca: hàm lượng diệp lục trong nước biển (mg/l)
R443, R488, R551 là giá trị bức xạ của kênh phổ 443µm, 488µm, 551 µm (W/str/ µm/m2) [13].
Bảng 1.7. Các kênh phổ MODIS sử dựng tính toán hàm lượng diệp lục trong nước biển
551 488 443 10 log R R R R 10 0 a C = 0.283 - 2.753R + 1.457R2 + 0.659 R3 - 1.403 R4
27
1.2.3.2 Quy trình xử lý Chl-a từ ảnh MODIS (ví dụ sử dụng phần mềm SeaDAS) Hình 1.8 Quy trình xử lý Chl-a từ ảnh MODIS
Xuất tập tin .HDF)
Nhập vào phần mềm ENVI
Hiệu chỉnh và xuất dữ liệu trên phần mềm ENVI
Xử lý mức 1A (modis_l1agen) Trích cảnh 1A (extraction) Định vị hình học (geolocate) Dữ liệu dự báo trạng thái và thiên văn của vệ tinh
Dữ liệu chính xác trạng thái và thiên văn của vệ tinh
Xử lý mức 1B
(modis_l1bgen)
Level 1A Geo file
Xử lý mức 2 (msl12) Dữ liệu dự báo khí tượng và ozone (msl12) Dữ liệu chính xác khí tượng và ozone Các bước xử lý ảnh trên phần mềm SeaDAS Nắn chỉnh hình học (Georeference Modis)
Hiệu chỉnh theo dữ liệu
thực địa (lựa chọn) Quản lý dữ liệu trong GIS Trình bày bản đồ
Khôi phục các giá trị SST và Chl-a
28
Xử lý mức 1A
Chương trình MOD_PR01 xử lý dữ liệu MODIS từ mức 0 được xử lý về mức 1A do nhóm SDST phát triển (MODIS Science Data Support Team). Trong phần mềm SeaDAS, chương trình này được gọi là modis_l1agen. Để giảm bớt dung lượng của dữ liệu, sản phẩm sau khi được xử lý đã loại bỏ những kênh phổ không sử dụng trong nghiên cứu biển. Sản phẩm theo tiêu chuẩn MODIS ở mức 1A với đầy đủ các kênh ảnh là 575 MB (215 MB sau khi được nén).
Định vị hình học
Định vị hình học sử dụng các dữ liệu dự báo và dữ liệu chính xác trạng thái, thiên văn của vệ tinh. Kết quả của bước xử lý này là dữ liệu hình học kèm theo ảnh.
Xử lý mức 1B
Sau khi được định vị hình học, dữ liệu tiếp tục được xử lý về nức 1B nhờ chương trình xử lý l1b_gen. Chương trình do MCST (MODIS Calibration Support Team) phát triển.
LUT file là giá trị cải chính thiết bị, dữ liệu này được phân tích từ các đo đạc về khuếch tán tia mặt trời đối với đầu thu chụp, từ các quan sát mặt trăng và từ các đèn cảm nhận đặt trên vệ tinh. Chương trình tự động sử dụng LUT mặc định xây dựng cho từng vệ tinh.
Xử lý mức 2
Xử lý mức 2 bao gồm hiệu chỉnh các ảnh hưởng của khí quyển và tính toán giá trị quang sinh (chlorophyll-a, SST ...) bằng các thuật toán đã được NASA xây dựng
29
CHƢƠNG 2. KHU VỰC NGHIÊN CỨU CÀ MAU 2.1 Vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên khu vực Cà Mau
2.1.1 Vị trí địa lý và địa hình
Cà Mau là tỉnh cực Nam của Việt Nam, nằm cách thành phố Hồ Chí Minh 350 km, cách Cần Thơ 180 km về phía Nam. Phía Bắc giáp tỉnh Bạc Liêu & Kiên Giang, ba hướng còn lại đều tiếp giáp với biển. Vùng biển chủ quyền của Việt Nam thuộc tỉnh Cà Mau có diện tích khoảng 100.000 km2, trong đó có nhiều đảo như Hòn đá Bạc (Trần Văn Thời), Hòn Chuối, Hòn Buông (Cái Nước) thuộc Biển Tây; Hòn Khoai (Ngọc Hiển) thuộc Biển Đông. Hòn Khoai là một cụm đảo gồm 4 đảo là đảo Đồi Mồi, Hòn Sao, Hòn Gò và lớn nhất là Hòn Khoai. Cà Mau nối với các tỉnh khu vực đồng bằng Sông Cửu Long và TP Hồ Chí Minh bằng cả ba hệ thống giao thông: Đường bộ, đường sông, đường hàng không nên rất thuận lợi về mặt giao thương.
30
Tỉnh Cà Mau có 9 đơn vị hành chính cấp huyện, gồm 1 thành phố (TP. Cà Mau) và 8 huyện (Đầm Dơi, Ngọc Hiển, Cái Nước, Trần Văn Thời, U Minh, Thới Bình, Năm Căn và Phú Tân). Với tổng diện tích 5.211 km², Cà Mau có khoảng 100.600 ha rừng, 130.513 ha ruộng lúa, 33.591 ha cây công nghiệp, 8.334 ha vườn, 204.381 ha nuôi thủy sản. Bờ biển phía tây của tỉnh giáp vịnh Thái Lan dài 145 km; bờ phía đông giáp biển Đông dài 104 km. [3,4]
Nằm xa đới bồi tụ trực tiếp và thường xuyên của sông Cửu Long nên Cà Mau có địa hình thấp. Phần lớn lãnh thổ Cà Mau thuộc đồng bằng thấp, khá bằng phẳng, có độ cao từ 0,5 m – 1,5 m. Hướng địa hình nghiêng dần từ Bắc xuống Nam, từ Đông Bắc xuống Tây Nam. Những vùng trũng cục bộ Thới Bình, Cà Mau nối liền với Hồng Dân, Giá Rai (thuộc tỉnh Bạc Liêu) thuộc vùng trũng trung tâm bán đảo Cà Mau, quan hệ với địa hình lòng sông cổ. Những ô trũng U Minh, Trần Văn Thời là những vùng trũng treo nội địa được giới hạn bởi đê tự nhiên của các dòng sông Ông Đốc, sông Cái Tàu, sông Trẹm và gờ đất cao ven Biển Tây. Con người thông qua hoạt động sản xuất cũng tác động rất lớn tới địa hình tự nhiên của tỉnh. Hàng trăm km kênh mương, đường xá với hàng triệu mét khối đất được đào trong nhiều thế hệ đã làm thay đổi đáng kể hình dạng bề mặt đồng bằng.
2.1.2 Chế độ khí hậu
Khí hậu Cà Mau có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11, mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau.
Thời gian nắng trung bình là 2.200 giờ/năm, bằng 52% giờ chiếu sáng thiên văn. Từ tháng 12 đến tháng 4, số giờ nắng trung bình 7,6 giờ/ ngày; từ tháng 5 đến tháng 11, trung bình 5,1 giờ/ ngày. Lượng bức xạ trực tiếp cao, với tổng nhiệt khoảng 9.500 đến 10.0000
C.
Chế độ gió thịnh hành theo mùa. Mùa khô hướng gió thịnh hành theo hướng đông bắc và đông, với vận tốc gió trung bình khoảng 1,6 - 2,8m/s. Mùa mưa gió thịnh hành theo hướng tây nam hoặc tây, với tốc độ gió trung bình 1,8 - 4,5m/s. Vào mùa mưa, thỉnh thoảng có giông hay lốc xoáy lên đến cấp 7 - cấp 8. Cà Mau ít bị
31
ảnh hưởng của bão, cơn bão số 5 đổ bộ vào Cà Mau cuối năm 1997 là một hiện tượng đặc biệt sau gần 100 năm qua ở đồng bằng sông Cửu Long.
2.1.2.1. Nhiệt độ không khí
Khí hậu tỉnh Cà Mau mang đặc trưng của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo. Nhiệt độ trung bình năm vào khoảng 26,50C, nhiệt độ trung bình cao nhất trong năm vào tháng 4 khoảng 27,60C, nhiệt độ trung bình thấp nhất vào tháng 1 khoảng 250C, biên độ nhiệt độ trung bình trong 1 năm là 2,70
C.
Nhiệt độ của các mùa không khác nhau nhiều. Bảng 2.1 trình bày nhiệt độ trung bình tháng tại hai trạm Rạch Giá và Phú Quốc. Có thể thấy nhiệt độ trung bình vào tháng I (mùa đông) chỉ thấp hơn nhiệt độ tháng VII (mùa hè) là 1,4 độ.
Bảng 2.1. Nhiệt độ trung bình tại một số trạm trong khu vực
Trạm Trung bình Cao nhất Thấp nhất Tháng I Tháng IV Tháng VII Tháng X Năm
Rạch Giá 27,5 28,9 28,0 27,5 27,4 37,9 (IV) 24,9 (I) Phú Quốc 25,6 28,6 27,4 26,8 27,2 38,1(VII) 16,0 (I)
2.1.2.2 Lượng mưa
Khu vực Cà Mau có khoảng 165 ngày mưa/năm với lượng mưa trung bình năm là 2.360 mm. Mưa tập trung chủ yếu vào mùa mưa, chiếm trên 90% tổng lượng mưa năm, 10% lượng mưa trong năm là vào mùa khô. Các tháng có lượng mưa lớn nhất là từ tháng 8 đến tháng 10.
2.1.2.3 Gió
Cấp gió quanh năm chủ yếu là vừa và nhỏ, tốc độ gió trung bình khoảng 3 m/s. Tốc độ gió trung bình tháng thấp nhất vào tháng giêng (khoảng 2 m/s) và lớn nhất là mùa hè (khoảng 4,2 m/s).
Về mùa đông hướng gió thịnh hành đông và đông bắc, tổng tần suất hai hướng gió này chiếm khoảng 70%. Gió mạnh nhất vào mùa đông là gió đông bắc từ 6-10m/s, tần suất xuất hiện là 8-10% và thời gian lặng gió khoảng 10-11%. Các
32
hướng gió khác trong đó có cả hướng tây, tây nam có tần suất thường là nhỏ, trung bình chỉ khoảng 5-6%.
Hình 2.2. Hướng gió thịnh hành mùa đông khu vực biển Cà Mau
Về mùa hè hướng gió thịnh hành là tây và tây nam trong đó hướng tây có tần suất lớn hơn rõ rệt, xấp xỉ khoảng 50% và 30% tương ứng. Ngoài ra gió hướng tây bắc chiếm khoảng 7-8%. Các hướng khác có tần suất nhỏ không đáng kể. Thời gian lặng gió ở vùng này có tần suất nhỏ hơn 3%. Gió mạnh phổ biến mùa hè 6-10m/s có tần suất khoảng 3%.
33
Trong mùa chuyển tiếp từ đông sang hè gió có nhiều hướng, trong đó gió hướng đông và tây nam có tần suất trội hơn so với các hướng khác, gió thường nhỏ hơn 5m/s đối với hầu hết các hướng khác. Riêng hướng tây khoảng 6-10m/s chiếm tần suất khoảng 2-3%. Thời gian lặng gió khoảng 11%.
Vào mùa chuyển tiếp từ hè sang đông, chế độ gió cũng thể hiện sự phân tán về hướng, tuy nhiên gió có hướng tây và hướng đông có tần suất trội hơn hẳn với tần suất khoảng 20-22%. Các hướng còn lại có tần suất nhỏ. Thời gian lặng gió chiếm 20%. Bảng 2.2 trình bày tốc độ gió trung bình của hai trạm Rạch Giá và Phú Quốc tại các tháng điển hình trong năm.
Bảng 2.2. Tốc độ gió trung bình tại một số trạm trong khu vực
Trạm Trung bình Mạnh nhất
Tháng I Tháng IV Tháng VII Tháng X Năm
Rạch Giá 1,6 2,6 4,0 1,7 2,6 20 (VI)
Phú Quốc 1,8 2,2 4,2 2,2 2,9 40 (X)
2.1.3. Chế độ thủy hải văn
2.1.3.1 Hệ thống sông ngòi
Các sông chính ở Cà Mau là:
- Sông Bảy Háp đổ ra biển Tây dài hơn 50 km. - Sông Cửa Lớn dài 58 km.
- Sông Ông Đốc dài hơn 60 km. - Sông Cái Tàu dài 43 km.
- Sông Trẹm từ Cái Tàu đổ về Kiên Giang dài 36 km. - Sông Đầm Cùng dài khoảng 36 km.
- Sông Bạch Ngưu chảy qua địa phận Cà Mau 30 km
- Sông Gành Hào dài 45 km từ thành phố Cà Mau đổ ra biển Đông. - Sông Năm Căn đổ ra biển Đông
34
Các sông hầu hết đều là sông ngắn. Tuy nhiên, hệ thống sông ngòi, kênh rạch nối liền nhau đã tạo nên những dòng chảy đan xen trong nội địa, hình thành nên những vùng đất ngập nước và môi sinh rất đặc trưng, phù hợp cho phát triển nuôi trồng thuỷ sản.
35
2.1.3.2 Thủy triều và mực nước
Chế độ thủy triều ở khu vực Cà Mau chịu tác động trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều của biển Đông và chế độ nhật triều không đều của biển Tây. Biên độ triều biển Đông tương đối lớn, khoảng 3,0 - 3,5 m vào các ngày triều cường và từ 1,8 - 2,0 m vào các ngày triều kém, tại cửa sông Gành Hào biên độ từ 1,8 - 2,0 m.. Tại cửa sông Ông Đốc, mực nước cao nhất +0,85 m đến +0,95 m, xuất hiện vào tháng 10, tháng 11; mực nước thấp nhất -0,4 đến 0,5 m, triều biển Tây yếu hơn, biên độ triều lớn nhất 1,0 m xuất hiện vào tháng 4 và tháng 5.
2.1.3.3 Sóng
Có sự khác biệt rõ rệt về chế độ sóng dọc theo dải ven bờ tỉnh Cà Mau.
a) Khu vực bờ phía Đông
Có sự khác nhau của chế độ sóng của vùng ven bờ và vùng biển thoáng. Ở vùng ven bờ, độ cao sóng trung bình năm khoảng 1,0m (ở trạm Vũng Tàu). Độ cao này cũng thể hiện đặc trưng cho toàn mùa. Riêng mùa đông, độ cao sóng trung bình lớn nhất và độ cao sóng trung bình mùa thu là nhỏ nhất. Độ cao sóng lớn nhất quan sát thấy ở khu vực Vũng Tàu là 3,0m vào tháng 6.
Ở vùng biển thoáng, do ảnh hưởng của chế độ gió sóng phân bố theo mùa rõ rệt. Điển hình cho vùng biển thoáng này là khu vực Dàn khoan Bạch Hổ, độ cao sóng trung bình khoảng 1,7m. Mùa đông độ cao sóng trung bình nhỏ hơn, mùa thu độ cao sóng trung bình lớn nhất, khoảng 2,1m. Độ cao sóng trung bình vào mùa xuân và mùa hạ khoảng 1,3m. Độ cao sóng lớn nhất ghi được ở trạm Dàn khoan Bạch Hổ là 10,5m vào tháng 12.
Về mùa đông, ở vùng ven bờ sóng có hướng bắc chiếm ưu thế với tần suất khoảng 56%, độ cao sóng lớn nhất là 1,5m. Các hướng khác có tần suất nhỏ, thời gian lặng sóng chiếm khoảng 20%. Ở vùng biển thoáng, sóng thịnh hành là sóng hướng đông bắc với tần suất 92%. Sóng lớn nhất hướng đông bắc có độ cao 6,2m. Thời gian lặng sóng ở vùng biển thoáng không đáng kể (1,1%).
Về mùa hè, ở vùng ven bờ sóng có hướng tây nam và tây với tần suất lớn đáng kể, tương ứng khoảng 61,7 và 17,8%. Các hướng khác có tần suất nhỏ. Thời
36
kỳ lặng sóng trong mùa hè có tần suất nhỏ hơn trong mùa đông, chỉ chiếm 7,5%. Ở vùng biển thoáng (Dàn khoan Bạch Hổ), sóng có hướng tây nam và hướng tây chiếm ưu thế hơn cả. Tần suất các hướng đó tương ứng là 33% đến 40%. Thời gian lặng sóng có tần suất nhỏ, khoảng 3%.
Trong mùa chuyển tiếp từ đông sang hè, ở vùng ven bờ hướng sóng phân tán mạnh. Các sóng có hướng đông bắc, đông và đông nam, nam và tây nam luôn phiên hoạt động với tần số tương ứng là 18-20%. Ở vùng biển thoáng sóng có hướng đông bắc và tây nam chiếm ưu thế với tần suất tương ứng là 31,3% và 32,4%. Thời gian lặng sóng chiếm khoảng 10,7%.
Trong mùa chuyển tiếp từ hè sang đông, ở vùng ven bờ quan sát thấy sóng có hướng đông bắc, tây nam và tây. Thời gian lặng sóng chiếm 33,3%. Ở vùng biển thoáng, sóng có hướng đông bắc với tần suất trội hơn hẳn lên 74,5%. Ngoài ra còn quan sát thấy sóng hướng đông và đông nam tần suất nhỏ, khoảng 10%. Thời gian lặng sóng khoảng 1,3%.
b) Khu vực bờ phía Tây
Chế độ sóng của khu vực này khá ổn định trong năm. Độ cao sóng trung bình khoảng 0,6m. Tháng I và tháng IV có độ cao sóng thấp nhất khoảng 0,5m, các tháng khác có độ cao sóng cao hơn khoảng 0,7-0,8m. Sự chênh lệch về độ cao sóng là không đáng kể.
Về mùa đông sóng có hướng thịnh hành là đông bắc, với tần chỉ chiếm khoảng 20%. Hướng tây nam có tần suất khoảng 10%. Thời gian lặng sóng chiếm khoảng 63%. Sóng có độ cao khoảng 1,25 - 2,0 m, với tần suất là 0,4%. Để đặc trưng cho vùng này có thể chọn trạm Phú Quốc làm đại diện. Bảng 2.3 trình bày độ cao sóng trung bình tại trạm Phú Quốc vào các tháng điển hình trong năm.
Bảng 2.3. Độ cao sóng trung bình
Trạm Trung bình Cao nhất
Tháng I Tháng IV Tháng VII Tháng X Năm
37