Thu nhận dữ liệu môi trường từ xa thông qua ảnh vệ tinh
Hàm lượng Chlorophyll-a (Chl-a) - thông số liên quan đến mức độ phú dưỡng và sự phát triển của thực vật phù du, là một trong những chỉ số quan trọng phản ánh tình trạng ô nhiễm của nước. Việc theo dõi chỉ số này có ý nghĩa lớn trong đánh giá chất lượng nước, xác định các vùng có nguy cơ ô nhiễm, hỗ trợ quản lý và bảo vệ môi trường biển.
Theo dõi chất lượng nước bằng các phương pháp quan trắc truyền thống thường tốn nhiều thời gian, kinh phí cao và khó triển khai trên quy mô rộng. Công nghệ viễn thám nổi là một giải pháp hiện đại hiệu quả, cho phép thu nhận dữ liệu môi trường từ xa thông qua vệ tinh với khả năng theo dõi liên tục, bao phủ diện rộng. Ảnh viễn thám màu đại dương hiện đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới để nghiên cứu các thông số như vật chất lơ lửng (SPM), Chl-a hay chất hữu cơ hòa tan màu (CDOM).
Nắm bắt xu hướng này, nhiệm vụ hợp tác quốc tế: “Nghiên cứu, phát triển thuật toán Chlorophyll-a cho ảnh VNREDSat-1 và tương đương đã được triển khai. Chủ nhiệm phía Việt Nam là ThS Chu Xuân Huy - Viện Công nghệ vũ trụ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (nay thuộc Trung tâm Vũ trụ Việt Nam), phối hợp với Viện Hóa sinh Hữu cơ Thái Bình Dương (PIBOC), Phân viện Viễn Đông - Viện Hàn lâm Khoa học Nga (FEB RAS). Nghiên cứu sử dụng ảnh từ vệ tinh VNREDSat-1, (vệ tinh viễn thám đầu tiên của Việt Nam) và ảnh Sentinel-2 do Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) cung cấp. Hai nguồn dữ liệu này có nhiều điểm tương đồng về dải phổ, độ phân giải và đặc biệt là khả năng truy cập mở, phù hợp cho việc xây dựng, hiệu chỉnh và ứng dụng thuật toán theo dõi Chl-a phục vụ công tác quản lý môi trường biển tại Việt Nam.
Trong khuôn khổ nhiệm vụ, nhóm nghiên cứu đã tổ chức nhiều đợt khảo sát thực địa tại khu vực đầm phá ven biển TP. Huế, một trong những hệ đầm phá lớn và điển hình của miền Trung. Ngoài ra, chuyến khảo sát chuyên sâu bằng tàu nghiên cứu Viện sĩ Oparin (Nga) cũng được thực hiện nhằm thu thập dữ liệu từ khu vực biển xa bờ. Tổng cộng, nhóm nghiên cứu đã tiến hành đo đạc và lấy mẫu tại 74 điểm, trong đó 52 điểm được sử dụng để xây dựng mô hình và 22 điểm dùng để kiểm tra độ chính xác.
Chuẩn bị bảo quản và lấy mẫu nước tại thực địa.
Mở ra hướng tiếp cận mới, khả thi và hiệu quả trong giám sát chất lượng nước ven biển
Kết quả cho thấy, thuật toán OC3 áp dụng trên cả 2 loại ảnh vệ tinh đều đạt hệ số xác định (R²) cao, trên 0,7 với VNREDSat-1 và trên 0,8 với Sentinel-2. Các nhà khoa học đã xác định và chứng minh tính phù hợp của thuật toán OC3 để ước tính hàm lượng Chl-a từ ảnh viễn thám VNREDSat-1 và Sentinel-2. Trên cơ sở kết hợp dữ liệu ảnh vệ tinh và khảo sát thực địa, nhóm đã phát triển bộ thuật toán cùng hệ số hiệu chỉnh thực nghiệm phù hợp với điều kiện vùng ven biển Việt Nam. Kết quả tính toán thể hiện sự phù hợp rõ rệt giữa phân bố Chl-a từ ảnh và dữ liệu đo đạc tại TP. Huế. Nồng độ Chl-a thấp tại các vùng nước sát bờ, cao hơn ở vùng cửa sông, đầm phá, đặc biệt tại các khu vực nuôi trồng thủy sản, phản ánh đặc trưng sinh thái của khu vực và được xác thực qua các nghiên cứu trước đây.
Ngoài ra, bộ dữ liệu khảo sát thực địa tại TP. Huế là nguồn tư liệu quý cho các nghiên cứu biển trong tương lai. Phần mềm công cụ tính toán Chl-a do nhóm phát triển trên nền tảng mã nguồn mở giúp tự động hóa các bước tiền xử lý ảnh vệ tinh, tăng tốc quá trình tính toán và có thể mở rộng áp dụng cho các vùng ven biển khác có điều kiện tương tự. Hệ thống bản đồ chuyên đề về phân bố Chl-a cũng là tài liệu quan trọng phục vụ quy hoạch, quản lý lãnh thổ và giám sát chất lượng nước địa phương.
Nghiên cứu mở ra hướng tiếp cận mới, khả thi và hiệu quả trong việc giám sát chất lượng nước ven biển bằng công nghệ viễn thám, đặc biệt là tận dụng nguồn ảnh vệ tinh trong nước. Với độ chính xác cao, tính tự động hóa và tiềm năng ứng dụng thực tiễn rộng rãi, kết quả của nhiệm vụ không chỉ nâng cao năng lực nghiên cứu trong nước mà còn tạo nền tảng cho việc tích hợp các công nghệ số vào công tác quản lý tài nguyên biển.
L.H