Luận văn thạc sĩ về giám sát hàm lượng chlorophyll do ô nhiễm môi trường biển tại Cà Mau

Giám sát hàm lượng chlorophyll giúp đánh giá mức độ ô nhiễm biển Cà Mau, hỗ trợ bảo vệ môi trường và phát triển bền vững vùng ven biển.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Doãn Hà Phong
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Viễn Thám Giám Sát Sự Suy Giảm Hàm Lượng Chlorophyll Do Ô Nhiễm Môi Trường Biển Tỉnh Cà Mau
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG BIỂN
• 1.1. Sử dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển
• 1.1.1. Tổng quan sử dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu vùng biển ở trong nước và nước ngoài
• 1.1.2. Các loại ảnh viễn thám ứng dụng nghiên cứu biển và đại dương
• 1.1.2.1. Ảnh MODIS và các thông số kỹ thuật của ảnh MODIS
• 1.1.3. Khái niệm Chlorophyll-a
• 1.1.4. Chlorophyll-a trong nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển
• 1.1.5. Chlorophyll-a từ dữ liệu vệ tinh MODIS
• 2. CHƯƠNG 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
• 2.1.2. Chế độ khí hậu
• 2.1.3. Chế độ thủy hải văn
• 2.2. Điều kiện kinh tế - xã hội, môi trường
• 2.2.1. Điều kiện kinh tế- xã hội
• 2.2.2. Thực trạng môi trường
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ SỰ SUY GIẢM HÀM LƯỢNG CHLOROPHYLL-A DO Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG
• 3.1. Thành lập bản đồ Chlorophyll-a năm 2006-2007-2008 khu vực biển Cà Mau từ ảnh vệ tinh MODIS
• 3.1.1. Quy trình thành lập bản đồ hàm lượng Chlorophyll-a
• 3.1.2. Thành lập bản đồ hàm lượng Chlorophyll-a trung bình các năm 2006-2008
• 3.2. Phân tích, đánh giá các kết quả giá trị hàm lượng Chlorophyll-a
• 3.2.1. Nghiên cứu mặt cắt vùng biển ô nhiễm dựa trên sự suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a
• 3.2.2. Tính toán diện tích vùng suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a
• 3.2.3. Nguyên nhân giả thiết gây ra sự cố làm suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a khu vực Cà Mau năm 2007
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giám sát hàm lượng chlorophyll ô nhiễm biển Cà Mau

Ô nhiễm môi trường biển đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại tỉnh Cà Mau, nơi có hệ sinh thái phong phú và đa dạng. Việc giám sát hàm lượng chlorophyll là một trong những phương pháp hiệu quả để đánh giá tình trạng ô nhiễm. Chlorophyll là chỉ số quan trọng phản ánh sức khỏe của hệ sinh thái biển. Nghiên cứu này sẽ tập trung vào việc ứng dụng công nghệ viễn thám để theo dõi sự biến đổi hàm lượng chlorophyll trong khu vực biển Cà Mau.

1.1. Khái niệm về chlorophyll và vai trò trong môi trường biển

Chlorophyll là sắc tố xanh có trong thực vật và tảo, đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp. Hàm lượng chlorophyll trong nước biển có thể phản ánh mức độ ô nhiễm và sức khỏe của hệ sinh thái biển. Nghiên cứu cho thấy rằng sự suy giảm hàm lượng chlorophyll có thể dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái và ảnh hưởng đến các loài sinh vật biển.

1.2. Tình hình ô nhiễm biển tại Cà Mau

Cà Mau là tỉnh ven biển với nhiều hoạt động kinh tế như nuôi trồng thủy sản và khai thác hải sản. Tuy nhiên, ô nhiễm từ các nguồn thải công nghiệp và sinh hoạt đang gia tăng, ảnh hưởng đến chất lượng nước và hàm lượng chlorophyll. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng ô nhiễm dầu và chất thải từ các khu công nghiệp là nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm hàm lượng chlorophyll.

II. Vấn đề và thách thức trong giám sát ô nhiễm biển Cà Mau

Việc giám sát ô nhiễm biển Cà Mau gặp nhiều thách thức do điều kiện tự nhiên và sự phát triển kinh tế nhanh chóng. Các yếu tố như biến đổi khí hậu, sự gia tăng dân số và hoạt động công nghiệp đã làm gia tăng áp lực lên môi trường biển. Cần có các phương pháp hiệu quả để theo dõi và đánh giá tình trạng ô nhiễm.

2.1. Các yếu tố gây ô nhiễm môi trường biển

Các yếu tố chính gây ô nhiễm môi trường biển tại Cà Mau bao gồm chất thải từ các khu công nghiệp, ô nhiễm dầu từ tàu thuyền và hoạt động nuôi trồng thủy sản. Những yếu tố này không chỉ ảnh hưởng đến hàm lượng chlorophyll mà còn đến toàn bộ hệ sinh thái biển.

2.2. Khó khăn trong việc giám sát và đánh giá ô nhiễm

Việc giám sát ô nhiễm biển Cà Mau gặp khó khăn do thiếu hụt dữ liệu và công nghệ. Các trạm quan trắc hiện tại không đủ để theo dõi tình trạng ô nhiễm một cách liên tục. Hơn nữa, điều kiện thời tiết bất lợi cũng làm giảm khả năng thu thập dữ liệu chính xác.

III. Phương pháp giám sát hàm lượng chlorophyll ô nhiễm biển Cà Mau

Để giám sát hàm lượng chlorophyll, nghiên cứu này áp dụng công nghệ viễn thám, đặc biệt là dữ liệu từ vệ tinh MODIS. Phương pháp này cho phép thu thập dữ liệu trên diện rộng và liên tục, giúp theo dõi sự biến đổi hàm lượng chlorophyll theo thời gian.

3.1. Công nghệ viễn thám trong giám sát môi trường

Công nghệ viễn thám sử dụng các cảm biến trên vệ tinh để thu thập dữ liệu về bề mặt biển. Dữ liệu này được phân tích để xác định hàm lượng chlorophyll và các thông số môi trường khác. Việc sử dụng công nghệ này giúp giảm thiểu chi phí và thời gian so với các phương pháp truyền thống.

3.2. Quy trình xử lý dữ liệu từ vệ tinh MODIS

Quy trình xử lý dữ liệu từ vệ tinh MODIS bao gồm thu thập, xử lý và phân tích dữ liệu để xác định hàm lượng chlorophyll. Các bước này bao gồm việc sử dụng phần mềm GIS để tạo bản đồ phân bố hàm lượng chlorophyll trong khu vực nghiên cứu.

IV. Kết quả nghiên cứu về hàm lượng chlorophyll tại biển Cà Mau

Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng chlorophyll tại biển Cà Mau có sự biến động lớn theo thời gian. Các yếu tố như mùa vụ, điều kiện thời tiết và ô nhiễm môi trường đều ảnh hưởng đến hàm lượng chlorophyll. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng các khu vực bị ô nhiễm nặng thường có hàm lượng chlorophyll thấp hơn so với các khu vực khác.

4.1. Phân tích biến động hàm lượng chlorophyll

Phân tích dữ liệu cho thấy hàm lượng chlorophyll có xu hướng giảm trong các tháng mùa khô, khi mà ô nhiễm từ các hoạt động kinh tế gia tăng. Ngược lại, trong mùa mưa, hàm lượng chlorophyll có xu hướng tăng do sự pha loãng của các chất ô nhiễm.

4.2. Đánh giá tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái

Sự suy giảm hàm lượng chlorophyll không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động đến toàn bộ hệ sinh thái biển. Các loài sinh vật biển phụ thuộc vào chlorophyll để sinh trưởng và phát triển, do đó, sự suy giảm này có thể dẫn đến sự mất cân bằng sinh thái.

V. Kết luận và hướng phát triển tương lai trong giám sát ô nhiễm biển

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc giám sát hàm lượng chlorophyll là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường biển Cà Mau. Cần tiếp tục phát triển công nghệ viễn thám và tăng cường các trạm quan trắc để có thể theo dõi tình trạng ô nhiễm một cách hiệu quả hơn.

5.1. Đề xuất các biện pháp cải thiện giám sát

Cần đầu tư vào công nghệ viễn thám và mở rộng mạng lưới trạm quan trắc để thu thập dữ liệu chính xác hơn. Việc hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu và chính quyền địa phương cũng rất quan trọng trong việc quản lý ô nhiễm.

5.2. Tương lai của nghiên cứu ô nhiễm biển tại Cà Mau

Nghiên cứu ô nhiễm biển tại Cà Mau cần được tiếp tục để có thể đưa ra các giải pháp kịp thời và hiệu quả. Việc áp dụng công nghệ mới và các phương pháp nghiên cứu hiện đại sẽ giúp nâng cao chất lượng giám sát và bảo vệ môi trường biển.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong 6 tháng đầu năm 2007, hiện tượng dầu thô trôi dạt vào bờ biển tại 20 tỉnh, thành phố ven biển Việt Nam đã gây ra thiệt hại nghiêm trọng, với tổng lượng dầu thu gom lên tới 2.071,3 tấn. Tỉnh Cà Mau, với diện tích nuôi trồng thủy sản lớn và hệ sinh thái rừng ngập mặn đặc trưng, đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm môi trường biển ngày càng gia tăng do các hoạt động khai thác thủy sản, phát triển công nghiệp và đô thị hóa nhanh chóng. Sự suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a, một chỉ số sinh học quan trọng phản ánh sức khỏe của sinh vật phù du và chất lượng nước biển, được xem là dấu hiệu cảnh báo mức độ ô nhiễm môi trường biển.

Mục tiêu nghiên cứu là theo dõi và giám sát sự biến đổi hàm lượng Chlorophyll-a trung bình trong 6 tháng đầu các năm 2006, 2007 và 2008 tại vùng biển tỉnh Cà Mau thông qua dữ liệu ảnh vệ tinh MODIS. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng biển Cà Mau từ vĩ độ 8.8° Bắc và kinh độ 103°, trong khoảng thời gian nửa đầu các năm 2006-2008. Nghiên cứu nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho việc đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường biển, hỗ trợ công tác quản lý và bảo vệ tài nguyên biển, đồng thời góp phần phát triển bền vững kinh tế thủy sản và môi trường ven biển.

Việc ứng dụng công nghệ viễn thám với độ phân giải trung bình và tần suất thu nhận dữ liệu cao cho phép giám sát liên tục, đồng bộ trên diện rộng, giúp phát hiện kịp thời các biến động về hàm lượng Chlorophyll-a, từ đó cảnh báo sớm các sự cố ô nhiễm môi trường biển. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc áp dụng công nghệ hiện đại vào quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường biển tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết quang sinh học (bio-optical theory) và lý thuyết viễn thám môi trường biển. Lý thuyết quang sinh học giải thích mối quan hệ giữa các đặc tính quang học của nước biển và hàm lượng Chlorophyll-a, trong đó Chlorophyll-a hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng xanh lam và xanh lục khác nhau, tạo nên sự biến đổi màu sắc nước biển có thể đo đạc từ vệ tinh. Lý thuyết viễn thám môi trường biển tập trung vào việc sử dụng dữ liệu ảnh vệ tinh đa phổ để phân tích các chỉ số sinh học và vật lý của môi trường biển, đặc biệt là hàm lượng Chlorophyll-a.

Mô hình nghiên cứu sử dụng thuật toán OC3M, một hàm đa thức dựa trên tỷ số bức xạ tại các kênh phổ 443 nm, 488 nm và 551 nm của ảnh MODIS để tính toán hàm lượng Chlorophyll-a (mg/m³). Các khái niệm chính bao gồm:

• Chlorophyll-a: Chỉ số sinh học phản ánh mật độ sinh vật phù du, là tham số quan trọng đánh giá chất lượng nước biển và mức độ ô nhiễm.
• Ảnh viễn thám MODIS: Dữ liệu ảnh đa phổ thu nhận từ vệ tinh TERRA và AQUA, có độ phân giải không gian từ 250 m đến 1000 m, với 36 kênh phổ phục vụ nghiên cứu môi trường biển.
• Phân tích GIS: Công nghệ hệ thống thông tin địa lý được sử dụng để xây dựng bản đồ phân bố Chlorophyll-a và phân tích không gian.
• Ô nhiễm môi trường biển: Được định nghĩa theo Công ước Luật biển 1982, bao gồm việc đưa các chất hoặc năng lượng vào môi trường biển gây tác hại đến sức khỏe con người và các hoạt động biển.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là ảnh vệ tinh MODIS thu nhận trong 6 tháng đầu các năm 2006, 2007 và 2008, được xử lý tại trạm thu ảnh MODIS của Viện Vật Lý và Điện Tử. Cỡ mẫu dữ liệu bao phủ toàn bộ vùng biển tỉnh Cà Mau với độ phân giải 250 m đến 1000 m, đảm bảo tính đại diện và độ chính xác cao.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Xử lý ảnh viễn thám: Sử dụng phần mềm SeaDAS để thực hiện các bước xử lý dữ liệu từ mức thô (Level 0) đến mức 2 (Level 2), bao gồm hiệu chỉnh hình học, hiệu chỉnh bức xạ, loại bỏ ảnh hưởng khí quyển và tính toán hàm lượng Chlorophyll-a theo thuật toán OC3M.
• Phân tích GIS: Thành lập bản đồ phân bố Chlorophyll-a trung bình theo từng năm, phân tích biến động không gian và thời gian, xác định các vùng suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a.
• Phân tích thống kê: So sánh hàm lượng Chlorophyll-a giữa các năm, tính toán diện tích vùng suy giảm, đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường biển.
• Thời gian nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2012 đến 2013, tập trung phân tích dữ liệu ảnh vệ tinh và số liệu thực địa hỗ trợ.

Phương pháp chọn mẫu ảnh MODIS do tính khả dụng dữ liệu liên tục, độ phân giải phù hợp và khả năng thu nhận dữ liệu vào hai thời điểm trong ngày (vệ tinh TERRA và AQUA) giúp tăng độ tin cậy và chi tiết của kết quả nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Biến động hàm lượng Chlorophyll-a qua các năm: Hàm lượng Chlorophyll-a trung bình 6 tháng đầu năm 2006 tại vùng biển Cà Mau dao động từ khoảng 0,2 đến 2,5 mg/m³, trong khi năm 2007 ghi nhận sự suy giảm rõ rệt với giá trị trung bình giảm khoảng 30% so với năm trước, đặc biệt tại các khu vực ven bờ. Năm 2008, hàm lượng có xu hướng phục hồi nhẹ nhưng vẫn thấp hơn năm 2006 khoảng 15%.

2. Diện tích vùng suy giảm Chlorophyll-a: Diện tích vùng biển có hàm lượng Chlorophyll-a giảm mạnh năm 2007 chiếm khoảng 25% tổng diện tích vùng nghiên cứu, tăng gần gấp đôi so với năm 2006. Vùng suy giảm tập trung chủ yếu tại khu vực cửa sông Bảy Háp, Cửa Lớn và vùng bãi bồi phía tây huyện Ngọc Hiển.

3. Mối liên hệ với ô nhiễm môi trường: Sự suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a tương ứng với các sự cố ô nhiễm dầu thô trôi dạt vào bờ trong cùng thời kỳ, cùng với các hoạt động khai thác thủy sản, xả thải công nghiệp và đô thị hóa gia tăng. Tỷ lệ giảm hàm lượng Chlorophyll-a tại các điểm mặt cắt nghiên cứu đạt từ 20% đến 40%, phản ánh mức độ ô nhiễm nghiêm trọng.

4. Ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên: Các yếu tố khí hậu như gió mùa, dòng chảy và thủy triều cũng ảnh hưởng đến phân bố Chlorophyll-a. Mùa mưa với gió tây nam mạnh và dòng chảy hướng ra biển làm giảm sự tập trung Chlorophyll-a tại ven bờ, trong khi mùa khô có xu hướng ngược lại.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a được giả thiết là do ô nhiễm dầu thô và các chất thải công nghiệp, nông nghiệp xả ra biển, làm giảm khả năng quang hợp của sinh vật phù du. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về tác động của ô nhiễm dầu đến hệ sinh thái biển, đồng thời khẳng định hiệu quả của công nghệ viễn thám trong giám sát môi trường biển.

So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc sử dụng ảnh MODIS cho phép theo dõi biến động Chlorophyll-a với độ phân giải không gian và thời gian phù hợp, cung cấp dữ liệu kịp thời và chính xác hơn so với phương pháp truyền thống. Biểu đồ phân bố Chlorophyll-a qua các năm thể hiện rõ sự suy giảm và phục hồi từng phần, giúp nhận diện các khu vực ô nhiễm trọng điểm.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ nằm ở việc đánh giá mức độ ô nhiễm mà còn hỗ trợ xây dựng các mô hình dự báo và cảnh báo sớm, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường biển tỉnh Cà Mau.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường giám sát môi trường biển bằng công nghệ viễn thám: Cần duy trì và mở rộng hệ thống thu nhận dữ liệu ảnh vệ tinh MODIS và các vệ tinh khác có độ phân giải cao hơn, nhằm theo dõi liên tục biến động hàm lượng Chlorophyll-a và các chỉ số môi trường khác. Thời gian thực hiện: ngay lập tức và liên tục; chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Cà Mau phối hợp với Viện Vật Lý và Điện Tử.

2. Xây dựng hệ thống cảnh báo sớm ô nhiễm môi trường biển: Phát triển phần mềm phân tích dữ liệu viễn thám kết hợp GIS để cảnh báo kịp thời các sự cố ô nhiễm, đặc biệt là sự cố tràn dầu và xả thải công nghiệp. Thời gian thực hiện: trong vòng 1-2 năm; chủ thể: Trung tâm Quan trắc môi trường biển và các cơ quan liên quan.

3. Kiểm soát và xử lý nguồn thải ô nhiễm: Tăng cường kiểm tra, giám sát và xử lý nghiêm các hoạt động xả thải không đạt chuẩn tại các khu công nghiệp, khu nuôi trồng thủy sản và các hoạt động khai thác ven biển. Thời gian thực hiện: liên tục; chủ thể: chính quyền địa phương, Sở Công Thương và Sở Nông nghiệp.

4. Phục hồi và bảo vệ hệ sinh thái rừng ngập mặn: Thực hiện các chương trình trồng mới, bảo vệ rừng đước và rừng tràm nhằm duy trì cân bằng sinh thái, giảm thiểu tác động của ô nhiễm và xói lở bờ biển. Thời gian thực hiện: dài hạn (5-10 năm); chủ thể: Ban Quản lý rừng phòng hộ và các tổ chức bảo vệ môi trường.

5. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn: Tổ chức các khóa đào tạo, hội thảo nâng cao nhận thức về bảo vệ môi trường biển và ứng dụng công nghệ viễn thám cho cán bộ quản lý và người dân ven biển. Thời gian thực hiện: hàng năm; chủ thể: Sở Giáo dục và Đào tạo, các tổ chức phi chính phủ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên và môi trường: Giúp xây dựng chính sách, kế hoạch giám sát và xử lý ô nhiễm môi trường biển dựa trên dữ liệu khoa học và công nghệ viễn thám hiện đại.

2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực môi trường biển và viễn thám: Cung cấp phương pháp luận, thuật toán và kết quả thực nghiệm để phát triển các nghiên cứu tiếp theo về giám sát môi trường biển.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong ngành thủy sản và công nghiệp ven biển: Hỗ trợ đánh giá tác động môi trường, quản lý rủi ro và phát triển bền vững các hoạt động sản xuất kinh doanh.

4. Cộng đồng dân cư ven biển và các tổ chức bảo vệ môi trường: Nâng cao nhận thức về tình trạng ô nhiễm, vai trò của Chlorophyll-a trong hệ sinh thái biển và các biện pháp bảo vệ môi trường biển.

Câu hỏi thường gặp

1. Chlorophyll-a là gì và tại sao nó quan trọng trong giám sát môi trường biển?
   Chlorophyll-a là sắc tố chính trong sinh vật phù du, phản ánh mật độ và sức khỏe của quần thể sinh vật này. Hàm lượng Chlorophyll-a giúp đánh giá chất lượng nước biển và mức độ ô nhiễm, vì sinh vật phù du là cơ sở của chuỗi thức ăn biển.

2. Tại sao sử dụng ảnh vệ tinh MODIS để theo dõi Chlorophyll-a?
   Ảnh MODIS có độ phân giải trung bình (250-1000 m), tần suất thu nhận dữ liệu cao (1-2 ngày/lần), và nhiều kênh phổ phù hợp để tính toán hàm lượng Chlorophyll-a, giúp giám sát liên tục và trên diện rộng vùng biển.

3. Ô nhiễm dầu thô ảnh hưởng như thế nào đến hàm lượng Chlorophyll-a?
   Dầu thô làm giảm ánh sáng xuyên qua nước, gây độc cho sinh vật phù du, làm giảm khả năng quang hợp và sinh trưởng, dẫn đến suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a trong vùng bị ô nhiễm.

4. Phương pháp xử lý ảnh viễn thám có đảm bảo độ chính xác không?
   Phương pháp sử dụng phần mềm chuyên dụng như SeaDAS, kết hợp hiệu chỉnh khí quyển, hiệu chỉnh hình học và so sánh với số liệu thực địa, giúp nâng cao độ chính xác và tin cậy của kết quả tính toán Chlorophyll-a.

5. Làm thế nào để áp dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý môi trường biển?
   Kết quả cung cấp bản đồ phân bố và biến động Chlorophyll-a, giúp cơ quan quản lý xác định vùng ô nhiễm, xây dựng kế hoạch giám sát, cảnh báo sớm và triển khai các biện pháp xử lý kịp thời, bảo vệ tài nguyên biển.

Kết luận

• Ứng dụng công nghệ viễn thám MODIS đã thành công trong việc giám sát sự biến động hàm lượng Chlorophyll-a tại vùng biển Cà Mau trong giai đoạn 2006-2008.
• Năm 2007 ghi nhận sự suy giảm đáng kể hàm lượng Chlorophyll-a, phản ánh mức độ ô nhiễm môi trường biển do dầu thô và các nguồn thải khác.
• Phân tích không gian và thời gian cho thấy các khu vực ven bờ như cửa sông Bảy Háp và Cửa Lớn là những điểm nóng ô nhiễm cần ưu tiên xử lý.
• Kết quả nghiên cứu góp phần mở rộng ứng dụng viễn thám trong quản lý tài nguyên và bảo vệ môi trường biển tại Việt Nam.
• Đề xuất xây dựng hệ thống giám sát liên tục, cảnh báo sớm và các giải pháp bảo vệ môi trường biển nhằm phát triển bền vững kinh tế thủy sản và sinh thái vùng ven biển Cà Mau.

Tiếp theo, cần triển khai các dự án ứng dụng công nghệ viễn thám kết hợp GIS để giám sát môi trường biển mở rộng ra các vùng khác, đồng thời tăng cường hợp tác giữa các cơ quan nghiên cứu và quản lý. Mời các nhà quản lý, nhà khoa học và doanh nghiệp quan tâm phối hợp thực hiện các giải pháp bảo vệ môi trường biển hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về nghiên cứu ô nhiễm môi trường biển Chương 2. Khu vực nghiên cứu Cà Mau Chương 3. Đánh giá sự suy giảm hàm lượng Chlorophyll-a do ô nhiễm môi trường Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1.

TỔNG QUAN VỀ NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG BIỂN Công ước Luật biển 1982 đã đưa ra một khái niệm khá toàn diện về ô nhiễm môi trường biển. Ô nhiễm môi trường biển là “việc con người trực tiếp hoặc gián tiếp đưa các chất liệu hoặc năng lượng vào môi trường biển, bao gồm cả các cửa sông, khi việc đó gây ra hoặc có thể gây ra những tác hại như gây nguy hiểm cho sức khoẻ con người, gây trở ngại cho các hoạt động ở biển, kể cả biệc đánh bắt hải sản và các việc sử dụng biển một cách hợp pháp khác, làm biến đổi chất lượng nước biển về phương tiện sử dụng nó và làm giảm sút các giá trị mỹ cảm của biển” [9].1 Sử dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu ô nhiễm môi trƣờng biển 1.1 Tổng quan sử dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu vùng biển ở trong nước và nước ngoài Hiện nay đã có nhiều công trình nghiên cứu vùng ven biển có ứng dụng các thông tin viễn thám với hai dạng dữ liệu: tương tự (analog) và dữ liệu số (digital). Việc nghiên cứu, khảo sát ở vùng biển ven bờ, đồng bằng ven biển hiện nay còn gặp nhiều khó khăn khi gặp thời tiết bất ổn, như trường hợp có bão, áp thấp, giông lốc hay khi có lũ lớn và gió mùa thổi mạnh. Để khắc phục khó khăn này, một trong những phương pháp có hiệu quả hiện nay trong nghiên cứu vùng biển là sử dụng kết hợp thông tin Viễn thám (RS) và Hệ thông tin địa lý (GIS).

Tư liệu viễn thám rất đa dạng về chủng loại và độ phân giải không gian, bao gồm có các loại ảnh máy bay, ảnh vệ tinh thám sát thu nhận trong các thời gian khác nhau; trong đó loại ảnh đa phổ (Multispectral Image) hiện nay được sử dụng rất rộng rãi. Ảnh đa phổ được thu nhận trên các thiết bị quang học trong dải sóng điện từ rất rộng, từ phổ thị tần (Visible) cho đến phổ hồng ngoại (Infra-Red) và là nguồn cung cấp thông tin quan trọng, phục vụ cho các nghiên cứu chuyên đề khác nhau. Trong thời gian qua, nhóm nghiên cứu thuộc Trung tâm Viễn thám quốc gia và Viện Vật lý (Viện KH và CN Việt Nam) đã tiến hành thử nghiệm ứng dụng ảnh vệ tinh để tính toán nhiệt độ nước biển (SST) và hàm lượng chlorophyll-a (Chl-a) trên biển – hai trong số các 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] thông số môi trường cho biết chất lượng nước biển. Mục tiêu của thử nghiệm này nhằm hỗ trợ các trạm quan trắc môi trường biển của nước ta, hiện có số lượng trạm và tần suất quan trắc còn quá thưa thớt so với vùng biển rộng lớn.

Với ưu thế cung cấp thông tin thường xuyên và liên tục, quan sát trong một vùng rộng lớn, ảnh viễn thám đã được phát triển và ứng dụng ở nhiều nước trong nghiên cứu biển và đại dương. Một số các đề tài, dự án và nghiên cứu trong nước ứng dụng nghiên cứu về ô nhiễm trên vùng biển nước ta như: - Đề tài cấp nhà nước “Ô nhiễm dầu trên vùng biển Việt Nam và biển Đông” thuộc đề tài cấp Nhà nước mã số KC. Nguyễn Đình Dương_Viện Địa lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam làm chủ nhiệm [2]. Đề tài khẳng định về cơ bản tư liệu siêu cao tần sẽ là tư liệu chủ đạo trong nhưng các tư liệu quang học trong một số trường hợp cũng có thể cung cấp thông tin hữu ích và kịp thời cho việc quan trắc vết dầu trên biển.

- Bài báo “Nghiên cứu ứng dụng tư liệu viễn thám quang học trong giám sát ô nhiễm dầu trên vùng biển Việt Nam” năm 2007 của PGS.TS Doãn Hà Phong đã đạt được mục tiêu nghiên cứu quan trắc hằng ngày và phát hiện các tai biến tràn dầu, cũng như các sự cố khác trên biển (ô nhiễm chất hóa học) của ảnh MODIS dựa vào giá trị hàm lượng Chlorophyll và một số yếu tố khác [7]. Từ đó cung cấp các số liệu về phân bố, diện tích cho các mô hình dự báo để đưa ra các các phương án xử lý tràn dầu xa bờ. Các kết quả thu nhận được có ý nghĩa góp phần xây dựng cơ sở khoa học và phương pháp luận về ứng dụng công nghệ Viễn thám và GIS vào nghiên cứu, theo dõi và có thể cảnh báo sớm một số loại thiên tai, sự cố vùng biển của nước ta. Trên thế giới, công nghệ viễn thám trong nghiên cứu biển và đại dương đã được ứng dụng từ rất sớm: - Tại Trung Quốc công nghệ viễn thám được ứng dụng nghiên cứu hiện tượng thủy triều đỏ đã góp phần quan trọng trong việc cảnh báo thiên tai này (Coastal Environment Remote Sensing in Bohai and Yellow Sea in China -Ling Sun, 2003) - Tại Mỹ, công nghệ viễn thám được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: 6 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] + Lập bản đồ vùng ven biển : NOAA đã sử dụng công nghệ cảm biến từ xa (chủ yếu là chụp ảnh từ trên không) để khảo sát gần 95.000 dặm bờ biển của Mỹ, cung cấp dữ liệu cho việc sản xuất đồ hải lý và tài liệu tham khảo địa lý cần thiết để quản lý tài nguyên ven biển.

Khảo sát chụp ảnh trên không được bay vào chu kỳ thay đổi thời gian để cập nhật dữ liệu định kỳ. + Xác định ranh giới : NOAA sử dụng viễn thám để phân định nghĩa là thấp hơn nước thấp (MLLW) (hoặc MLW ở một số bang) và có nghĩa là nước cao (MHW) đường được sử dụng trong xác định ranh giới. Cụ thể là, với ảnh hồng ngoại màu đen và trắng cung cấp một sự tương phản sắc nét giữa nước và đất đai đặc biệt là dọc theo các khu vực bờ biển dốc. Các vị trí chính xác của ranh giới bờ biển là vô cùng quan trọng bởi vì nó là ranh giới định nghĩa nhà nước, tư nhân, và quyền sở hữu của liên bang.

+ Lập bản đồ vùng đất ngập nước ven biển : Lập bản đồ và giám sát các vùng đất ngập nước trong khu vực rộng lớn là nhờ có sử dụng từ xa, cảm nhận hình ảnh. Phân tích hình ảnh SAR đa thời vụ, kết hợp với vệ tinh và nắm giữ các dữ liệu khác, với mục đích đánh giá khả năng mô tả đặc điểm cải tiến và phân định vùng đất ngập nước. + Lập bản đồ đáy : dự án lập bản đồ đáy của NOAA. Trọng tâm của dự án là tài nguyên sinh vật ở gần cửa sông ven bờ và môi trường biển bao gồm tảo biển, rạn san hô, các vùng đáy cứng, giường, đồ biển, và các cộng đồng tảo của chương trình thiết lập một cơ sở dữ liệu liên tục và nhất quán của dữ liệu quốc gia ven biển sống ở đáy vào tài liệu và các xu hướng thay đổi theo thời gian.

Dự án này dựa chủ yếu vào độ phân giải cao chụp ảnh trên không và số liệu quan trắc để xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia [5]. + Thành lập các bản đồ được sử dụng để giám sát công trình ven biển, theo dõi chất nền ven biển, và hỗ trợ bảo vệ bờ biển, quản lý tài nguyên và khai thác.2 Các loại ảnh viễn thám ứng dụng nghiên cứu biển và đại dương 1.1 Ảnh MODIS và các thông số kỹ thuật của ảnh MODIS 7 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Từ khi vệ tinh OrbView-2 được phóng lên quỹ đạo mang theo đầu thu chụp SeaWiFS vào năm 1997, ảnh của nó đã được ứng dụng để quan sát bề mặt đại dương. Các dữ liệu được phân tích từ ảnh sử dụng để nghiên cứu biển và đại dương như năng suất sơ cấp, địa hóa sinh, nguồn dinh dưỡng và hiện tượng tảo độc trong đại dương. Các thế hệ vệ tinh tiếp theo được phóng lên sau đó (TERRA, AQUA, ENVISAT, NOAA ) đã chứng minh sự thành công của loạt vệ tinh quan sát trái đất, giúp cho các nhà khoa học nghiên cứu và theo dõi sự thay đổi của khí hậu trên hành tinh.

Vệ tinh NOAA có thể đo đạc SST (Sea Surface Temperature) tuy nhiên NOAA không đo đạc trực tiếp được Chlorophyll-a vì vậy đề tài sử dụng MODIS. TERRA là một vệ tinh quốc tế, có sự tham gia của các cơ quan nghiên cứu hàng không vũ trụ Canada, Nhật Bản và Mỹ, được phóng lên quỹ đạo ngày 18/9/1999. Vệ tinh hoạt động ở độ cao 705 km, thu nhận dữ liệu khi bay từ phía Bắc xuống phía Nam, qua xích đạo vào buổi sáng theo giờ địa phương, với mục đích quan sát rõ bề mặt trái đất ở thời điểm ít mây nhất [12]. AQUA là vệ tinh được thiết kế tiếp theo TERRA, AQUA là một phần trong Hệ thống quan sát trái đất (EOS) - Chương trình vệ tinh quan sát trái đất quốc tế do Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) tiến hành.

Vệ tinh AQUA được phóng vào quỹ đạo ngày 4-5-2002, thu thập nguồn dữ liệu đa dạng toàn cầu. Hoạt động ở quỹ đạo cận cực, độ cao 700 km, thời gian vòng quanh quỹ đạo 98,8 phút, theo hướng bay lên qua xích đạo lúc 1h30 chiều, theo hướng bay xuống qua xích đạo lúc 1h30 sáng theo giờ địa phương. Nó cho phép thu nhận dữ liệu vào khoảng thời gian trưa 1h30 bổ sung với dữ liệu buổi sáng 10h30 của vệ tinh TERRA. Với mục đích thu nhận dữ liệu có độ khác biệt trong ngày (sáng/chiều), vệ tinh AQUA và TERRA còn được gọi là vệ tinh EOS-PM và EOS-AM [12].

Bộ cảm biến MODIS (đặt trên vệ tinh TERRA và AQUA) được thiết kế để thu thập nhiều loại thông tin khác nhau trong quá trình sinh học và vật lý của khí quyển và trái đất bằng các thông số đo đạc trong dải phổ nhìn thấy và hồng ngoại, 8 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] MODIS quan tâm tới khoảng phổ rộng và nhiều mục tiêu hơn [6]. Ví dụ, MODIS thu nhận thông tin về nhiệt độ và độ ẩm của khí quyển, mây và đặc tính của mây, đặc tính của bụi khí quyển, nhiệt độ bề mặt nước biển và bề mặt lục địa, màu đại dương, vật chất lơ lửng trong đại dương, sự phát quang của chlorophyll, năng suất sơ cấp nguyên, chỉ số thực vật, lớp phủ mặt đất và sự thay đổi, cháy rừng do thiên tai và con người, độ dầy và sự phân bố của tuyết trên lục địa, nhiệt độ bề mặt và phân bố của băng trên đại dương .