Luận văn thạc sĩ hus ứng dụng viễn thám giám sát sự suy giảm hàm lượng chlorophyll do ô nhiễm môi trường biển tỉnh cà mau

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu ứng dụng viễn thám trong giám sát suy giảm hàm lượng chlorophyll do ô nhiễm môi trường biển Cà Mau.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Anh
• Người hướng dẫn: PGS.TS Doãn Hà Phong
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• 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 sự suy giảm chlorophyll tại Cà Mau

Ô nhiễm môi trường biển đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng tại tỉnh Cà Mau, nơi có hệ sinh thái biển phong phú. Việc giám sát sự suy giảm hàm lượng chlorophyll là rất cần thiết để đánh giá tình trạng ô nhiễm và tác động của nó đến sinh thái biển. Chlorophyll là chỉ số quan trọng phản ánh sức khỏe của hệ sinh thái biển, và sự suy giảm của nó có thể dẫn đến những hệ lụy nghiêm trọng cho môi trường và kinh tế địa phương.

1.1. Khái niệm về chlorophyll và vai trò của nó

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 tình trạng sức khỏe của hệ sinh thái biển. Việc theo dõi hàm lượng chlorophyll giúp xác định các khu vực bị ô nhiễm nặng và cần được bảo vệ.

1.2. Tình hình ô nhiễm môi trường 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 hoạt động này đã làm suy giảm chất lượng nước biển. Các nguồn ô nhiễm chủ yếu bao gồm chất thải từ công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt, gây ảnh hưởng đến hàm lượng chlorophyll trong nước.

II. Vấn đề ô nhiễm môi trường biển và tác động đến chlorophyll

Ô nhiễm môi trường biển không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe của hệ sinh thái mà còn tác động đến đời sống của người dân địa phương. Sự suy giảm hàm lượng chlorophyll do ô nhiễm có thể dẫn đến sự giảm sút của các loài sinh vật biển, ảnh hưởng đến chuỗi thức ăn và gây thiệt hại cho ngành thủy sản.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường biển

Các nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường biển tại Cà Mau bao gồm hoạt động khai thác thủy sản không bền vững, xả thải từ các khu công nghiệp và nông nghiệp. Những hoạt động này không chỉ làm tăng nồng độ chất ô nhiễm mà còn làm giảm hàm lượng chlorophyll trong nước.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái biển

Ô nhiễm môi trường biển dẫn đến sự suy giảm đa dạng sinh học và làm thay đổi cấu trúc của hệ sinh thái. Sự giảm sút hàm lượng chlorophyll có thể làm giảm năng suất sinh học của biển, ảnh hưởng đến nguồn lợi thủy sản và sinh kế của người dân.

III. Phương pháp giám sát sự suy giảm chlorophyll bằng công nghệ viễn thám

Công nghệ viễn thám đã được áp dụng để giám sát sự suy giảm hàm lượng chlorophyll tại Cà Mau. Việc sử dụng ảnh vệ tinh giúp thu thập dữ liệu một cách nhanh chóng và chính xác, từ đó đưa ra các biện pháp ứng phó kịp thời với ô nhiễm môi trường.

3.1. Ứng dụng công nghệ viễn thám trong nghiên cứu

Công nghệ viễn thám cho phép thu thập dữ liệu về hàm lượng chlorophyll từ các vệ tinh như MODIS. Dữ liệu này giúp theo dõi sự biến đổi của hàm lượng chlorophyll theo thời gian và không gian, từ đó đánh giá tình trạng ô nhiễm môi trường biển.

3.2. Quy trình xử lý dữ liệu viễn thám

Quy trình xử lý dữ liệu viễn thám bao gồm thu thập ảnh vệ tinh, phân tích và tính toán hàm lượng chlorophyll. Các bước này giúp xác định các khu vực ô nhiễm và đưa ra các giải pháp bảo vệ môi trường hiệu quả.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn tại Cà Mau

Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng chlorophyll tại Cà Mau có sự biến động lớn trong các năm qua. Việc giám sát thường xuyên giúp phát hiện kịp thời các khu vực ô nhiễm, từ đó đưa ra các biện pháp can thiệp phù hợp.

4.1. Đánh giá hàm lượng chlorophyll qua các năm

Nghiên cứu cho thấy hàm lượng chlorophyll có xu hướng giảm trong các năm gần đây, đặc biệt là trong các mùa mưa. Điều này cho thấy sự gia tăng ô nhiễm môi trường biển tại Cà Mau.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý môi trường

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách bảo vệ môi trường biển, từ đó nâng cao nhận thức của cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ hệ sinh thái biển.

V. Kết luận và hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Nghiên cứu về sự suy giảm hàm lượng chlorophyll do ô nhiễm môi trường biển tại Cà Mau là rất cần thiết. Việc áp dụng công nghệ viễn thám không chỉ giúp giám sát hiệu quả mà còn cung cấp thông tin quan trọng cho các quyết định quản lý môi trường.

5.1. Tầm quan trọng của việc giám sát liên tục

Giám sát liên tục hàm lượng chlorophyll giúp phát hiện sớm các vấn đề ô nhiễm, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời. Điều này không chỉ bảo vệ môi trường mà còn đảm bảo sinh kế cho người dân địa phương.

5.2. Định hướng nghiên cứu trong tương lai

Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp giám sát mới, kết hợp với các công nghệ hiện đại để nâng cao hiệu quả trong việc bảo vệ môi trường biển tại Cà Mau.

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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [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 .