ứng dụng viễn thám để nghiên cứu cảnh quan nhân sinh và monitoring môi trường

Kết quả giải đoán các tư liệu Viễn thám cũng sẽ cho phép xác định mối quan hệ giữa sự hình thành mây và tính chất bề mặt địa hình trái đất, đặc biệt là sự hình thành mây trên khu vực các

I VIỄN THÁM TRONG MÔI TRƯỜNG KHÍ HẬU VÀ KHÍ TƯỢNG.

Vệ tinh khí tượng là một loại vệ tinh nhân tạo được dùng chủ yếu để quan sát thời tiết và khí hậutrên Trái Đất Các vệ tinh khí tượng không chỉ quan sát được mây và các hệ mây Nó có thể quan sát được ánh sáng của thành phố, các

vụ cháy, ô nhiễm, cực quang, cát và bão cát, vùng bị tuyết bao phủ, bản

đồ băng, hải lưu, năng lượng lãng phí và các thông tin môi trường khác được thu thập bởi vệ tinh khí tượng

Khí hậu và khí tượng là một trong những đối tượng đầu tiên được nghiên cứu bằng phương pháp viễn thám Tư liệu viễn thám đã theo dõi và ghi nhận những sự biến đổi môi trường tự nhiên trong khí quyển như sự phân bố nhiệt,

sự vận động của các khối không khí và quan hệ của chúng với đặc thù của mặt đệm Kết quả phân tích tư liệu Viễn thám cho phép xây dựng mô hình chuyển động của không khí, mô hình vận động của mây, mô hình chuyển động bất đồng nhất trong mặt phẳng nằm ngang và chuyển động đối lưu của không khí theo chiều thẳng đứng

Mây là tập hợp những sản phẩm ngưng kết hay thăng hoa của hơi nước ở những độ cao khác nhau Các tấm ảnh Viễn thám có thể ghi nhận và tập trung

mô tả các thông số của các tầng mây, bao gồm: cấu trúc tầng mây, độ che phủ của mây, độ cao … Trên cơ sở phân tích, giải đoán ảnh Viễn thám , bản đồ các lớp mây được thành lập Có thể thành lập bản đồ mây theo chu kì 5 ngày, 2 tuần, 1 tháng, hàng quý v.v…cho từng vùng và cho toàn khu vực Đây là những tài liệu quan trọng phục vụ cho việc dự báo xa tình hình diễn biến của khí hậu Kết quả giải đoán các tư liệu Viễn thám cũng sẽ cho phép xác định mối quan hệ giữa sự hình thành mây và tính chất bề mặt địa hình trái đất, đặc biệt là sự hình thành mây trên khu vực các đỉnh núi cao Trên cơ sở nguyên lý thống kê có thể thành lập bản đồ đa thời gian về mức độ che phủ các tầng mây đối với bề mặt đất ở cá vùng khác nhau, thời điểm khác nhau

Các cơn lốc mây ở quần đảo Canary (26/3/2003) ảnh vệ tinh MERIS Các tư liệu Viễn thám là cơ sở để nghiên cứu theo dõi sự di chuyển và các khí áp và gió Phân tích các tấm ảnh Viễn thám từ vệ tinh địa tĩnh(Vệ tinh khí

tượng địa tĩnh chuyển động quanh Trái đất với cùng một chu kỳ Trái đất tự quay, tức là chuyển động đồng bộ với Trái đất Cho nên, khi ở mặt đất nhìn lên chúng ta cảm thấy nó đứng yên ở một chỗ cố định) có thể dự báo được tốc độ

và hướng di chuyển của gió Chính nhờ các tư liệu này mà sớm xác định được các thông số về dự báo khí tượng, góp phần hạn chế những thảm hoạ thiên nhiên do các cơn lốc, bão gây ra

Phương pháp Viễn thám cho phép xác định cường độ bức xạ của mặt trời Kết hợp với các trạm quan trắc mặt đất, các kết quả nghiên cứu tư liệu Viễn thám cho phép xác định sự phân bố cân bằng bức xạ ở các vùng địa lý khác nhau trên trái đất

Trên cơ sở phương pháp phân tích các tư liệu Viễn thám có thể xác định được chế độ nhiệt của không khí theo thời gian và không gian; xác định sự chênh lệch nhiệt độ của bề mặt trái đất do sự phân bố đất đá có thành phần thạch học khác nhau

Cũng trong phạm trù nghiên cứu khí hậu và khí tượng, phương pháp Viễn thám cho phép xác định mối quan hệ giữa tính chất bề mặt địa hình trái đất và vận động của khí quyển

II VIỄN THÁM VỚI BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG.

Ba phần tư diện tích bề mặt đất là biển và đại dương Các hoạt động của biển và đại dương là tác nhân điều tiết khí hậu và các yếu tố môi trường trên bề mặt trái đất So với lục địa ở ngoài biển và đại dương các phương tiện và các trạm quan trắc ít hơn nhiều, có nhiều vùng rộng lớn của đại dương không có trạm quan trắc, vì vậy phương pháp Viễn thám vệ tinh chiếm vị trí quan trọng Viễn thám là các tin cậy để nghiên cứu các thông số về biển và đại dương

và sự biến động của chúng, bao gồm:

 Xác định các thông số của dòng chảy

 Nghiên cứu cấu trúc sóng biển

 Theo dõi hoạt động các dòng hải lưu

 Phát hiện và theo dõi các vùng ô nhiễm dầu mỏ và các loại ô nhiễm khác trên biển và đại dương

 Nghiên cứu cấu trúc và quy luật di chuyển của các lớp băng phủ trên các đại dương và hai cực

Để nghiên cứu các dòng hải lưu và theo dõi sự chuyển động của các khối nước, người ta dùng ảnh hồng ngoại kết hợp với các tư liệu ảnh về quy luật vận động của sóng biển, sự phân bố nhiệt độ của nước v.v … từ ảnh Viễn thám không những theo dõi sự vận động của băng mà còn cập nhật tình trạng tan băng do hiệu ứng nhà kính

Song hành với các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, giao thông, ngành hàng hải cũng ngày một phát triển mạnh mẽ làm cho tình trạng ô nhiễm biển và đại dương ngày một tăng Một đặc thù của ô nhiễm biển và đại dương là trong môi trường thể lỏng các chất ô nhiễm dễ hoà tan, dễ dàng được di chuyển theo các dòng chảy và phát tán trên diện rộng Trong những năm gần đây, ô nhiễm nước biển đã trở thành vấn đề trọng tâm của nhiều quốc gia trên thế giới Tư liệu Viễn thám là một trong các phương tiện phục vụ có hiệu quả chương trình monitoring môi trường biển: phát hiện vị trí, phạm vi và mức độ ô nhiễm Trong các hiện tượng ô nhiễm biển và đại dương thì dầu mỏ là tác nhân nguy hiểm nhất Tràn dầu mỏ do nhiều nguyên nhân: tàu chở dầu bị đắm, sự cố giàn khoan trên biển, đánh đắm các giàn khoan cũ, chiến tranh vùng vịnh v.v…Ảnh Viễn thám cho phép phát hiện, khoanh vùng và theo dõi quá trình vận động các khu vực tràn dầu trên biển nhanh chóng và hiệu quả

III VIỄN THÁM TRONG THỦY VĂN

a) Thông số về hệ thống thuỷ văn

Nghiên cứu thuỷ văn là một trong những hướng trọng tâm của kỹ thuật viễn thám Xử lý tư liệu viễn thám cho phép xác định hầu hết các thông số về hệ thống thuỷ văn lục địa bao gồm:

 Cơ cấu mạng lưới thuỷ văn từng vùng, từng khu vực

 Hình dạng và kích thước các vật thể chứa nước như ao hồ, sông, suối, các vùng đóng băng, tuyết bao phủ…

 Chế độ và sự biến đổi lưu lượng, cường độ dòng chảy trong hệ thống thuỷ văn, dự báo các tai biến tự nhiên trong thuỷ văn như triều cường, lũ lụt …

 Xác định các thành phần ô nhiễm trong nước

Nghiên cứu ô nhiễm nước bằng phương pháp viễn thám cho ưu điểm nổi bật so với các phương pháp truyền thống, vì nó cho phép xác định sự phân bố không gian của ô nhiễm, cung cấp thông tin liên tục và nhanh chóng Bộ cảm trên máy bay, vệ tinh sẽ thu nhận được những vật chất và hàm lượng ônhiễm, thông qua sự biến đổi hệ số phản xạ so với hệ số phản xạ của nước sạch

Kết quả nghiên cứu bằng thực nghiệm cho thấy rằng, phương pháp viễn thám cho kết quả tốt nhấtđể nghiên cứu ô nhiễm nhiệt của các nguồn nước có nhiệt độ cao có màu sáng; nước lạnh, màu sẫm Cường độ tông màu là hàm

số của nhiệt độ nguồn nước

Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu thuỷ văn

a) Nghiên cứu tổng hợp lượng dòng chảy

Trong viễn thám một lưu vực được chia thành những lớp khác nhau về chế độ thuỷ văn, sự phân chia này phụ thuộc vào các lớp thông tin của mặt đất Thông qua việc phân tích ảnh có thể tính toán được hệ số dòng chảy cho mỗi lớp Khi liên hệ với một số tài liệu thuỷ văn, các yếu tố dòng chảy có liên quan đến từng vùng khác nhau của khu vực và được tách ra trên tư liệu viễn thám

Cơ quan nghiên cứu đất của Mỹ đưa ra trị số kinh nghiệm của đường cong dòng chảy ( Curve number CN) được xác định trên cơ sở phân tích tư liệu viễn thám Trị số này có quan hệ với lượng mưa và trị số khu vực ( hệ số lưu vực được coi như hệ số dòng chảy nó thể hiện tiềm năng dòng chảy của lưu vực)

b) Nghiên cứu các đặc trưng hình thái.

Những đặc trưng hình thái của sông có thể xác định trên tư liệu viễn thám ( thông thường ảnh máy bay sẽ có độ chính xác phù hợp với tỉ lệ lớn ) Thí dụ có thể xác định độ dài sông suối, độ rộng lòng sông độ dốc lưu vực, hệ

số phân nhánh, hệ số uôn khúc, độ nhám của mặt trời …

Trong trường hợp trạm đo trên sông có thể đối chiểu cả tư liệu thực tế với tư liệu viễn thám, sử dụng đường cong phân phối nước mặt để tính toán có thể xác định được lưu lượng dòng chày trên sông

c) Nghiên cứu cân bằng nước khu vực.

Việc nghiên cứu cân bằng nước trên lưu vực cho phép xác định quá trình động thái thuỷ văn xảy ra trên phạm vi lưu vực

Mỗi một thông số của phương trình cân bằng nước có thể tính toán thông qua thực nghiệm, đối chiếu với thông số trên tư liệu viễn thám từ đó có thể liên

hệ tính toán cho toàn lưu vực

Để tính được lượng dòng chảy bùn cát dòng chảy rắn cho một lưu vực người ta đã thử nghiệm áp dụng phương pháp sử lí số tư liệu ảnh Landsat để tính toán hệ số phổ ở các băng 4, 5

d) Những ứng dụng khác trong nghiên cứu thuỷ văn.

Nghiên cứu ứng dụng trong thuỷ văn nông nghiệp:

 Xây dựng kế hoạch tưới trong nông nghiệp, đó là xác định hệ số yêu cầu dùng nước cho từng loại cây trồng kiểu tán lá đối với các nhiệt độ khác nhau và từng thời vụ khác nhau

 Phân hạng mức độ tưới của đât, xác định sản phẩm mùa màng.

 Xây dựng các đề án tưới tiêu

 Nghiên cứu dòng hồi quy khi tưới

 Nghiên cứu sự thất thoát nước qua kênh dẫn

Nghiên cứu môi trường chất lượng nước:

 Xác định vùng nước sạch trong đất liền và vùng biển nông

 Nghiên cứu ảnh hưởng của sự đô thị hoá và công nghiệp hoá tới nguồn nước

 Nghiên cứu sự ô nhiễm do dầu

Nghiên cứu sự ô nhiễm nước do các nguyên nhân khác

 Nghiên cứu môi trường nước: nhiệt độ, độ muối, độ đục, …

 Nghiên cứu hiện trạng và dự báo ngập lụt

 Nghiên cứu quá trình diễn biến ngập lụt

 Nghiên cứu theo dõi các diễn biến khác:

 Nghiên cứu sự mất nước qua đập

 Nghiên cứu mở rộng các bồn thu nước

 Nghiên cứu theo dõi diễn biến quá trình trầm tích

 Nghiên cứu quá trình sa mạc hoá

 Nghiên cứu diễn biến đường bờ sông, bờ biển

 Nghiên cứu động lực học vùng cửa sông và đới ven biển

 Nghiên cứu thuỷ văn đô thị

 Nghiên cứu quá trình diễn biến khai thác lĩnh vực khác

Để thực hiện các nội dung nghiên cứu này cần phải sử dụng nhiều nguồn

tư liệu, kết hợp nhiều nguồn thông tin khác nhau

Đối với tư liệu viễn thám có thể sử dụng các dải sóng nhìn thấy, cận hồng ngoại, hồng ngoại nhiệt và cả sóng radar nữa Tư liệu bao gồm cả ảnh máy bay

và ảnh vệ tinh các loại với nhiều thời kì chụp khác nhau Trong quá trình sử lý

tư liệu viễn thám cần có sự kết hợp nhuần nhuyễn các kiến thức như thuỷ văn, kiến thức địa lí địa mạo với các kinh nghiệm trên thực địa có như vậy mới đảm bảo độ chính xác, sát với thực tế và dần dần từ định tính có thể tới định lượng hóa các kết hợp qua tính toán

IV VIỄN THÁM VƠI ĐỊA MẠO – ĐỊA CHẤT

Việc ứng dụng viễn thám để nghiên cứu thạch quyển rất đa dạng và phong phú, tuỳ thuộc vào khả năng tư liệu, mục đích và phạm vi ứng dụng của đối tượng nghiên cứu

Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu địa mạo địa chất

Điạ mạo là khoa học nghiên cứu về địa hình và các quá trình hình thành

chúng Các nhà địa mạo học nghiên cứu về lịch sử và động lực thành tạo địa hình, và dự đoán các biến đổi của địa hình trong tương lai thông qua việc kết hợp các quan sát thực tế, thí nghiệm vật lý, mô hình số Địa mạo học được thực hành trong địa chất học, trắc địa, địa lý, khảo cổ học, và kỹ thuật xây dựng dân dụng và kỹ thuật môi　trường Các nghiên cứu trước đây về địa mạo học là nền tảng cho thổ nhưỡng học, một trong hai nhánh chính của khoa học đất.): Kết quả thu nhận trên các tư liệu viễn thám cho phép xác định các hình thái địa hình và các hình thái địa mạo trên bề mặt trái đất Các tấm ảnh hồng ngoại, ảnh

đa phổ cho phép nghiên cứu đặc tính địa mạo rất hiệu quả, đặc biệt là việc phân biệt các trầm tích đệ tứ Hình thái bồi tích của bề mặt địa hình do kết quả vận động của nước mặt là đối tượng được thể hiện khá rõ nét trên ảnh viễn thám Những thung lũng, các lưu vực cạn, ruộng bậc thang, những dải cát ven biển là những đặc trưng địa hình có thể theo dõi trên các ảnh viễn thám Nhờ có độ tương phản lớn nên các dải cát hẹp ven biển rất dễ được phát hiện, giải đoán kể

cả trong trường hợp chiều rộng của dải cát nhỏ hơn so với độ phân giải tối thiểu của ảnh Kết quả giải đoán ảnh ở các phổ khác nhau cho phép theo dõi các hiện

tượng quá trình ngoại sinh trên bề mặt địa hình như sói mòn, trôi lấp, trượt chảy,…

Địa chất: Kinh nghiệm nghiên cứu địa chất đầu tiên từ ảnh viễn thám là

khu vực White Sands và địa chất vùng tây Sahara Các tấm ảnh vệ tinh đã cho pháp xác định nhiều yếu tố cấu trúc địa chất và kiến tạo như các đứt gãy, các phay phá và uốn nếp,… Trong nghiên cứu địa chất thường sử dụng nhiều loại ảnh viễn thám có độ phân giải khác nhau Tuy vậy, kinh nghiệm cho thấy rằng: Hiệu quả cao nhất là ảnh MSS của ERTS-1 và của Landsat chụp trên các khu vực hẹp và độ cao nhỏ

Ta có thể quan sát những địa mạo, địa chất rất rõ, khi mà với quan sát bình thường không thể nhìn được

IV VIỄN THÁM VỚI THỔ NHƯỠNG

Khi sử dụng kỹ thuật viễn thám để nghiên cứu lớp thổ nhưỡng trên bề mặt trái đất, người ta chia ra làm 2 loại:

 Xác định nguồn gốc địa lý của đất, bao gồm: Nguồn gốc hình thành đất, thành phần thổ nhưỡng, chu trình sinh học của đất,…

 Xác định tính chất và các đặc trưng của đất, bao gồm: độ ẩm, nhiệt

độ, thành phần hữu cơ, độ nhiễm mặn,nhiễm phèn, thành phần khoáng Các hiện tượng sói mòn, rửa trôi Sự biến động tài nguyên đất, phân loại cây trồng,

…

Kinh nghi ệm nghiên cứu lớp thổ nhưỡng bằng phương pháp viễn thám của nhiều tác giả cho thấy rằng: Việc giải đoán ảnh để nghiên cứu thổ nhưỡng

là vấn đề khá phức tạp, phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lớp phủ thực vật, cây trồng trên đất, hình thái địa hình, cấu trúc địa chất, chế độ thuỷ văn,… và đặc biệt còn phụ thuộc vào điều kiện và thời gian chụp ảnh ( mùa, ngày, và điều kiện thời tiết )

Ứng dụng viễn thám trong nghiên cứu thổ nhưỡng

VI VIỄN THÁM VỚI THẢM THỰC VẬT

Một trong những ứng dụng rộng rãi và có hiệu quả nhất của phương pháp viễn thám là nghiên cứu thảm thực vật, kể cả thực vật tự nhiên và cây trồng Có thể xử lý ảnh viễn thám để xác định một số đặc trưng về thảm thực vật như nguồn gốc, độ che phủ, phân loại hiện trạng lớp phủ…

Trong những năm vừa qua, trên thế giới và ở Việt Nam đã có những bước tiến lớn trong lĩnh vực ứng dụng công nghệ viễn thám để nghiên cứu môi trường rừng Việc xây dựng bản đồ hiện trạng rừng luôn được coi là một trong những nội dung quan trọng khi nghiên cứu sự biến động tài nguyên rừng và thảm thực vật Ở Việt Nam, một số chương trình , dự án nghiên cứu sự biến động tài nguyên rừng và thảm thực vật toàn quốc bằng phương pháp viễn thám

đã được tiến hành Các kết quả nghiên cứu cho rằng : Viễn thám là phương pháp tối ưu nghiên cứu sự biến động tài nguyên rừng, cho phép theo dõi, xác định một cách khách quan, khoa học về hiện tượng phân bố thảm thực vật và sử dụng đất rừng trên toàn bộ lãnh thổ quốc gia trong một khoảng thời gian nhất định.Thông qua việc thành lập bản đồ hiện trạng rừng, nghiên cứu đánh giá độ đồng nhất của các kiểu rừng trên ảnh vệ tinh ,kết hợp với hệ thống thông tin địa

lý thành lập bản đồ cảnh báo rừng

Bản đồ theo dõi và dự báo cháy rừng

Phát hiện sự suy thoái của rùng ngập mặn bằng ảnh Landsat

Ngoài các ứng dụng trong lâm nghiệp, khoa học viễn thám cũng có những đóng góp không nhỏ trong nông nghiệp :

 Nghiên cứu hiện trạng sử dụng đất trong nông nghiệp

 Nghiên cứu về thời vụ, mùa màng

 Nghiên cứu một số ứng dụng khác như : qui hoạch nông nghiệp, thành lập các loại bản đồ về nông nghiệp…

Phương pháp ứng dụng trong nông nghiệp rất có hiệu quả bởi tính chất của viễn thám :đa thời gian, đa không gian

Ruộng lúa kết hợp nuôi tôm