Nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề mặt biển đông bằng ảnh viễn thám và gis

MỤC LỤC

1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề mặt biển đông ở Việt
Nam...............................................................................................................................6
1.1.1. Khái niệm bề mặt nước biển..........................................................................6
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề mặt biển đông trên
Thế Giới......................................................................................................................17
1.2.1. Dự án giám sát Môi trường biển của Châu Âu............................................17
1.2.2 Dự án CoastWatch.........................................................................................18
2.1. Nguyên lý viễn thám nhiệt..................................................................................21
2.2. Hệ thống các vệ tinh viễn thám...........................................................................22
2.2.1 Vệ tinh quan sát môi trường..........................................................................23
2.2.2. Thiết bị thu nhận MODIS.............................................................................27
2.2.3. Các thông số kỹ thuật của ảnh MODIS (theo NASA 2006).......................31
2.2.4. Hệ thống vệ tinh NOAA...............................................................................33
2.2.5. Vệ tinh Orb View-2 và đầu chụp SeaWIFS.................................................34
2.2.6. Thuật toán tính toán nhiệt độ bề mặt nước biển..........................................38
2.2.7 Một số hệ thống xử lý ảnh MODIS...............................................................40
2.3 Quy trình xử lý ảnh viễn thám.............................................................................43
2.3.1. Xử lý ảnh MODIS và SeaWiFS sử dụng phần mềm SeaDAS 5.1..............43
2.3.2 Dữ liệu bổ trợ trong quá trình xử lý..............................................................45
2.3.3 Một số hệ thống xử lý ảnh MODIS...............................................................46
2.3.4. Các kênh phổ MODIS sử dụng....................................................................49
3.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu......................................................................52
3.1.1 Lich sử đo đạc SST........................................................................................53
3.2 Dữ liệu sử dụng....................................................................................................54
3.3 Phần mềm ứng dụng.............................................................................................61
3.3.1 Phần mềm ScanEx MODIS Processor 1.7....................................................61
3.3.2 Phần mềm SeaDAS.......................................................................................61

3.4 Kết quả..................................................................................................................61
3.4.1 Liên kết giá trị quan trắc và dữ liệu ảnh.......................................................61
3.4.2 Lựa chọn thời điểm........................................................................................62
3.4.3 Kết quả so sánh..............................................................................................62
3.5 Đánh giá, Nhận xét...............................................................................................69
1. Kết luận...................................................................................................................70
2. Kiến Nghị................................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................72


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
MODIS

Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer – Thiết bị thu nhận
phổ có độ phân giải trung bình, đặt trên vệ tinh TERRA và AQUA.

NASA

National Aeronautics and Space Administration – Cơ quan hàng
không vũ trụ Mỹ

NOAA

National Oceanic and Atmospheric Administration – Cơ quan nghiên
cứu Khí quyển và Đại dương của Mỹ. Vệ tinh NOAA được đặt tên
theo cơ quan này.

NOAA/A

NOAA Advandced Very High Resolution Radiometer – Thiết bị thu

VHHR

nhận có độ phân giải cao của vệ tinh NOAA.

NESDIS

NOAA’s National Environmental Satellite Data and Imformation
Service – Cơ quan thông tin dữ liệu vệ tinh môi trường NOAA

STT

Sea suface temprature – Nhiệt độ bề mặt nước biển, được tính toán từ
ảnh vệ tinh thông qua các sóng phản xạ hồng ngoại nhiệt (sóng ngắn
hoặc sóng dài) từ bề mặt biển và đại dương. STT chỉ cho biết nhiệt độ
của lớp nước trên bề mặt,trong độ dày khoảng 1mm

TRMM

Tropical Rainfall Measuring Mission satellite – Vệ tinh phục vụ
nghiên cứu vùng nhiệt đới.

SeaWIFS

Sea – Viewing Wide – Field – of – View Sensor – Thiết bị thu nhận
có trường nhìn rộng,phục vụ nghiên cứu biển và đại dương

SeaDAS

SeaWIFS Data Analysis System - Hệ thống xử lý và phân tích ảnh

SeaWIFS

CZCS

Coastal Zone Color Scanner – thiết bị thu nhận phục vụ mục đích
nghiên cứu màu nước biển.


DANH MỤC CÁC BẢNG


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ,BIỂU ĐỒ


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn đồ án của tôi, Thạc
sĩ Lê Minh Sơn, thầy đã tạo mọi điều kiện, tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn
thành tốt đồ án này. Sự hiểu biết sâu sắc về khoa học, cũng như kinh nghiệm của
thầy là tiền đề giúp tôi đạt được những thành tựu và kinh nghiệm quý báu.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các anh, chị làm việc tại trung tâm Viễn
thám quốc gia đã tận tình giúp đỡ cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong
quá trình nghiên cứu.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã luôn bên tôi, cổ vũ và động
viên tôi những lúc khó khăn để tôi có thể vuợt qua và hoàn thành tốt đồ án này
Tôi xin chân thành cảm ơn !


LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là quốc gia ven biển nằm bên bờ Tây của Biển Đông, có địa chính
trị và địa kinh tế rất quan trọng, với bờ biển dài trên 3.260 km trải dài từ Bắc xuống

Nam, đứng thứ 27 trong số 157 quốc gia ven biển, các quốc đảo và các lãnh thổ trên
thế giới. Chỉ số chiều dài bờ biển trên diện tích đất liền của nước ta là xấcủa cả
nước thì 28 tỉnh, thành phố có biển và gần một nửa dân số sinh sống tại các tỉnh,
thành ven biển. Biển và đại dương tích tụ nhiệt mặt trời và điều tiết sự biến đổi của
nó theo không gian và thời gian, làm điều hòa khí hậu, thời tiết biển và cáp xỉ 0,01
(nghĩa là cứ 100 km2 đất liền có 1km bờ biển). Trong 63 tỉnh, thành phố c vùng lục
địa rộng lớn ven biển. Việt Nam là một đất nước nằm ở phía đông của bán đảo
Đông Dương, ở gần trung tâm của khu vực Đông Nam Á và có bờ biển trải dài theo
hình dáng của đất nước với 28 tỉnh thành phố. Về kinh tế, đối với Việt Nam, vùng
biển và ven biển Việt Nam nằm án ngữ trên con đường hàng hải và hàng không
huyết mạch thông thương giữa Ấn Độ Dương và Thái Bình Dương, giữa châu Âu,
Trung Cận Đông với Trung Quốc, Nhật Bản và các nước trong khu vực. Điều kiện
tự nhiên của bờ biển Việt Nam là tiềm năng to lớn cho ngành giao thông hàng hải
Việt Nam. Về quốc phòng, Biển nước ta được ví như mặt tiền, sân trước, cửa ngõ
quốc gia; biển, đảo, thềm lục địa và đất liền hình thành phên dậu, chiến lũy nhiều
lớp, nhiều tầng, bố trí thành tuyến phòng thủ liên hoàn bảo vệ Tổ quốc. Lịch sử dân
tộc đã ghi nhận có tới 2/3 cuộc chiến tranh, kẻ thù đã sử dụng đường biển để tấn
công xâm lược nước ta
- Nghị quyết 03 của Bộ Chính trị (khóa VI) tháng 5/1993 đã chỉ rõ “tiến ra
biển trở thành một hướng phát triển của loài người”và “ trở thành một nước mạnh
về biển là một mục tiêu chiến lược xuất phát từ yêu cầu về điều kiện khách quan
của sự nghiệp xây dựng và bảo vệ tổ quốc Việt Nam”.
- Chỉ thị số 20 của Bộ Chính trị tháng 9/1997 nhấn mạnh: “Vùng biển, hải đảo
và ven biển là địa bàn chiến lược có vị trí quyết định đối với sự phát triển của đất
nước, là tiềm năng và thế mạnh quan trọng cho sự nghiệp CNH-HĐH”.

1


- Nghị quyết đại hội IX của Đảng khẳng định: “phải phát triển tổng hợp kinh

tế biển và ven biển, khai thác lợi thế của các khu vực biển, hải cảng để tạo thành
vùng phát triển cao thúc đẩy các vùng kinh tế khác và phải phát triển kinh biển kết
hợp với bảo vệ vùng biển”.
- Nghị quyết Trung ương 8 (khóa IX), Nghị quyết đại hội X và mới đây là
Nghị quyết Trung ương 4 (khóa X) của Đảng về “Chiến lược biển Việt Nam đến
2020” đã xác định mục tiêu tổng quát: “Đến năm 2020, phấn đấu nước ta trở thành
quốc gia mạnh về biển, làm giàu từ biển, bảo đảm vững chắc chủ quyền, quyền chủ
quyền quốc gia trên biển, đảo góp phần quan trọng trong sự nghiệp công nghiệp
hóa, hiện đại hóa, làm cho đất nước giàu mạnh”
Trong đại dương luôn luôn tồn tại sự chênh lệch nhiệt độ theo các khu vực
riêng biệt. Sự chênh lệch này có thể là do sự xâm nhập của các khối nước, quá trình
vận chuyển nước của các hoàn lưu hay do sự khác biệt của các yếu tố vật lý, dinh
dưỡng. Nhiệt độ của bề mặt đại dương là một nghiên cứu quan trọng về hệ thống
khí hậu trái đất, cho dự báo thời tiết, và nghiên cứu hải dương học. Mô hìnhcủa
nhiệt độ mặt biển (SST) cho biết sự phức tạp của dòng bề mặt đại dương, và dị
thường SST của đại dương trong việc dự đoán nhiễu loạn khí hậu. SST cho biết các
yếu tố như nhiệt độ dòng chảy, độ ẩm, động lực và hiệu ứng nhà kính. Vệ tinh viễn
thám đã mở ra một kỷ nguyên mới cho lĩnh vực này bằng cách đo hồng ngoại và
các sóng phát xạ nhiệt từ mặt biển. Tuy vậy trong thực tế, trong quá trình truyền dữ
liệu, các đám mây đã che khuất đi tầm nhìn của bề mặt biển. Đặc biệt, mô hình kế
tiếp của các vệ tinh NOAA cho độ phân giải rất cao trong việc đo kênh hồng ngoại
nhiệt, đã cho phép công tác đo SST một cách dễ dàng hơn trong 2 thập kỷ qua.
Chính vì thế, nghiên cứu front nhiệt có thể giúp xác định các điều kiện vật lý khác
biệt của các khu vực nước rộng lớn, nhờ đó có thể xác định ranh giới của các khối
nước hay ranh giới của các dòng chảy lớn. Khu vực Biển Đông là khu vực có đặc
trưng gió mùa: gió mùa Đông Bắc

2

Vào mùa đông và gió mùa Tây Nam vào mùa hè. Trường nhiệt trong Biển
Đông cũng có sự thay đổi theo mùa. Nhiệt độ bề mặt nước biển, hay nói cách khác,
cường độ bốc hơi của bề mặt nước biển chính là năng lượng, tác động đến đặc điểm
khí hậu toàn cầu nói chung và khu vực Việt Nam nói riêng. Nhiệt độ bề mặt nước
biển đã được các nhà khoa học xem xét đến như một thông số trong nghiên cứu các
hiện tương thời tiết đặc biệt như bão, La Nina, El Nino...tuy nhiên những đề tài này
còn ở mức khái quát và chưa ứng dụng vào thực tế Việt Nam. Đề tài “Quan trắc
nhiệt độ bề mặt biển Đông bằng ảnh hồng ngoại độ phân giải trung bình” bước
đầu cung cấp các dữ liệu nhiệt độ bề mặt mặt biển từ vệ tinh độ phân giải trung bình
và mang tính ứng dụng và khoa học .
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nhiệt độ nước biển là trong những thông số thuộc nhóm môi trường và chất
lượng nước biển – hợp phần nước. Hợp phần nước, hợp phần trăm tích và hợp phần
sinh vật được quan trắc và phân tích nhằm phát hiện những vấn đề thay đổi môi
trường và ô nhiễm, từ đó đưa ra cảnh báo, kiểm soát và ngăn ngừa để bảo vệ môi
trường nước biển.
Nhiệt độ nước biển được quan trắc trực tiếp tại các trạm quan trắc môi trường
biển của Việt Nam. Các trạm này có nhiệm vụ quan trắc và phân tích môi trường
chất lượng nước biển. Trên cơ sở dữ liệu quan trắc định kỳ để xây dựng báo cáo về
môi trường và chất lượng nước biển hàng năm, và dự báo những xu thế biến động
trong một khoảng thời gian nhất định. Công tác điều tra và quan trắc chủ yếu là sử
dụng các tàu nhỏ di chuyển ở vùng ven bờ, thu thập và quan trắc mẫu ở một điểm
nhất định và trong khoảng thời gian nhất định của năm. Hạn chế của công tác điều
tra và quan trắc hiện tại là các điểm quan trắc còn quá thưa thớt so với vùng biển
rộng lớn, hạn chế thứ hai là tần suất quan trắc còn ít. Để khắc phục hạn chế này thì
cần thiết phải tăng cường số lượng trạm và tăng tần suất quan trắc trong năm, tuy
nhiên sẽ cần một khoản kinh phí quá lớn, vì vậy cần phải áp dụng các phương pháp
khác để có thể cung cấp thông tin thường xuyên với chi phí thấp.
Công nghệ viễn thám có rất nhiều ưu thế trong quan trắc và giám sát tài nguyên
thiên nhiên và môi trường nói chung. Đặc biệt, viễn thám được phát triển và ứng

3


dụng với các đặc thù riêng của biển và đại dương. Với ưu thế cung cấp thông tin
thường xuyên và liên tục (có thể 2 lần trong ngày), 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. Ở Mỹ, các vệ tinh đã được sử dụng để nghiên cứu và quan trắc môi trường
và chất lượng nước biển từ những năm 1978. Với các ảnh NOAA/AVHRR và CZCS
được ứng dụng từ những năm 1978 đã cung cấp các thông số về nhiệt độ bề mặt nước
biển cùng các thông số khác trên phạm vi toàn cầu. Các thế hệ vệ tinh liên tục được
phát triển và phương pháp tính toán ngày càng chính xác và đảm bảo cung cấp thông
tin liên tục, hàng ngày với độ tin cậy cao. Hiện tại, hình ảnh MODIS có khả năng
cung cấp các thông tin liên tục hai lần trong ngày (AQUA và TERRA) gips cho việc
nghiên cứu sự thay đổi của các yếu tố trong ngày.
Với mục tiêu thử nghiệm ứng dụng ảnh vệ tinh để hỗ trợ công tác quan trắc
chất lượng nước bề mặt nước biển, luận văn lựa chọn sử dụng ảnh vệ tinh để tính
toán nhiệt độ bề mặt nước biển. Đây là trong nhiều thông số thuộc nhóm môi trường
và chất lượng nước biển của các trạm có nhiệm vụ quan trắc hàng năm. Các thử
nghiệm được tiến hành trên ảnh MODIS, thông qua các thuật toán ứng dụng cho
tính toán thông số nhiệt độ bề mặt đã được các cơ quan nghiên cứu của NASA phát
triển. Ngoài ra, thông qua các tập dữ liệu quan trắc thực địa sẵn có, luận văn cũng
thử so sánh và đối chiếu với dữ liệu tính toán từ ảnh và qua đó có thể có một số
nhận xét về độ chính xác của dữ liệu từ ảnh vệ tinh.
Đề tài sử dụng phần mềm SEADAS để xử lý và tính toán dữ liệu. Đây là phần
mềm mã nguồn mở, được cung cấp miễn phí. Dữ liệu quan trắc thực địa sử dụng dữ
liệu tàu thăm dò biển của nước ngoài, được các đồng nghiệp cung cấp.
Do trong quá trình làm việc và nghiên cứu, học viên thấy các dữ liệu SST tính
toán từ ảnh MODIS có thể hỗ trợ tốt cho công tác quan trắc môi trường ở vùng biển
Việt Nam, bằng cách cung cấp dữ liệu hàng ngày, trên một khu vực biển rộng, khắc
phục được các hạn chế về điểm quan trắc và đồng bộ dữ liệu trong công tác quan

trắc hiện tại. Mặt khác, các trạm thu ảnh MODIS đã hoạt động ở Việt Nam, cần đẩy
mạnh các ứng dụng của dữ liệu này để hỗ trợ cho các trạm quan trắc, khai thác dữ
liệu vệ tinh, sử dụng có hiệu quả nguồn vốn đã được nhà nước đầu tư.
2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.
4


*) Mục tiêu nghiên cứu:
- Sử dụng ảnh vệ tinh MODIS theo dõi diễn biến theo trung bình năm nhiệt độ
nước biển ở Biển Đông.
- Thành lập các bản đồ theo dõi nhiệt độ nước biển trung bình qua các năm.
- Bằng các thực nghiệm, so sánh kết quả dữ liệu ảnh vệ tinh với dữ liệu quan
trắc thực địa để đánh giá dữ liệu SST tính toán từ ảnh MODIS có thể hỗ trợ được
đến đâu cho công tác quan trắc môi trường biển ở Việt Nam
*) Nhiệm vụ nghiên cứu:
- Thu thập các tài liệ có liên quan đến việc quan trắc, đánh giá chất lượng
nước biển trong nghiên cứu biển và đại dương, các tài liệu kỹ thuật về các đặc tính
kỹ thuật của các loại ảnh vệ tinh dùng cho việc giám sát quan trắc tài nguyên và môi
trường biển, đại dương. Tìm hiểu phần mềm SEADAS phục vụ công tác xử lý ảnh
MODIS.
- Giải quyết vấn đề ứng dụng ảnh vệ tinh MODIS vào mục đích quan trắc,
giám sát nhiệt độ nước biển
- Thực nghiệm đánh giá độ chính xác của việc sử dụng tư liệu ảnh viễn thám
vào công tác xác định nhiệt độ bề mặt nước biển dựa trên các kết quả so sánh và
đánh giá cụ thể.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
*) Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu (Nhiệt độ nước biển SST,) sẽ được coi là một chỉnh thể
tự nhiên, các hiện tượng chịu ảnh hưởng của một tập hợp các yếu tố tự nhiên đến
môi trường bề mặt nước biển.

*) Phạm vi nghiên cứu.
*) Phạm vi không gian: Khu vực Biển Đông – Việt Nam.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
*)Ý nghĩa khoa học: Góp phần khẳng định và mở rộng khả năng ứng dụng
phương pháp viễn thám với độ phân giải trung bình vào quan trắc môi trường biển
bằng việc theo dõi biến động nhiệt độ nước biển
*) Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng phương pháp nghiên cứu quan trắc môi trường
biển bằng việc chiết xuất các thông tin từ ảnh MODIS như nhiệt độ nước biển.
5. Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp xử lý ảnh viễn thám: Thực hiện các công tác xử lý, tính toán
trực tiếp nhiệt độ nước biển, trên ảnh viễn thám MODIS (SeaWIFS).

5


- Phương pháp thống kê: Phân tích mặt cắt số liệu nhiệt độ nước biển theo
ngày.
- Phương pháp điều tra khảo sát thực địa: Đo đạc, lấy mẫu tại khu vực
nghiên cứu.
- Phương pháp sử dụng công nghệ Gis: Thành lập bản đồ theo dõi diễn biến
Nhiệt độ nước biển SST, theo ngày.
- Phương pháp chuyên gia tư vấn: Tham khảo chuyên gia tư vấn trong lĩnh
vực đo đạc môi trường nước.
6. Bố cục của đề tài.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung của luận văn gồm 3 chương
Chương 1: Tổng quan về tình hình nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề mặt biển
đông trên Thế giới và Việt Nam.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết ảnh viễn thám về nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề
mặt biển đông.
Chương 3: Thực nghiệm xác định về tình hình nghiên cứu quan trắc nhiệt độ

bề mặt biển đông.

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU QUAN TRẮC
NHIỆT ĐỘ BỀ MẶT BIỂN ĐÔNG TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
1.1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề mặt biển đông ở
Việt Nam
1.1.1. Khái niệm bề mặt nước biển.


Khái niệm

Nhiệt độ bề mặt nước biển là yêu tố quan trọng cho các quá trình vật lý xảy ra
trong cán cân năng lượng bề mặt, trong quá trình trao đổi và tương tác nhiệt giữa
biển và không khí, và trao đổi giữa khí quyển và đại dương.

6


Đối với môi trường chất lượng nước biển, nhiệt độ cùng với độ muối là 2 đặc
trưng vật lý cơ bản chi phối mọi quá trình thủy nhiệt động lực biển và đảm bảo sự
tồn tại và phát triển đời sống sinh vật biển. Phân bố nhiệt và muối trong nước biển
phản ánh cấu trúc khối nước và chế độ động lực của biển. Đối với Biển Đông, lớp
nước mặt tồn tại các khối nước nhạt và lạnh ven bờ, khối nước ngoài khơi Đông
Bắc và ngoài khơi Nam Biển Đông là khối nước trồi mùa hè, giữa các khối
nuowcsmlaf các front thủy văn. Các đàn cá thường tập trung gần các front thủy văn,
sự biến động của các front thủy văn dẫn đến sự di cư của các đàn cá và các loại hải
sản. Đối với khối nước trối, nhiệt độ tại tâm khối thường thấp, nhỏ hơn 24 0C, xung
quanh khối nước trồi thì nhiệt độ khoảng 28 – 290C (theo Vũ Thi, Điều kiện Tự
nhiên của Biển Đông).


Phương pháp đo nhiệt độ nước biển.
Phương pháp hiện tại để đo đạc và quan trắc nhiệt độ bề mặt nước biển thường
sử dụng phương pháp lấy mẫu thực địa, trên hoặc không trên bề mặt. Phương pháp
đầu tiên được sử dụng là đo đạc bằng tay; dùng nhiệt kế nhúng trực tiếp xuống bề
mặt nước biển. Phương pháp đo tự động đầu tiên được thực hiện bằng cách sử dụng
các đường ống dẫn nước biển vào trong tàu biển và đo tự động, tuy nhiên độ chính
xác và sự đồng bộ về thời gian luôn là 1 vấn đề khó khăn đối với các số liệu đo đạc
truyền thống. Phương pháp được coi là có độ chính xác cao nhất và tần suất nhiều
lần nhất là đo đạc dựa trên các phao đặt cố định ở biển, dữ liệu được truyền về trung
tâm qua vệ tinh để cung cấp tự động và liên tục. Một hệ thống phao biển đã được sử
dụng tại vùng biển của Mỹ và trên Thái Bình Dương do một trung tâm dữ liệu quản
lý.
Từ năm 1980, vệ tinh đã được dùng trong quan trắc nhiệt độ bề mặt, phương
pháp này đã khắc phục được các hạn chế của quan trắc truyền thống, cung cấp được
dữ liệu phủ trùm toàn cấu có cùng độ phân giải không gian và cùng một thời điểm.
Quan trắc từ ảnh vệ tinh đáp ứng được các yêu cầu cho ứng dụng phân tích và
nghiên cứu khí hậu trên phạm vi rộng, phương pháp này cũng được áp dụng cho
nghiên cứu về sinh học đại dương và các ứng dụng trên lĩnh vực thủy sản.
Nhiệt độ bề mặt nước biển đưa ra tầm nhìn cơ bản toàn cảnh về mặt đại
dương, cho phép nghiên cứu các quá trình động lực học đại dương. Nhiệt độ bề mặt
7


nước biển chỉ ra các dòng chảy chính trên đại dương, và còn cho thấy các dòng
chảy bất thường hiện tại như các xoáy nước nóng và lạnh. Một khu vực nhất định
trên biển có thể được quan trắc bằng vệ tinh nhiều lần trong ngày.
Thiết bị cảm nhận được đặt trên vệ tinh sẽ đo đạc 2 hay nhiều bước sóng trong
dải sóng hồn ngoại nhiệt, các bước sóng này được chọn trong khoảng phát xạ mạnh
nhất của vật thể đen tuyệt đối phát xạ từ trái đất và truyền qua khí quyển. Phương

pháp đo đạc này cho phép đo đạc nhiệt độ lớp bề mặt của đại dương, trong khoảng
độ dầy xấp xỉ 1 mm, nó không cho phép đo đạc nhiệt độ ở các tầng sâu của nước
biển. Thu nhận tính toán nhiệt độ bề mặt nước biển bằng vệ tinh có thể được mô tả
khái quát như sau:
+ Vệ tinh mang các thiết bị có thể ghi nhận các phát xạ điện từ.
+ Thiết bị được thiết kế để đo đạc các khoảng sóng điện từ trong dải phổ hồng
ngoại nhiệt (các tia phát xạ hồng ngoại phát ra từ bề mặt biển).
+ Các thiết bị này sẽ thu nhận phát xạ phát ra từ bề mặt biển.
+ Máy tính sẽ tính toán từ các phát xạ đo được để tạo thành ảnh.
Phương pháp đo đạc từ vệ tinh có thể cung cấp nguồn dữ liệu khổng lồ, liên
tục với tần số cao, bao trùm khu vực rộng lớn mà các phương pháp truyền thống
như đo đạc trực tiếp, bằng tàu biển, bằng phao biển không đáp ứng được.
1.1.2. Thông số chất lượng môi trường nước biển.


Về chất lượng nước biển ven bờ

+ Phạm vi áp dụng
Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước
biển ven bờ.
Quy chuẩn này áp dụng để đánh giá và kiểm soát chất lượng của vùng
nước biển ven bờ, phục vụ mục đích thể thao, giải trí dưới nước, nuôi trồng
thủy sản và các mục đích khác.
+ Giải thích thuật ngữ
Nước biển ven bờ là nước biển ở vùng vịnh, cảng và những nơi cách bờ
trong vòng 03 hải lý (khoảng 5,5 km).
8


QUY ĐỊNH KỸ THUẬT

Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước biển ven bờ được quy
định tại Bảng 1.1

9


Bảng 1.1. Giá trị giới hạn của các thông số trong nước biển ven bờ

TT

Đơn

Thông số

vị

Vùng

Giá trị giới hạn
nuôi Vùng bãi Các

trồng

thuỷ tắm,

thể khác

sản, bảo tồn thao dưới

1

2
3
4
5
6
7

Nhiệt độ
pH
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)
Ôxy hoà tan (DO)
COD (KMnO4)
Amôni (NH+4) (tính theo N)
Florua (F-)

0

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

thủy sinh
30
6,5 - 8,5
50
≥5
3
0,1

1,5

8

mg/l

0,005

0,01

0,01

9

Sulfua (S2-)
Xianua (CN-)

mg/l

0,005

0,005

0,01

10
11
12
13
14

15
16
17
18
19
20
21

Asen (As)
Cadimi (Cd)
Chì (Pb)
Crom III (Cr3+)
Crom VI (Cr6+)
Đồng (Cu)
Kẽm (Zn)
Mangan (Mn)
Sắt (Fe)
Thuỷ ngân (Hg)
Váng dầu, mỡ
Dầu mỡ khoáng

mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l
mg/l

mg/l
mg/l
mg/l

0,01
0,005
0,05
0,1
0,02
0,03
0,05
0,1
0,1
0,001
Không có
Không phát

0,04
0,005
0,02
0,1
0,05
0,5
1,0
0,1
0,1
0,002
Không có
0,1

0,05
0,005
0,1
0,2
0,05
1
2,0
0,1
0,3
0,005
0,2

hiện thấy
0,001

0,001

0,002

22
23

C

Phenol tổng số
mg/l
Hoá chất bảo vệ thực vật clo

nước
30

6,5 - 8,5
50
≥4
4
0,5
1,5

6,5 - 8,5
0,5
1,5

hữu cơ
Aldrin/Diedrin
Endrin
B.H.C

µg/l
µg/l
µg/l

0,008
0,014
0,13

0,008
0,014
0,13

-

DDT

µg/l

0,004

0,004

-

Endosulfan

µg/l

0,01

0,01

-

Lindan

µg/l

0,38

0,38

-

10

nơi


24

Clordan
µg/l
Heptaclo
µg/l
Hoá chất bảo vệ thực vật

0,02
0,06

0,02
0,06

-

phospho hữu cơ

25

26
27
28

Paration

µg/l

0,40

0,40

-

Malation
Hóa chất trừ cỏ
2,4D
2,4,5T
Paraquat
Tổng hoạt độ phóng xạ α
Tổng hoạt độ phóng xạ β
Coliform

µg/l

0,32

0,32

-

mg/l
mg/l
mg/l
Bq/l

Bq/l
MPN/

0,45
0,16
1,80
0,1
1,0
1000

0,45
0,16
1,80
0,1
1,0
1000

0,1
1,0
1000

100ml
Ghi chú: Dấu (-) là không quy định.
 Về chất lượng nước biển xa bờ
Phạm vi điều chỉnh
 Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước biển
xa bờ.
 Quy chuẩn này áp dụng để đánh giá và kiểm soát chất lượng của nước biển
xa bờ, phục vụ mục đích bảo vệ môi trường biển.
 Không áp dụng với những vị trí cách bờ đảo, các công trình khai thác, thăm

dò dầu khí trong khoảng bán kính nhỏ hơn hoặc bằng 1km.
 Đối tượng áp dụng
Quy chuẩn này áp dụng đối với mọi tổ chức, cá nhân có các hoạt động liên
quan đến chất lượng nước biển xa bờ.
QUY ĐỊNH KỸ THUẬT
Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước biển xa bờ được quy định tại
Bảng 1.2 dưới đây.
Bảng 1.2. Giá trị giới hạn của các thông số trong nước biển xa bờ
11


TT

Thông số

Đơn vị

Giá trị giới hạn

1

pH

7,5 - 8,5

2

Kẽm (Zn)

μg/l

20

3

Asen(As)

μg/l

5

4

Thủy ngân (Hg)

μg/l

0,16

5

Cadimi (Cd)

μg/l

1

6

Tổng Crôm (Cr)

μg/l

50

7

Đồng (Cu)

μg/l

10

8

Chì (Pb)

μg/l

5

9

Tributyl thiếc (TBT)

μg/l

0,01

10 Cyanua (CN)

μg/l

5

11 Tổng các hợp chất Hydrocacbon
thơm đa vòng (PAH) (*)

μg/l

0,3

12 Tổng các Phenol

μg/l

120

13 Tổng dầu mỡ khoáng

μg/l

300

14 Các chất trừ sâu clo hữu cơ,
polyclobiphenyl
(PCB)
và
clorobenzen (**)

μg/l

Không phát hiện

15 Tổng hoạt độ phóng xạ α

Becquerel/I

0,1

16 Tổng hoạt độ phóng xạ β

Becquerel/I

1,0

Ghi chú:
(*): Các chất PAH cần phân tích: naphthalen, acenaphthylen, acenaphthen,
fluoren, phenanthren, athracen, fluroanthen, pyren, benzo[a] anthracen, chryren,
benzo[e]pyren, dibenzo[a,h]anthracen.
(**); Các chất và giới hạn phát hiện của phương pháp phân tích theo TCVN
9241: 2012 (ISO 6468: 1996) Chất lượng nước - Xác định thuốc trừ sâu clo hữu cơ,
polyclobiphenyl và clorobenzen - phương pháp sắc ký khí sau khi chiết lỏng - lỏng.
1.1.3 Mạng lưới quan trắc môi trường biển Việt Nam.

12


Mạng lưới quan trắc biển của Việt Nam đã được thiết lập và đang hoạt động.
Mạng lưới này bao gồm ba trạm quan trắc ven bờ (cho khu vực biển miền Bắc,

miền Trung và miền Nam) và hai trạm ngoài khơi. Việc quan trắc được thực hiện
hàng quý với các thông số và phương pháp xác định. Các số liệu từ mạng lưới này
đã được sử dụng để đánh giá hiện trạng môi trường và lập báo cáo hàng năm trình
Quốc hội (theo Báo cáo Quốc gia về ô nhiểm Biển từ đất liền)
Các trạm quan trắc môi trường biển bao gồm:
+Trạm vùng nước ven biển phía Bắc (Viện Tài nguyên Môi trường Biển Hải
Phòng)
+Trạm vùng nước ven biển phía Trung (Trung tâm Tư vấn Môi trường Biển,
Viện cơ học)
+Trạm vùng nước ven biển phía Nam (Viện Hải dương học Nha Trang)
+Trạm vùng biển Đông Nam Bộ (do Hải quân Việt Nam đảm nhiệm)
+Trạm vùng biển Tây Nam Bộ (do Hải quân Việt Nam đảm nhiệm)
Dữ liệu quan trắc thuộc các thành phần nhứ: khí tượng thủy văn biển, chất
lượng nước biển, sinh vật biển, trầm tích biển. Các nhóm thông số quan trắc bao
gồm:
+Đặc điểm thời tiết, thủy văn,
+Dư lượng thuốc bảo vệ thực vật,
+Hàm lượng kim loại nặng,
+Chất lượng nước biển.
+Động vật phù du, sinh vật biển,
+Trầm tích biển,
1.1.4. Các cơ quan chịu trách nhiệm về các vấn đề nước biển và vùng bờ.
Việt Nam có đường bờ biển dài hơn 3260 km, vùng đặc quyên kinh tế trên
biển của Việt Nam rộng khoảng 1 triệu km2, biển có vai trò rất lớn trong phát triển
kinh tế và an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, chất lượng môi trường biển đang bị suy
giảm. môi trường ven bờ đang bị ô nhiễm do dầu, các chất thải sinh hoạt, các chất
rắn lơ lửng. Hàm lượng hóa chất bảo vệ thực vật cao hơn giới hạn cho phép.
Do vung biển Việt Nam rộng, công tác quản lý môi trường biển còn phân tán
ở các cơ quan cấp bộ. Số liệu điều tra cơ bản còn ít hoặc thiếu, còn nặng về mô tả,
định tính. Cần thiết phải điều tra, bổ sung và cập nhật định lỳ hơn.

Môi trường liên quan tới nước do Tổng cục Môi trường Việt Nam, thuộc Bộ
Tài nguyên và Môi trường chịu trách nhiệm quản lý nhà nước, các cơ quan trực tiếp
quản lý và nghiên cứu thuộc cán bộ, ngành. Năm 2008, Tổng cục Biển và Hải đảo
13


Việt Nam được thành lập, các chương trình điều tra cơ bản và nghiên cứu khoa học
biển và đại dương là một trong nhiều nhiệm vụ mà Tổng cục này chịu trách nhiệm
chỉ đạo và thực hiện. Các cơ quan có trách nhiệm về các vấn đề nước biển và vùng
bờ được liệt kê trong bảng (Tham khảo Báo cáo Quốc gia về Ô nhiễm Biển từ đất
liền Việt Nam, 2004)

14


Bảng 1.3. Các cơ quan chịu trách nhiệm các vấn đề nước biển và vùng bờ
STT
Tên cơ quan
1
Cục Bảo vệ Môi Trường Việt Nam

Chức năng
Quản lý môi trường toàn

2

Việt Nam
Quản lý và nghiên cứu

3

4

5

6
7

Trung tâm Khí tượng Thủy Văn Quốc Gia.
- Viện Khí tượng Thủy Văn (Hà Nội)|
- Trung tâm Khí tượng Thủy văn Biển (Hà Nội)
- Phân viện Khí tượng Thủy văn (TPHCM)
Book NN&PTNT (Bộ thủy sản trước đây)
- Viện Nghiên cứu Hải sản( Hải Phòng)

về khí tượng và thủy văn
Quản lý và nghiên cứu
thủy văn
Nghiên cứu hải sản
Các cơ quan nghiên cứu

Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
- Viện Hải Dương Học Nha Trang(IO)
quốc gia
- Phân Viện Hải Dương Học Hải Phòng(HIO)
- Phân Viện Hải Dương Học Hà Nội
- Trung tâm Nghiên cứu, Khảo sát và tư vấn Môi
trường Biển Hà Nội (CMESRC)
Bộ Giao thông Vận tải
- Công ty Thiết kế Giao thông Vận tải Hà Nội

Quản lý và nghiên cứu
giao thông vận tải trong
đó có vận tải biển
Nghiên cứu dưới đất

Bộ Công Thương
- Viện Mỏ Địa chất Hà Nội
Mạng lưới quan trắc Quốc gia về nước và không khí
Khảo sát chất lượng môi
- Trạm vùng phía Bắc: Đại Học Xây Dựng Hà Nội
trường, trong đó có môi
- Trạm vùng miền trung: Trung tâm Môi trường Quân sự
- Trạm vùng phía Nam: Trường Đại học Bách Khoa trường biển
TPHCM
- Trạm vùng nước ven biển phía bắc: HIO
- Trạm vùng nước ven biển miền Trung: CMESRC
- Trạm vùng nước ven biển phía Nam:IO
- Trạm vùng nước Côn Đảo: Viện nghiên cứu Hải sản
1.1.5. Tổng quan về phương pháp quan trắc tại các trạm của Việt Nam.
Các trạm quan trắc đảm nhiệm việc quan trắc trong một phạm vi nhất đinh
trên vùng biển Việt Nam. Phương pháp quan trắc là lấy mẫu và đo đạc hiện trường,
tổ chức quan trắc được chia thành tưng nhóm, mỗi nhóm được trang bị các thiết bị
đo đạc và lấy mẫu tại hiện trường. phương tiện di chuyển trên mặt biển trong quá
trình quan trắc chủ yếu là các tàu đánh cá thuê của ngư dân.
15


Các dụng cụ đo đạc và lấy mẫu được trang bị cho từng nhóm, để đo nhiệt độ
nước biển dùng máy đo nhiệt hoặc nhiệt kế thủy ngân, có độ chính xác 0.1 C.

Để có thể đánh giá kết quả quan trắc giữa các điểm trong cùng một đợt thì
việc đảm bảo đồng bộ về thời gian quan trắc là yêu cầu vô cùng quan trọng. Tuy
nhiên, việc di chuyển trong một vùng rộng lớn cũng là một cản trở về đồng bộ thời
gian giữa các nhóm cũng như về thời gian tổ chức quan trắc giữa các trạm quan trắc
ở khu vực biển khác nhau. Hạn chế của nguồn dữ liệu này là chỉ có chủ yếu ở vùng
ven bờ biển.
Ngoài các dữ liệu quan trắc tại các trạm còn có một số dữ liệu quan trắc của
các tổ chức nghiên cứu biển kết hợp phục vụ đa mục tiêu. Dữ liệu này được quan
trắc và đo đạc bằng các tàu quan trắc chuyên dụng, khảo sát theo một số tuyến xác
định. Phạm vi quan trắc được mở rộng xa bờ tới các vùng biển quốc tế, nguồn dữ
liệu này không thuộc phạm vi quản lý và lưu trữ ở các trạm quan trắc, tuy nhiên là
nguồn dữ liệu tin cậy phục vụ cho công tác nghiên cứu của các chuyên gia.
1.1.6. Mục tiêu nhiệm vụ và các thông số quan trắc tại trạm.
Các trạm quan trắc và phân tích môi trường biển đảm nhiệm quan trắc
thường xuyên, 4 lần trong năm. Mục tiêu là quan trắc và phân tích chất lượng ba
hợp phần môi trường: nước, trầm tích và sinh vật, nhằm phát hiện những thay đổi
về môi trường và ô nhiễm. Trên cơ sở đó đưa ra cảnh báo, kiểm soát và ngăn ngừa,
bảo vệ môi trường biển.
Nhiệm vụ của các trạm là quan trắc và phân tích các thông số tại các điểm
theo từng đợt trong năm. Các trạm được phân bố dọc theo bờ biển từ Bắc tới Nam
chủ yếu là quan trắc và phân tích các thông số cho dải chịu tác động ven bờ biển.
Phương pháp quan trắc là tổ chức thành các nhóm và khảo sát theo đợt, lấy
mẫu thực địa, sử dụng ô tô, tàu thuyền thuê của dân để di chuyển ven bờ. Mỗi nhóm
quan trắc được trang bị các thiết bị đo đạc, lấy mẫu hiện trường cũng như bảo quản
và xử lý mẫu.
Kết quả của các đợt quan trắc và phân tích được thống kê theo dạng bảng
biểu, trên đó ghi các thông số qua các đợt quan trắc. Các giá trị quan trắc và phân
tích trong phòng được sử dụng để xây dựng các báo cáo và phân tích môi trường
biển hàng năm. Vì tần suất quan trắc trong năm là ít (4 lần) và chỉ có ở các điểm
quan trắc, nhưng những điểm quan trắc này là đại diện cho cả một vùng biển, cho

16


nên các giá trị quan trắc không đưa ra bức tranh tổng thể và chi tiết cho từng vùng
biển. Théo đánh giá chung, công tác điều tra có bản tài nguyên môi trường biển hiện
tại của Việt Nam thì còn nhiêu hạn chế, trong đó có mạng lưới điểm quan trắc còn
thưa, quan trắc chưa tuân thủ một quy định và chưa đáp ứng được yêu cầu đối với
các cơ quan sử dụng thông tin.
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu quan trắc nhiệt độ bề mặt biển đông
trên Thế Giới
1.2.1. Dự án giám sát Môi trường biển của Châu Âu
( Global Montitoring for Environment and Security – GMS) GMS là dự án
của Châu Âu, bao gồm các quốc gia thành viên và các cơ quan chuyên môn của
Anh, Pháp, Italia, Bỉ. Mục tiêu của dự án là giám sát và cung cấp thông tin trên các
vùng biển Địa Trung Hải, Bắc Đại Tây Dương. Các thông tin bao gồm:
+ Dầu tràn
+ Chất lượng nước
+ Mô hình đại dương
+ Mô hình khí hậu bề mặt
Dự án được chia làm nhiều giai đoạn và được tiến hành nhiều năm.
Giai đoạn 1: Được tiến hành trong 2 năm (2003-2004), bao gồm xác định
và phân tích nhiệm vụ cụ thể như:
+ Xác định các dịch vụ thông tin cần giám sát và quan trắc,
+ Lợi ích của các thông tin sẽ cung cấp,
+ Xác định các nhiệm vụ cụ thể cho giai đoạn 2
Giai đoạn 2: Tiến hành trong 2005 đến 2008 bao gồm các mục tiêu:
+ Khả năng duy trì bền vững của dự án, bao gồm tìm kiếm và chuẩn bị
nguồn tài trợ cho dự án thông qua các cơ quan sử dụng dữ liệu,
+ Thiết lập cơ sở lâu dài, mở rộng mạng lưới cung cấp dịch vụ, dữ liệu.
Giai đoạn 3: Từ năm 2008 là giai đoạn dự án đi vào hoạt động.

17


Marcoast (Marine & Coastal Environmental Information Services) là một dự
án thuộc GMS, được ESA tài trợ kéo dài trong 3 năm, có mục đích thiết lập mạng
lưới ổn định nhằm cung cấp dịch vụ thông tin biển cà dải ven biển. Dự án được tiến
hành từ 10/2005, các thông tin phục vụ giám sát bao gồm 2 dòng dữ liệu: dòng dịch
vụ dữ liệu dầu tràn và dòng dịch vụ dữ liệu chất lượng nước.
Dòng dịch vụ dữ liệu tràn dầu bao gồm các nhiệm vụ:
+ Giám sát dầu tràn
+ Dự báo sự di chuyển của dầu tràn.
Dòng dịch vụ dữ liệu chất lượng nước bao gồm các nhiệm vụ:
+ Giám sát và cảnh báo chất lượng nước
+ Giám sát, dự báo tảo độc trong nước
+ Đánh giá chất lượng nước
+ Cung cấp dữ liệu khí tượng biển. Dòng dịch vụ dữ liệu dầu tràn sử dụng
ảnh SAR để mô hình hóa sự di chuyển của dầu tràn.
1.2.2 Dự án CoastWatch
CoastWatch là dự án được phối hợp giữa các cơ quan trong NOAA và một
số cơ quan khác của Mỹ. Nội dung của dự án là thiết lập và cung cấp các sản phẩm
dữ liệu phân tích từ ảnh vệ tinh với thời gian thực để bảo vệ, phục hồi và quản lý tài
nguyên vùng biển nước Mỹ, nghiên cứu sự thay đổi của khí hậu. Người sử dụng dữ
liệu bao gồm các cơ quan và tổ chức của nhà nước, các nhà khoa học nghiên cứu
môi trường biển, các nhà quản lý tài nguyên dải ven biển...
Dự án CoasWatch được thiết lập từ năm 1987, nhằm quan sát hai hiện tượng
điển hình. Hiện tượng thứ nhất là tảo độc xuất hiện trên vùng biển Carolina và dòng
nước ấm Gulf Stream chuyển tới vùng nước lạnh hơn ở gần Cape Loookout. Hiện
tượng thứ hai là một động vật có vú bi chết và hớn 700 cá thể cá heo mũi to chết đột
ngột ở giữa biển Đại Tây Dương. Cả hai trường hợp đã cảnh báo các cơ quan khai
thác các nguồn dữ liệu truyền thống để giảm sát các vùng nước ven bờ. Dữ liệu đó

có thế là dữ liệu vệ tinh cung cấp với thời gian thực.
18


Dự án CoastWatch khởi đầu chỉ cung cấp dữ liệu nhiệt độ bề mặt nước biển
trên vùng biển phía đông, sử dụng dữ liệu NOAA/A VHRR. Hiện tại, dự án cung
cấp các loại dữ liệu từ các vệ tinh khác nhau phủ trùm toàn bộ vùng biển nước Mỹ.
Dữ liệu nhiệt độ bề mặt nước biển ứng dụng trong dự báo thời tiết và xác định các
vùng đánh bắt cá. Các nhà sinh vật học sử dụng dữ liệu màu nước biển để dự đoán
sự nở hoa của tảo gây hại. Hoa tiêu tàu biển sử dụng dữ liệu gió bề mặt đại dương
để dẫn đường cho tàu.
Dự án CoatWatch bao gồm hai hợp phần: Trung tâm xử lý và các trạm địa
phương (Regional nodes). Các hoạt động tại trung tâm được điều hành bởi NÉSDIS
(NOAA’s National Environmental Satellite Data and Information Service). Các
trạm địa phương nằm rải rác trên toàn lãnh thổ, bao gồm trang thiết bị và con người,
cung cấp dữ liệu thời gian thực và kiến thức chuyên gia cho các người sử dụng ở
địa phương.
Nhóm dữ liệu cung cấp từ Trung tâm xử lý:
+ Nhiệt độ bề mặt nước biển
+ Gió bề mặt đại dương
Các sản phẩm hiện tại dự án cung cấp bao gồm:
+ Ảnh màu thực
- Terra/Aqua MODIS True Color(250m)
+ Ảnh màu nước biển
- Dự báo tảo nở hoa từ ảnh SeaWiFS
+ Nhiệt độ bề mặt nước biển.
- Các sản phẩm SST từ ảnh MODIS
- Các sản phẩm SST từ ảnh MODIS, từ ảnh POES/A VHRR,GOES.
- Các sản phẩm SST từ ảnh radar TRMM
+ Gió bề mặt đại dương.

- Các sản phẩm gió bề mặt biển từ ảnh QuikSCAT.
19