Phân tích biến đổi địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh Sentinel-2

Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel-2 và dữ liệu khảo sát địa hình đáy biển tháng 6/2019 để xây dựng phương trình tương quan ước tính độ sâu cho khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phân tích biến đổi địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh Sentinel-2 TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂNBài báo khoa họcPhân tích biến đổi địa hình đáy biển ven bờ khu vực cửa TiênChâu, tỉnh Phú Yên sử dụng ảnh Sentinel-2Đỗ Xuân Tình1*, Trần Thanh Tùng2, Trần Đăng Hùng3 1 Viện Đào tạo và Khoa học ứng dụng miền Trung; tinhdx@tlu.edu.vn 2 Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy Lợi; t.t.tung@tlu.edu.vn 3 Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu; danghung2261991@gmail.com *Tác giả liên hệ: tinhdx@tlu.edu.vn; Tel.: +84–982124650 Ban Biên tập nhận bài: 10/11/2023; Ngày phản biện xong: 25/12/2023; Ngày đăng bài: 25/4/2024 Tóm tắt: Theo dõi, giám sát biến đổi địa hình đáy biển ven bờ vùng cửa sông là bước quan trọng giúp phân tích, đánh giá quy luật biến đổi hình thái vùng cửa sông. Khảo sát địa hình đáy biển bằng phương pháp truyền thống sử dụng kỹ thuật đo sâu hồi âm thường có chi phí cao và tốn thời gian. Ảnh viễn thám đa phổ với lợi thế về chi phí và tầm bao phủ rộng đã được sử dụng khá phổ biến trong thời gian gần đây để ước tính độ sâu ở vùng ven bờ do nguồn dữ liệu ảnh viễn thám ngày càng phong phú và có độ phân giải tốt. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng ảnh vệ tinh đa phổ Sentinel-2 và dữ liệu khảo sát địa hình đáy biển tháng 6/2019 để xây dựng phương trình tương quan ước tính độ sâu cho khu vực cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên. Phương trình tương quan có độ chính xác khá tốt (hệ số tương quan R2 = 0,7) đã được sử dụng để giải đoán địa hình đáy biển ven bờ cửa Tiên Châu trong giai đoạn từ 2016 đến 2022. Các kết quả phân tích diễn biến của doi cát và cồn ngầm ở khu vực cửa Tiên Châu trong thời kỳ gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam, từ 2016 đến 2022 sẽ là cơ sở phục vụ đề xuất các giải pháp chỉnh trị cửa Tiên Châu trong tương lai. Từ khóa: Cửa Tiên Châu; Đáy biển ven bờ; Diễn biến hình thái; Ảnh vệ tinh đa phổ; Sentinel-2.1. Mở đầu Khả năng theo dõi và xác định độ sâu đáy biển vùng ven bờ một cách đáng tin cậy theothời gian là rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng bao gồm quản lý và phát triển vùng venbiển, giám sát và giảm thiểu rủi ro ven biển, nghiên cứu khoa học ven biển, cùng nhiều ứngdụng khác [1, 2]. Các phép đo độ sâu tại chỗ truyền thống bằng hồi âm và đo khoảng cáchánh sáng (LiDAR) rất tốn thời gian và có chi phí cao [3]. Gần đây, các công cụ viễn thám gần đã được sử dụng khá phổ biến để thu thập các loạidữ liệu khác nhau cho phép giám sát các khu vực ven biển [4, 5]. Những công cụ này khácnhau về tần số thời gian và phạm vi không gian. Máy quay video đặt trên bờ hoặc gắn trênmáy bay không người lái thường xuyên cung cấp hình ảnh có độ phân giải cao tuy nhiênphạm vi phủ sóng hạn chế về mặt không gian [6–8]. Mặt khác, các vệ tinh như chùm vệ tinhSentinel-2 của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA) cung cấp hình ảnh có độ phân giải trungbình(10 m) với phạm vi phủ sóng toàn cầu với độ phân giải thời gian tương đối cao (5 ngàymột lần với Sentinel-2) [9, 10]. Những sản phẩm vệ tinh viễn thám này đã được chứng minhlà nguồn tài nguyên quý giá trong nhiều nghiên cứu và ứng dụng khoa học ven biển. Ví dụ,có rất nhiều nghiên cứu về việc sử dụng dữ liệu màu đại dương để định lượng các thông sốchất lượng nước [11–13]. Các phương pháp sử dụng hình ảnh vệ tinh để ước tính độ sâu củaTạp chí Khí tượng Thủy văn 2024, 760, 29-40; doi:10.36335/VNJHM.2024(760).29-40 http://tapchikttv.vn/Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2024, 760, 29-40; doi:10.36335/VNJHM.2024(760).29-40 30nước có thể được chia thành hai loại dựa trên hiện tượng mục tiêu được nghiên cứu. Cụ thểlà ảnh hưởng của phép đo độ sâu đến sự truyền và phân tán sóng bề mặt (động học sóng),cũng như mối quan hệ giữa độ sâu của nước với sự xuyên thấu và phản xạ ánh sáng trongnước (màu nước). Các phương pháp dựa trên sự truyền bức xạ của ánh sáng trong nước dướidạng hàm của độ sâu và bước sóng (tức là các phương pháp dựa trên màu sắc) có thể đượcsử dụng để ước tính độ sâu ở vùng nước nông về mặt quang học [14–19]. Các phương phápnhư vậy rất nhạy cảm với các đặc tính quang học của nước biển và thường được giới hạn ởvùng nước trong và không đục [20]. Các phương pháp khác dựa trên động học sóng tríchxuất các đặc điểm sóng từ ảnh vệ tinh như độ lệch pha sóng và số sóng để ước tính độ sâubằng cách sử dụng hệ thức phân tán tuyến tính [21]. Cả hai phương pháp đều mang lại nhữnglợi ích khác nhau. Các phương pháp dựa trên sự truyền bức xạ của ánh sáng trong nước sẽchính xác hơn ở vùng nước nông (độ sâu lên tới 15 m) và có thể phát hiện các đặc điểm đođộ sâu ở quy mô nhỏ hơn, với sai số tuyệt đối là 10-20% giá trị mục tiêu, và RMSE trungbình là 1,5 m [22–24]. Mặt khác, các phương pháp tiếp cận dựa trên động học sóng đượcđiều chỉnh trước dựa trên khả năng quan sát được các mẫu sóng trong hình ảnh đầu vào, tuynhiên, phạm vi độ sâu có thể phát hiện của chúng lớn hơn đáng kể so với phạm vi thôngthường của các phương pháp dựa trên màu sắc [17] nhưng có độ chính xác kém hơn khi ápdụng. Trên toàn cầu (RMSE trong khoảng 6-9 m [17]). Nhiệm vụ xây dựng hàm ước lượngđộ sâu áp dụng cho dữ liệu vệ tinh là không hề đơn giản và vẫn là một chủ đề nghiên cứuđang được tiến hành do tiềm năng to lớn mà nó mang lại trong việc giám sát hình thái độnglực học ven biển ở quy mô lớn với chi phí thấp. Tại Việt Nam, những nghiên cứu về ứng dụng viễn thám trong giải đoán địa hình đáybiển còn khá mới mẻ, gần đây có nghiên cứu [25] ứng dụng ảnh vệ tinh Sentinel 2 trong giảiđoán địa hình đáy biển của Nhật Lệ, Quảng Bình. Kết quả nghiên cứu đã xây dựng thànhcông mô hình tương quan giữa dữ liệu độ sâu đo thực tế và chỉ số độ sâu y = 63,102x – 53,898có hệ số tương quan RMSE = 0,75 cho cửa Nhật Lệ. Trong những năm gần đây, hiện tượng bồi lấp tại cửa Tiên Châu, tỉnh Phú Yên đã vàđang gây ảnh hưởng lớn tới phát triển kinh tế xã hội trong khu vực. Nhằm phân tích, xác địnhđược quy luật, diễn biến doi cát và cồn ...