Tác giả

Nguyễn Quang Minh 1 , Nguyễn Văn Trung 2,3 , Lê Thị Thu Hà 2,3*

Đơn vị công tác

1 Cục Bản đồ, Bộ tổng tham mưu, Bộ Quốc phòng; nguyenquangminh.sar@gmail.com

2 Trường Đại học Mỏ - Địa chất; nguyenvantrung@humg.edu.vn; lethithuha@humg.edu.vn

3 Nhóm nghiên cứu Công nghệ Địa tin học trong Khoa học Trái đất (GES), Trường Đại học Mỏ - Địa chất; nguyenvantrung@humg.edu.vn; lethithuha@humg.edu.vn

*Tác giả liên hệ: lethithuha@humg.edu.vn; Tel.: +84–983115967

Tóm tắt

Quan trắc các rạn san hô và cỏ biển là một thách thức đặc biệt đối với công nghệ viễn thám do sự không đồng nhất của phản xạ phổ xảy ra ở các độ sâu khác nhau và các thành phần vật chất trong nước. Nghiên cứu này sử dụng các kỹ thuật xử lý dữ liệu đa phổ Sentinel-2 để thành lập bản đồ sinh vật đáy khu vực quần đảo Côn Đảo, đặc biệt là các rạn san hô và cỏ biển để phục vụ quản lý, giám sát các hiện tượng biến đổi của chúng trong bối cảnh nước biển ấm lên do biến đổi khí hậu. Các kỹ thuật loại trừ phản xạ phổ của tia sáng trên bề mặt nước, tính toán chỉ số độ sâu không đổi và phân loại các sinh vật đáy được sử dụng phân loại để thành lập bản đồ sinh vật đáy gồm rạn san hô và cỏ biển với độ chính xác tổng thể đạt 79,66% và hệ số kappa đạt được là 0,694. Sự phân bố của san hô, cỏ biển và cát biển phụ thuộc nhiều vào địa hình đáy biển khu vực nước nông và môi trường sống của hệ sinh thái dưới nước khu vực nghiên cứu. Kết quả của nghiên cứu này là tiền đề cho áp dụng dữ liệu đa phổ vệ tinh để nghiên cứu các sinh vật đáy ở vùng nước nông ven các đảo và bờ biển của nước ta.

Từ khóa

Bản đồ sinh vật đáy; Dữ liệu đa phổ Sentinel-2; Quần đảo Côn Đảo.

Trích dẫn bài báo

Minh, N.Q.; Trung, N.V.; Hà, L.T.T. Ứng dụng dữ liệu đa phổ Sentinel-2 trong thành lập bản đồ sinh vật đáy khu vực quần đảo Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu, Việt Nam. Tạp chí Khí tượng Thuỷ văn 2024, 766, 65-76.

Tài liệu tham khảo

1. Pandolfi, J.M.; Bradbury, R.H.; Sala, E.; Hughes, T.P.; Bjorndal, K.A.; Cooke, R.G.; McArdle, D.; McClenachan, L.; Newman, M.J.H.; Paredes, G. Global trajectories of the long-term decline of coral reef ecosystems. Science 2003, 301, 955–958.

2. Bellwood, D.R.; Hughes, T.P.; Folke, S.; Nyström, M. Confronting the coral reef crisis. Nature 2004, 429, 827–833.

3. Hoegh-Guldberg, O.; Mumby, P.J.; Hooten, A.J.; Steneck, R.S.; Greenfield, P.; Gomez, E. Coral reefs under rapid climate change and ocean acidification. Science 2007, 318, 1737–1742.

4. Moberg, F.; Folke, C. Ecological goods and services of coral reef ecosystems. Ecol. Econ. 1999, 29(2), 215–233.

5. Burke, L.; Reytar, K.; Spalding, M.; Perry A. Reefs at risk revisited, World Resources Institute, 2011.

6. Costanza, C.; Folke R. Valuing ecosystem services with efficiency, fairness and sustainability as goals, Island press, 1997.

7. Bryant, M.D.; Burke, L.; McManus, J.W.; Spalding, M.D. Reefs at risk: a map-based indicator of threats to the world’s coral reefs. World Resources Institute, 1998. Available online: https://www.worldfishcenter.org/.

8. Cesar, H.L.; Burke, L.; Pet-Soede, L. The economics of worldwide coral reef degradation. International Coral Reef Action Network, 2003.

9. Costanza, R.; dArge, R.; de Groot, R.; Farber, S.; Grasso, M., Hannon, B.; Limburg, K.; Naeem, S.; ONeill, R.V.; Paruelo, J.; Raskin, R.G.; Sutton, P.; van den Belt, M. The value of the world’s ecosystem services and natural capital. Nature 1997, 387, 253–260.

10. Giardino, C.; Bresciani, M.; Fava, F.; Matta, E.; Brando, V.E.; Colombo, R. Mapping submerged habitats and mangroves of Lampi Island Marine National Park (Myanmar) from in situ and satellite observations. Remote Sens. 2016, 8, 2. https://doi.org/10.3390/rs8010002.

11. Hedley, J.D.; Russell, B.; Randolph, K.; Dierssen, H. A physics-based method for the remote sensing of seagrasses. Remote Sens. Environ. 2016a, 174, 134–147.

12. Hedley, J.D.; Roelfsema, C.M.; Chollett, I.; Harborne, A.R.; Heron, S.F.; Weeks, S.,
Skirving, W.J.; Strong, A.E.; Eakin, C.M.; Christensen, T.R.L.; Ticzon, V.; Bejerano, S.; Mumby, P.J. Remote sensing of coral reefs for monitoring and management: a review. Remote Sens. 2016b, 8, 118–157.

13. Wang, C.K.; Philpot, W.D. Using airborne bathymetric lidar to detect bottom type variation in shallow waters. Remote Sens. Environ. 2007, 106(1), 123–135.

14. Eren, F.; Pe’eri, S.; Rzhanov, Y.; Ward, L. Bottom characterization by using airborne lidar bathymetry (ALB) waveform features obtained from bottom return residual analysis. Remote Sens. Environ. 2018, 206, 260–274.

15. Zavalas, R.; Ierodiaconou, D.; Ryan, D.; Rattray, A.; Monk, J. Habitat classification of temperate marine macroalgal communities using bathymetric LiDAR. Remote Sens. 2014, 6(3), 2154–2175.

16. Wang, L.; Liu, H.X.; Su, H.B.; Wang, J. Bathymetry retrieval from optical images with spatially distributed support vector machines. GISScience Remote Sens. 2019, 56, 232–337.

17. Tonina, D.; McKean, J.A.; Benjankar, R.M.; Wright, C.W.; Goode, J.R.; Chen, Q.W.;
Reeder, W.J.; Carmichael, R.A.; Edmondson, M.R. Mapping river bathymetries: evaluating topo bathymetric LiDAR survey. Earth Surf. Process. Landf. 2019, 44, 507–520.

18. Tiit, K.; John, H.; Claudia, G.; Chris R.; Vittorio E. Remote sensing of shallow waters - A 50year retrospective and future directions. Remote Sens. Environ. 2020, 240, 111619.

19. Smith, V.E.; Rogers, R.H.; Reed, L.E. Automated mapping and inventory of Great Barrier Reef zonation with Landsat data. Proceeding of the Ocean 75 Conference Record. Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc, New York, 1975.

20. Andréfouët, S.; Muller-Karger, F.E.; Robinson, J.A.; Kranenburg, C.J.; Torres-Pulliza, D.; Spraggins, S.; Murch, B. Global assessment of modern coral reef extent and diversity for regional science and management applications: A view from space. Proceedings of the 10th International Coral Reef Symposium, Okinawa, Japan, 2004.

21. Palandro, D.A.; Andréfouët, S., Hu, C.; Hallock, P.; Muller-Karger, F.; Dustan, P.,
Callahan, M.K.; Kranenburg, C.; Beaver, C.R. Quantification of two decades of shallow-water coral reef habitat decline in the Florida Keys National Marine
Sanctuary using Landsat data (1984–2002). Remote Sens. Environ. 2008, 112, 3388–3399.

22. El-Askary, H.; Abd El-Mawla, S.H.; Li, J., El-Hattab, M.M.; El-Raey, M. Change detection of coral reef habitat using Landsat-5 TM, Landsat 7 ETM+ and Landsat 8 OLI data in the Red Sea (Hurghada, Egypt). Int. J. Remote Sens. 2014, 35, 2327–2346.

23. Giardino, C.; Bresciani, M.; Fava, F.; Matta, E.; Brando, V.E.; Colombo, R. Mapping submerged habitats and mangroves of Lampi Island Marine National Park (Myanmar) from in situ and satellite observations. Remote Sens. 2016, 8, 13.

24. Bour, W. SPOT images for a coral reef mapping in New Caledonia. A fruitful approach for classic and new topics. Proceedings of the 6th International Coral Reef Symposium, Australia, 1988, 22, 445–448.

25. Bour, W.; Loubersac, L.; Rual, P. Thematic mapping of reefs by processing of simulated SPOT satellite data: application to the Trochus niloticus biotope on Tetembia Reef (New Caledonia). Mar. Ecol. Prog. Ser. 1986, 34, 243–249.

26. Mumby, P.J.; Baker, M.A.; Raines, P.S.; Ridley, J.M.; Phillips, A.T. The potential of SPOT panchromativ imagery as a tool for mapping coral reefs. Proceeding of the Second Thematic Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments. New Orleans, USA, 1994.

27. Mumby, P.J.; Green, E.P.; Edwards, A.J.; Clark, C.D. Measurement of seagrass standing crop using satellite and digital airborne remote sensing. Mar. Ecol. Prog. Ser. 1997a, 159, 51–60.

28. Mumby, P.J.; Green, E.P.; Edwards, A.J.; Clark, C.D. Coral reef habitat-mapping: how much detail can remote sensing provide? Mar. Biol. 1997b, 130, 193–202.

29. Roy, D.P.; Li, J.; Zhang, H.K.; Yan, L.; Huang, H.; Li, Z. Examination of sentinel-2A multi-spectral instrument (MSI) reflectance anisotropy and the suitability of a general method to normalize MSI reflectance to nadir BRDF adjusted reflectance. Remote Sens. Environ. 2017, 199, 25–38.

30. Hedley, J.D.; Roelfsema, C.; Koetz, B.; Phinn, S. Capability of the sentinel 2 mission for tropical coral reef mapping and coral bleaching detection. Remote Sens. Environ. 2012, 120, 145–155.

31. Dörnhöfer, K.; Göritz, A.; Gege, P.; Pflug, B.; Oppelt, N. Water constituents and water depth retrieval from Sentinel-2A—A first evaluation in an oligotrophic lake. Remote Sens. 2016, 8(11), 941.

32. Fritz, C.; Schneider, T.; Geist, J. Seasonal variation in spectral response of submerged aquatic macrophytes: A case study at Lake Starnberg (Germany). Water 2017, 9, 527.

33. Fritz, C.; Kuhwald, K.; Schneider, T.; Geist, J.; Oppelt, N. Sentinel-2 for mapping the spatio-temporal development of submerged aquatic vegetation at Lake Starnberg (Germany). J. Limnol. 2019, 78(1), 71–91.

34. Traganos, D.; Reinartz, P. Mapping Mediterranean seagrasses with Sentinel-2 imagery. Mar. Pollut. Bull. 2018, 134, 197–209.

35. Traganos, D.; Aggarwal, B.; Poursanidis, D.; Topouzelis, K.; Chrysoulakis, N.; Reinartz, P. Towards global-scale seagrass mapping and monitoring using Sentinel-2 on Google Earth Engine: the case study of the Aegean and Ionian seas. Remote Sens. 2018, 10(8), 1227.

36. Hoàng, C.T.; Nguyễn, H.C.T.; Nguyễn, T.U. Hiện trạng và biến động thảm cỏ biển ở đầm Lăng Cô tỉnh Thừa Thiên Huế giai đoạn 2001–2020. Tạp chí Khoa học Đại học Huế: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn 2020, 129(3D), 81–97.

37. Cao, V.L.; Đàm, Đ.T.; Nguyễn, Đ.T.; Nguyễn, V.Q. Thành phân loài và phân bố của cỏ biển tại đầm Nại - Ninh Thuận. Tuyển tập Hội nghị Khoa học toàn quốc về sinh học biển và phát triển bền vững lần thứ II, 2013, 131–137.

38. Chen, C.F.; Lau, V.K.; Chang, N.B.; Nguyen, T.S.; Tong, P.H.T.; Chiang, S.H. multi-temporal change detection of seagrass beds using integrated Landsat TM/ETM+/OLI imageries in Cam Ranh Bay, Vietnam. Ecol. Inf. 2016, 35, 43–54. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2016.07.005.

39. Trần, Đ.T.; Lê, Đ.A.; Nguyễn, H.C.; Trần, Đ.L.; Nguyễn, V.Q.; Tạ, H.P. Biển đảo Việt Nam - Tài nguyên vị thế và những kì quan địa chất, sinh thái tiêu biểu. Nhà xuất bản Khoa học tự nhiên và Công nghệ, 2012.

40. SUHET. Sentinel-2 User Handbook, Issue 1 Revision 2. European Space Agency. 2015. Available online: https://earth.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-2-msi.

41. Hedley, J.D.; Harborne, A.R.; Mumby, P.J. Technical note: Simple and robust removal of sun glint for mapping shallow‐water benthos. Int. J. Remote Sens. 2005, 26, 2107–2112.

42. Green, E.; Mumby, P.; Edwards, A.; Clark, C. Remote sensing: Handbook for Tropical Coastal Management (United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization (UNESCO)). 2020.

43. Foody, G.M.  Status of land cover classification accuracy assessment. Remote Sens. Environ. 2002, 80(1), 185–201.

44. Thông tin về dữ liệu đa phổ Sentinel-2. Trực tuyến: https://earth.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-2-msi/resolutions/radiometric.