การตรวจวัดความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ด้วยระบบตรวจวัดระยะไกล—พื้นฐานสำคัญสำหรับการปกป้องและฟื้นฟูทรัพยากรน้ำ

แหล่งน้ำจืดเป็นองค์ประกอบสำคัญของระบบนิเวศทางธรรมชาติที่มนุษย์พึ่งพาอาศัยเพื่อความอยู่รอดและการพัฒนา โดยมีบทบาทที่ไม่อาจทดแทนได้ในการจัดหาน้ำ การควบคุมภัยแล้งและน้ำท่วม การขนส่งและการเดินเรือ การควบคุมสภาพภูมิอากาศ การเป็นแหล่งที่อยู่อาศัยของสิ่งมีชีวิต และการรักษาสภาพความหลากหลายทางชีวภาพ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ภายใต้อิทธิพลของกิจกรรมของมนุษย์และการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ทรัพยากรน้ำจืด สภาพแวดล้อมทางน้ำ และระบบนิเวศทางน้ำได้เผชิญกับปัญหาและภัยคุกคามในระดับต่างๆ กัน ปัญหาการเกิดภาวะยูโทรฟิเคชันและการเกิดปรากฏการณ์สาหร่ายบานสะพรั่งเป็นปัญหาการปนเปื้อนที่พบได้ทั่วไปในแหล่งน้ำจืด และความสมดุลระหว่างการพัฒนาลุ่มน้ำและการประสานงานทางนิเวศวิทยาได้รับความสนใจจากหน่วยงานที่เกี่ยวข้องมากขึ้นเรื่อยๆ

การตรวจสอบความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์ด้วยระบบตรวจวัดระยะไกล

ปัจจุบัน นักวิชาการจำนวนมากทั้งในและต่างประเทศกำลังใช้ข้อมูลจากระบบสำรวจระยะไกลเพื่อตรวจสอบความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในแม่น้ำภายในประเทศ ทะเลสาบขนาดใหญ่ พื้นที่อ่างเก็บน้ำ และแหล่งน้ำขนาดเล็กในเขตเมือง วิธีการตรวจสอบความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในแหล่งน้ำภายในประเทศโดยใช้ระบบสำรวจระยะไกลนี้มีความสำคัญในทางปฏิบัติอย่างมากต่อการเสริมสร้างการจัดการสิ่งแวดล้อมทางน้ำในลุ่มน้ำ การควบคุมแหล่งกำเนิดมลพิษ และการสร้างอารยธรรมทางนิเวศวิทยา

คลอโรฟิลล์-เอ เป็นองค์ประกอบหลักในการสังเคราะห์แสงของไซยาโนแบคทีเรีย และปริมาณของมันค่อนข้างคงที่ในแพลงก์ตอน ทำให้ง่ายต่อการแยกและวิเคราะห์ภายใต้สภาวะในห้องปฏิบัติการการวัดปริมาณคลอโรฟิลล์เอในแหล่งน้ำสามารถใช้ประเมินระดับภาวะยูโทรฟิเคชันเบื้องต้นได้ ซึ่งจะช่วยให้เข้าใจคุณภาพน้ำได้ดียิ่งขึ้นดังนั้น การติดตามตรวจสอบความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในแหล่งน้ำจืดอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลานาน จึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งต่อการปกป้องและฟื้นฟูทรัพยากรน้ำบนบก

บริษัท CAS Xiguang Aerospace - การผกผันความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์

เมื่อแสงแดดส่องลงมาจากชั้นบรรยากาศสู่ผิวน้ำในแหล่งน้ำจืด ปรากฏการณ์ทางแสง เช่น การสะท้อน การหักเห และการดูดกลืน จะเกิดขึ้นที่บริเวณรอยต่อระหว่างน้ำกับไอน้ำ คุณลักษณะทางสเปกตรัมของแหล่งน้ำที่เซ็นเซอร์ตรวจจับได้นั้น ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางแสงของแหล่งน้ำเอง องค์ประกอบของสารในน้ำ สภาพอากาศ และมุมการถ่ายภาพของเซ็นเซอร์ ในกระบวนการที่แสงแดดผ่านชั้นบรรยากาศไปถึงผิวน้ำ ส่วนเล็กน้อยจะถูกชั้นบรรยากาศกระเจิงไป ในขณะที่ส่วนใหญ่จะไปถึงผิวน้ำ แสงส่วนใหญ่ที่ส่งผ่านไปยังผิวน้ำจะถูกสะท้อนกลับ และส่วนที่เหลือจะซึมเข้าไปในแหล่งน้ำ

ความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันระหว่างแถบแสงที่มองเห็นได้และการสะท้อนแสงสเปกตรัมของน้ำที่มีความบริสุทธิ์สูงนั้นเกือบจะเป็นเส้นตรง เมื่อมีสารอื่น ๆ ปะปนอยู่ในน้ำบริสุทธิ์ เส้นโค้งการสะท้อนแสงของน้ำจะเปลี่ยนแปลงไปเนื่องจากคลอโรฟิลล์เอเป็นสารที่มีความไวต่อแสงสูง จึงจะแสดงยอดหรือหุบที่สอดคล้องกันในเส้นโค้งสเปกตรัมของน้ำเมื่อความเข้มข้นของมันเปลี่ยนแปลงไป จากการศึกษาลักษณะเฉพาะของสเปกตรัมของคลอโรฟิลล์เอ ทำให้สามารถตรวจสอบและทำนายความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในน้ำได้แบบย้อนกลับ  

บริษัท CAS Xiguang Aerospace - การผกผันความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์

ภาพด้านบนแสดงผลการวิเคราะห์ความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในอ่าวโป๋ไห่ ซึ่งได้จากทีมวิจัยด้านอวกาศแห่งซีอาน สังกัดสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งประเทศจีน โดยใช้วิธีการผกผัน ดังที่เห็นได้จากภาพความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอบริเวณใกล้ชายฝั่งนั้นสูงกว่าในบริเวณน้ำที่ออกไปไกลจากชายฝั่งมาก  

ปัจจุบัน ข้อมูลที่ใช้ในการตรวจสอบความเข้มข้นของคลอโรฟิลล์เอในแหล่งน้ำจืดด้วยระบบตรวจวัดระยะไกลส่วนใหญ่มาจากแหล่งภาพแบบดั้งเดิม เช่น ภาพมัลติสเปกตรัมและภาพไฮเปอร์สเปกตรัม เมื่อเปรียบเทียบกับข้อมูลมัลติสเปกตรัมแบบดั้งเดิม เซ็นเซอร์ไฮเปอร์สเปกตรัมมีแถบคลื่นมากกว่า ความกว้างของแถบคลื่นแคบกว่า และความละเอียดเชิงสเปกตรัมที่ดีขึ้นอย่างมาก ทำให้เป็นแหล่งข้อมูลที่เหมาะสมสำหรับการวิเคราะห์คุณภาพน้ำจืดด้วยระบบตรวจวัดระยะไกล ด้วยความก้าวหน้าของทฤษฎีสเปกตรัมและวิธีการวิเคราะห์แบบย้อนกลับ ภาพไฮเปอร์สเปกตรัมจึงค่อยๆ มีความสำคัญและถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการตรวจสอบคุณภาพน้ำจืดด้วยระบบตรวจวัดระยะไกล