[Ứng dụng siêu phổ] Giám sát vi khuẩn lam ở hồ Thái Hồ dựa trên vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

Giới thiệu bối cảnh

Công nghệ viễn thám vệ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc giám sát chất lượng nước nội địa, cho phép thu thập các thông số chất lượng nước quan trọng trên diện tích lớn, tương đối nhanh chóng và với chi phí thấp. Tuy nhiên, việc giám sát chất lượng nước nội địa cũng đặt ra những yêu cầu cao đối với công nghệ viễn thám vệ tinh: các vùng nước nhỏ đòi hỏi độ phân giải không gian cao; chất lượng nước thay đổi nhanh chóng cần độ phân giải thời gian cao; và đặc điểm quang học phức tạp và biến đổi của các vùng nước đòi hỏi độ phân giải quang phổ cao. Do đó, dữ liệu vệ tinh đáp ứng đồng thời độ phân giải không gian, thời gian và quang phổ cao có những lợi thế đáng kể trong việc giám sát chất lượng nước nội địa.

Phycocyanin (PC) là một sắc tố phụ phổ biến trong vi khuẩn lam. Đỉnh hấp thụ của nó tập trung trong khoảng 620–650 nm, do đó sẽ có sự suy giảm hấp thụ cục bộ (hoặc độ phản xạ tương đối thấp) trong dải này.

Khi có một quần thể vi khuẩn lam phong phú trên bề mặt nước, Rrs(l) sẽ tương đối nhỏ hơn trong dải hấp thụ này, và thường có rất ít hoặc không có sự hấp thụ ở cả hai phía của dải. Dựa trên nguyên tắc "sự suy giảm cục bộ" này, độ sâu hấp thụ có thể được định lượng bằng phương pháp "chiều cao đỉnh/đường cơ sở", do đó đóng vai trò là chỉ báo về sự hiện diện và nồng độ của PC.

Phương pháp và nguyên tắc

Dữ liệu phản xạ bề mặt của vệ tinh Sentinel-2 L2C và Xiguang-1 05 (Thiên Tiên Bắc) bay qua khu vực này vào khoảng ngày 18 tháng 6 năm 2025 đã được chọn để tính toán. Độ che phủ của mây dưới 10%, và thời tiết quang đãng trước và sau khi các vệ tinh bay qua khu vực.

Bảng 1. Thông số của Vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

Bảng 2. Các thông số băng tần của vệ tinh Sentinel-2.

Chỉ số Phycocyanin (PCI)

Dải siêu phổ tối ưu là 620–650 nm. Phép nội suy tuyến tính được thực hiện giữa 600 nm và 650 nm làm đường cơ sở. Sự khác biệt giữa giá trị đường cơ sở này ở 620 nm và Rrs(620) thực tế sau đó được sử dụng làm PCI. Khi sự khác biệt là âm (hấp thụ), giá trị tuyệt đối hoặc dấu ngược lại thường được sử dụng để biểu thị "cường độ hấp thụ".

Phân tích kết quả

Phép so sánh này sử dụng dữ liệu từ vệ tinh Xiguang-1 05 (còn được gọi là Tianxianpei) và Sentinel-2. Kết quả so sánh như sau:

Hình 1. Ảnh ghép RGB Sentinel-2 20250616

Hình 2. Tổng hợp RGB của Xiguang số 1 05 Star (Tianxianpeihao) 20250618

Hình 3 Phân bố PCI của Sentinel-2 (20250616)

Hình 4. Bản đồ phân phối PCI của vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250618

So sánh các bản đồ phân bố trên cho thấy xu hướng phân bố không gian của vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpei) và Sentinel-2 PCI khá nhất quán và tương tự nhau. Khu vực phía tây hồ Thái Hồ trải qua hiện tượng tảo nở hoa nghiêm trọng, có thể do sự tập trung của các con sông đổ vào hồ, mang theo lượng lớn chất dinh dưỡng thúc đẩy sự phát triển của tảo, dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa và nồng độ diệp lục a tăng cao. Khu vực trung tâm và phía đông hồ Thái Hồ ít bị ảnh hưởng hơn, dẫn đến chất lượng nước tốt hơn so với khu vực phía tây. Thực vật thủy sinh phát triển ở phía đông hồ, và nồng độ diệp lục a thấp hơn. Khu vực trung tâm hồ là vùng phân bố tảo nở hoa quy mô lớn; một khi hiện tượng này xảy ra vào mùa hè, nó sẽ bao phủ một khu vực rộng lớn. Hiện tượng tảo nở hoa hiếm gặp ở khu vực phía tây nam hồ, và hầu như không có hiện tượng này ở phía đông hồ Thái Hồ, cho thấy môi trường ở phía đông hồ Thái Hồ tốt hơn. Có một số khác biệt ở khu vực trung tâm hồ, chủ yếu là do sự khác nhau về thời gian di chuyển của vệ tinh; hiện tượng tảo nở hoa mùa hè ở hồ Thái Hồ cho thấy sự khác biệt đáng kể về thời gian.

Nhìn chung, chỉ số PCI của vệ tinh Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) duy trì mức độ nhất quán và khả năng sử dụng cao so với kết quả dữ liệu Sentinel-2.