Giám sát nồng độ chất diệp lục bằng phương pháp viễn thám - cơ sở quan trọng cho việc bảo vệ và phục hồi nguồn nước.

Các vùng nước nội địa là một thành phần quan trọng của hệ sinh thái tự nhiên mà con người phụ thuộc vào để sinh tồn và phát triển, đóng vai trò không thể thiếu trong việc cung cấp nước, kiểm soát hạn hán và lũ lụt, vận tải và hàng hải, điều tiết khí hậu, cung cấp môi trường sống cho các sinh vật và duy trì đa dạng sinh học. Trong những năm gần đây, dưới tác động của các hoạt động của con người và biến đổi khí hậu, tài nguyên nước nội địa, môi trường nước và hệ sinh thái thủy sinh đang phải đối mặt với nhiều vấn đề và mối đe dọa khác nhau. Hiện tượng phú dưỡng và sự bùng phát tảo là những vấn đề ô nhiễm phổ biến trong các vùng nước nội địa, và sự cân bằng ổn định giữa phát triển lưu vực và phối hợp sinh thái đang dần nhận được sự quan tâm từ các bộ phận liên quan.

Giám sát nồng độ diệp lục bằng phương pháp cảm biến từ xa

Hiện nay, nhiều học giả trong và ngoài nước đang sử dụng dữ liệu viễn thám để giám sát nồng độ chlorophyll a trong các sông nội địa, hồ lớn, khu vực hồ chứa và các vùng nước nhỏ trong đô thị. Phương pháp giám sát nồng độ chlorophyll a trong các vùng nước nội địa dựa trên viễn thám này có ý nghĩa thực tiễn quan trọng đối với việc tăng cường quản lý môi trường nguồn nước lưu vực, kiểm soát nguồn ô nhiễm và xây dựng nền văn minh sinh thái.

Diệp lục a là một thành phần thiết yếu cho quá trình quang hợp ở vi khuẩn lam, và hàm lượng của nó tương đối ổn định trong sinh vật phù du, giúp dễ dàng tinh chế và phân tích trong điều kiện phòng thí nghiệm.Việc đo hàm lượng chất diệp lục a trong các nguồn nước có thể cung cấp đánh giá sơ bộ về mức độ phú dưỡng, từ đó cho phép hiểu rõ hơn về chất lượng nước.Do đó, việc giám sát động thái nồng độ chlorophyll a trong các nguồn nước nội địa trong thời gian dài là điều kiện tiên quyết quan trọng để bảo vệ và phục hồi các nguồn nước trên đất liền.

CAS Xiguang Aerospace - Hiện tượng đảo ngược nồng độ diệp lục

Khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt các vùng nước nội địa từ khí quyển, các hiện tượng quang học như phản xạ, khúc xạ và hấp thụ xảy ra tại giao diện hơi nước. Đặc tính quang phổ của vùng nước được cảm biến thu nhận chủ yếu được xác định bởi các đặc tính quang học của chính nó, thành phần các chất trong nước, điều kiện khí tượng và góc chụp của cảm biến. Trong quá trình ánh sáng mặt trời đi qua môi trường khí quyển để đến bề mặt nước, một phần nhỏ bị tán xạ bởi khí quyển, trong khi phần lớn đến được bề mặt nước. Hầu hết ánh sáng truyền đến bề mặt nước bị phản xạ, và phần còn lại đi vào bên trong vùng nước.

Mối quan hệ chức năng giữa dải ánh sáng nhìn thấy và độ phản xạ quang phổ của nước tinh khiết gần như tuyến tính. Khi có các chất khác lẫn trong nước tinh khiết, đường cong phản xạ của nước sẽ thay đổi.Là một chất có độ nhạy quang học cao, chlorophyll a sẽ thể hiện các đỉnh hoặc đáy tương ứng trong đường cong quang phổ của nước khi nồng độ của nó thay đổi. Dựa trên nghiên cứu quang phổ đặc trưng của chlorophyll a, có thể thực hiện giám sát đảo ngược và dự đoán nồng độ chlorophyll a trong nước.  

CAS Xiguang Aerospace - Hiện tượng đảo ngược nồng độ diệp lục

Hình ảnh trên cho thấy kết quả nồng độ chlorophyll a tại Vịnh Bột Hải thu được bởi Nhóm Hàng không Vũ trụ Tây An thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc thông qua phương pháp nghịch đảo. Như có thể thấy từ hình ảnh,Nồng độ chất diệp lục a gần bờ cao hơn nhiều so với ở vùng nước xa bờ.  

Hiện nay, dữ liệu được sử dụng để giám sát từ xa nồng độ chlorophyll a trong các vùng nước nội địa chủ yếu đến từ các nguồn ảnh truyền thống như ảnh đa phổ và siêu phổ. So với dữ liệu đa phổ truyền thống, cảm biến siêu phổ có nhiều dải tần hơn, độ rộng dải tần hẹp hơn và độ phân giải quang phổ được cải thiện đáng kể, khiến chúng trở thành nguồn dữ liệu lý tưởng cho việc đảo ngược chất lượng nước nội địa. Với sự phát triển ngày càng hoàn thiện của lý thuyết quang phổ và các phương pháp đảo ngược, ảnh siêu phổ đang dần trở nên quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong giám sát từ xa định vị chất lượng nước nội địa.