Việc sử dụng công nghệ viễn thám vệ tinh cung cấp bằng chứng khoa học về khả năng hấp thụ carbon của vùng đất ngập nước.

Ước tính khả năng hấp thụ carbon

Trong chu trình carbon toàn cầu, hệ sinh thái đất ngập nước, với tư cách là một loại hệ sinh thái quan trọng, đóng vai trò then chốt trong việc nghiên cứu những thay đổi năng động trong chu trình carbon và ngân sách carbon của chúng, góp phần đáng kể vào cân bằng carbon toàn cầu. Là một trong những bể chứa carbon quan trọng nhất trong hệ sinh thái trên cạn, đất ngập nước, mặc dù chỉ chiếm khoảng 6% diện tích bề mặt đất, nhưng lại chứa từ 10% đến 30% tổng lượng carbon lưu trữ trong đất. Lượng carbon lưu trữ của chúng có thể làm giảm sự gia tăng CO2 trong khí quyển, đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định khí hậu toàn cầu và giảm thiểu hiệu ứng nhà kính.

Trong những năm gần đây, do biến đổi khí hậu và các hoạt động của con người, diện tích đất ngập nước đã bị thu hẹp đáng kể, và các quá trình chu trình carbon trong hệ sinh thái của chúng cũng trải qua những thay đổi đáng kể. Nghiên cứu chuyên sâu về khả năng hấp thụ carbon của đất ngập nước và tác động của nó đến môi trường khu vực có ý nghĩa rất quan trọng trong việc định lượng chức năng hấp thụ carbon của hệ sinh thái đất ngập nước ở các khu vực nhạy cảm trong điều kiện biến đổi khí hậu toàn cầu. Trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu, nghiên cứu về hấp thụ carbon và giảm phát thải trong hệ sinh thái đất ngập nước đang dần trở thành một chủ đề được quan tâm chung trên toàn thế giới.

Đất nước tôi là một trong những quốc gia trên thế giới có nhiều loại hình đất ngập nước đa dạng nhất, diện tích lớn nhất và phân bố rộng nhất. Nó bao phủ một diện tích 0,65 tỷ ha, chiếm 10% tổng diện tích đất ngập nước của thế giới, đứng đầu châu Á và thứ tư trên thế giới. Nó có tiềm năng hấp thụ carbon rất lớn, nhưng khả năng hấp thụ carbon của các loại đất ngập nước khác nhau lại rất khác biệt.

Là một trong những loại đất ngập nước phân bố rộng rãi nhất trên thế giới, đất ngập nước lau sậy đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu cân bằng carbon của đất ngập nước. Bài báo này lấy hệ sinh thái đất ngập nước lau sậy làm đối tượng nghiên cứu và sử dụng sự kết hợp giữa ước lượng nghịch đảo từ viễn thám và hỗ trợ dữ liệu mặt đất để ước tính và phân tích khả năng hấp thụ carbon sinh học của đất ngập nước, cung cấp cơ sở khoa học cho việc bảo vệ và sử dụng hợp lý tài nguyên đất ngập nước và giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu.

Giải pháp kỹ thuật

tuyến đường kỹ thuật

Trong ước tính khả năng hấp thụ carbon của vùng đất ngập nước, ảnh vệ tinh đa phổ độ phân giải cao là nguồn dữ liệu chính, với quá trình tiền xử lý bao gồm hiệu chỉnh bức xạ và chỉnh hình. Các kỹ thuật hướng đối tượng được sử dụng để tự động trích xuất các vùng đất ngập nước có lau sậy, từ đó tiết lộ phạm vi phân bố của chúng trong khu vực nghiên cứu. Các tham số viễn thám liên quan đến khả năng hấp thụ carbon trong các vùng đất ngập nước có lau sậy sau đó được đảo ngược, và bản đồ phân bố không gian về khả năng hấp thụ carbon của lau sậy trong khu vực nghiên cứu được thu được thông qua mô hình đảo ngược.

Xử lý sơ bộ ảnh viễn thám

Trước khi sử dụng ảnh viễn thám đa phổ làm nguồn dữ liệu để tính toán lượng hấp thụ carbon, cần phải thực hiện các thao tác như hiệu chỉnh bức xạ, hiệu chuẩn bức xạ, hiệu chỉnh khí quyển, chỉnh sửa ảnh, ghép ảnh và cắt xén dữ liệu.

• Hiệu chỉnh bức xạ

Hiệu chỉnh bức xạ chủ yếu được sử dụng để loại bỏ sự khác biệt giữa các giá trị đo mục tiêu thu được từ cảm biến và các đại lượng vật lý như độ phát xạ quang phổ hoặc độ rạng quang phổ của mục tiêu, gây ra bởi các yếu tố như điều kiện của chính cảm biến, điều kiện khí quyển, vị trí và góc của mặt trời, và một số nhiễu không thể tránh khỏi. Hiệu chỉnh bức xạ chủ yếu bao gồm hai phần: hiệu chuẩn bức xạ và hiệu chỉnh khí quyển.

• Hiệu chuẩn bức xạ

Hiệu chuẩn bức xạ chuyển đổi dữ liệu viễn thám nhận được, thường là giá trị thang độ xám của ảnh, thành các đại lượng vật lý thực tế (như giá trị bức xạ, độ phản xạ mặt đất, v.v.). Mục đích chính của nó là loại bỏ các lỗi vốn có trong chính cảm biến và xác định các giá trị bức xạ chính xác tại đầu vào của cảm biến. Hiệu chuẩn bức xạ được chia thành hiệu chuẩn bức xạ tuyệt đối và hiệu chuẩn bức xạ tương đối.

• Hiệu chỉnh khí quyển

Hiệu chỉnh khí quyển chủ yếu bao gồm việc loại bỏ các lỗi bức xạ do ảnh hưởng của khí quyển gây ra để thu được độ phản xạ thực sự của mặt đất. Tổng độ sáng của mục tiêu mà cảm biến mặt đất cuối cùng nhận được không phải là độ phát xạ bề mặt thực sự, vì nó bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như tán xạ sol khí trong khí quyển và ánh sáng mặt trời.

• Hiệu chuẩn trực giao

Chỉnh hình trực giao là quá trình hiệu chỉnh các biến dạng không gian và hình học của ảnh, loại bỏ độ nghiêng và lỗi chiếu ảnh, từ đó tạo ra ảnh trực giao đa mặt phẳng chiếu.

• Ghép ảnh và cắt xén ảnh

Sử dụng phần mềm xử lý ENVI, các ảnh viễn thám từ cùng một nguồn dữ liệu bao phủ khu vực nghiên cứu đã được ghép lại, và các ảnh ghép này được cắt theo phạm vi vectơ của khu vực nghiên cứu để thu được ảnh khu vực nghiên cứu về cây sậy.

▲ Bản đồ phân bố cây sậy trong ảnh viễn thám đa phổ

Phương pháp nghiên cứu

Trong nghiên cứu này, phương pháp hướng đối tượng chủ yếu được sử dụng để tự động trích xuất các vùng đất ngập nước có lau sậy từ ảnh viễn thám. Các vùng đất ngập nước được chia thành khu vực lau sậy tự nhiên và khu vực lau sậy nhân tạo. Thông tin quang phổ của ảnh viễn thám được sử dụng để đảo ngược các yếu tố viễn thám liên quan đến khả năng hấp thụ carbon trong khu vực nghiên cứu, và khả năng hấp thụ carbon tổng hợp được ước tính bằng cách tích hợp nhiều tham số yếu tố viễn thám.

Kết quả đảo ngược viễn thám

Phân bố khả năng hấp thụ carbon năm 2022

Khả năng hấp thụ carbon trong khu vực nghiên cứu được tính toán dựa trên dữ liệu khảo sát ô mẫu. Dữ liệu viễn thám từ tháng 1, tháng 6 và tháng 9 năm 2022 đã được lựa chọn. Phân tích tương quan được thực hiện giữa các chỉ số thực vật NDVI, MSAVI, RVI, SAVI và DVI với khả năng hấp thụ carbon tại các ô mẫu để thiết lập mô hình hồi quy tối ưu cho ước tính nghịch đảo khả năng hấp thụ carbon trong vùng đất ngập nước có lau sậy. Phân bố không gian của khả năng hấp thụ carbon hàng tháng trong khu vực nghiên cứu theo các mùa khác nhau được thu được bằng cách sử dụng mô hình ước tính viễn thám, như thể hiện trong hình trên. Điều này phản ánh sự phân bố khả năng hấp thụ carbon của lau sậy trong các tháng khác nhau của ba mùa năm 2022. Khả năng hấp thụ carbon của lau sậy bị ảnh hưởng đáng kể bởi các yếu tố theo mùa; trong mùa xuân tháng 1, khả năng hấp thụ carbon yếu, gần như không tồn tại; trong mùa hè tháng 6, khả năng hấp thụ carbon tăng dần cùng với sự phát triển của lau sậy; và từ tháng 9 trở đi, khả năng hấp thụ carbon của lau sậy bắt đầu suy yếu.

Sử dụng hệ sinh thái đất ngập nước lau sậy làm đối tượng nghiên cứu, nghiên cứu này kết hợp khảo sát thực địa và phân tích ảnh viễn thám để ước tính và phân tích khả năng hấp thụ carbon của vùng đất ngập nước. Hơn nữa, nghiên cứu này dự báo tiềm năng hấp thụ carbon dựa trên điều kiện phát triển địa phương và phát triển kinh tế - xã hội quốc gia, cung cấp cơ sở khoa học cho việc bảo vệ và sử dụng hợp lý tài nguyên đất ngập nước lau sậy và giải quyết vấn đề biến đổi khí hậu toàn cầu.