Vì sao nói viễn thám là “con mắt nghìn dặm” để tìm hiểu biển?

Trái Đất ta sống là một quả cầu to lớn, diện tích bề mặt của nó khoảng 510 triệu km2. Trên biển khơi mênh mông chiếm khoảng 360 triệu km2. Trên biển khơi mênh mông đó, sóng dữ dội, cuồng phong, bí hiểm khôn lường, thu hút nhiều nhà thám hiểm đến khảo sát.

Khảo sát biển sớm nhất là thuyền buồm vận tải, nó lấy gió làm động lực. Về sau phát minh tàu biển, phạm vi khảo sát không ngừng được mở rộng. Ngày 4 tháng 10 năm 1957 Liên Xô phóng thành công vệ tinh nhân tạo đầu tiên, từ đó con người nghiên cứu biển lại có thêm một công cụ tiên tiến.

Trong những thập kỷ gần đây, công nghệ viễn thám đã có những bước phát triển vượt bậc và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

Viễn thám có tên gọi quốc tế là Remote Sensing. Đây là thuật ngữ dùng để chỉ một lĩnh vực khoa học công nghệ chuyên nghiên cứu, tiến hành đo đạc và thu thập các thông tin về các đối tượng địa lý bằng cách tiến hành đo đạc qua những tác động không trực tiếp. Không chỉ trong phạm vi Trái Đất, viễn thám cũng có thể đi sâu vào nghiên cứu, thăm dò các hành tinh khác bên ngoài vũ trụ.

Người ta sử dụng viễn thám trong nhiều lĩnh vực khác nhau như là: địa lý, khảo sát đất đai, khí tượng học, hải dương học, glaciology, địa chất,… Ngoài ra, môn khoa học này cũng có rất nhiều ứng dụng hữu ích trong quân sự, tình báo, thương mại, kinh tế, kế hoạch và các ứng dụng nhân đạo.

Viễn thám còn được coi là một thuật ngữ để chỉ việc sử dụng các công nghệ cảm biến dựa trên vệ tinh hoặc máy bay với mục đích phát hiện ra và phân loại các vật thể trên Trái Đất. Có 2 loại viễn thám được phân ra ở đây:

• Viễn thám “chủ động”: cảm biến phát hiện ra tín hiệu được phát ra từ vệ tinh hoặc máy bay tới vật thể nào đó thông qua việc chúng bị phản xạ
• Viễn thám “thụ động”: là khi cảm biến phát ra ánh sáng mặt trời

Hầu như tất cả các loại ra đa đều được nhà sản xuất áp dụng công nghệ viễn thám:

• Một số loại ra đa sẽ được liên kết với hệ thống kiểm soát giao thông trên không với mục đích cảnh báo trước về tình hình thời tiết trong một phạm vi nhất định nào đó. Ví dụ như ra đa: RADARSAT, TerraSAR-X, Magellan, Doppler,…
• Những loại ra đa độ cao và laser được lắp trên các vệ tinh dùng để thu thập dữ liệu về Trái Đất và đại dương cho các nhà nghiên cứu
• Ra đa thủy triều dùng để đo mực nước biển, hướng sóng,…
• Lidar dùng trong quân sự (laser dẫn đường cho vũ khí)
• Loại lidar dùng để đo các hóa chất khác nhau trong bầu khí quyển hoặc là độ cao của các vật thể xác định trên mặt đất
• Máy đo phóng xạ (Radiometer) và quang kế (photometer) được dùng để thu thập bức xạ. Cái này có nhiều trong các thiết bị có cảm biến hồng ngoại, tia gamma và tia cực tím.

Các kỹ thuật sử dụng trong viễn thám radar để đo sóng biển là đơn giản nhưng việc thực hiện các kỹ thuật này lại tương đối đa dạng với hàng loạt các kiểu khác nhau. Thông thường, các radar sẽ được phân loại theo hai kiểu là radar tạo ảnh (imaging radar) và radar phi tạo ảnh (non-imaging radar). Trong đó, phần lớn các radar tạo ảnh là các thiết bị nhìn nghiêng (side-looking) tạo ra các ảnh có nhiều tính chất giống như ảnh hàng không. Ảnh radar thể hiện bởi cường độ khác nhau của tín hiệu phản hồi sẽ hiển thị các vệt sáng và tối tương ứng với đỉnh và lõm sóng. Phân tích các ảnh này có thể cung cấp các thông tin về chiều dài sóng, hướng sóng, sự khúc xạ, nhiễu xạ và các tương tác sóng – dòng hải lưu.

Ảnh vệ tinh đảo Phú Lâm thuộc quần đảo Hoàng Sa – Việt Nam

Hệ thống thăm dò bằng ánh sáng gồm có máy chụp ảnh vô tuyến và phân tích quang phổ, có thể thăm dò tình trạng của mặt biển, sự phân bố diệp lục tố, phân bố bùn cát, tình trạng ô nhiễm, phân bố nước biển và các đàn cá bề mặt.

Hệ thống thăm dò hồng ngoại có thể tiếp thu bức xạ hồng ngoại và quang phổ hồng ngoại, có thể tìm hiểu hiện trạng nhiệt độ nước bề mặt, các dòng hải lưu và sự phân bố băng trên biển.

Hệ thống thăm dò vi ba lắp đặt các máy bức xạ, tán xạ và ra đa ở độ cao, có thể thăm dò sóng, thuỷ triều, độ cao mặt biển và tốc độ các dòng hải lưu, nhiệt độ nước biển và gió mặt biển.

Những số liệu từ viễn thám rất có ích cho giao thông hàng hải, sản xuất ngư nghiệp và bảo vệ môi trường biển. Tình trạng mặt biển, sóng cao, gió, băng và các dòng hải lưu đo được sẽ là những căn cứ để chỉ huy tàu biển quyết định hướng đi. Sự phân bố của diệp lục tố, nhiệt độ nước biển và các dòng hải lưu đo được là căn cứ để phán đoán sự phân bố của các đàn cá, rất có ích cho việc nâng cao sản lượng ngư nghiệp. Đo đạc ô nhiễm dầu mỏ, ô nhiễm hoá học và sự phân bố các vùng triều đỏ, có thể giúp con người kịp thời khống chế ô nhiễm và giảm thấp các tổn thất.

Ngoài ra kết quả đo đạc của viễn thám còn có giá trị nghiên cứu đối với khoa học biển.

Có thể thấy rằng, công nghệ viễn thám có ưu điểm vượt trội so với các phương pháp truyền thống khác; là công cụ duy nhất có hiệu quả để giám sát tài nguyên môi trường biển và hải đảo với thông tin không gian rộng, đa thời gian, chính xác, khách quan, nhanh chóng; các yếu tố vật lý biển, kiểm kê, xác định vị trí, hình dáng, diện tích các đảo, xác định công trình trên các hải đảo và đặc biệt quan trọng đối với những vùng xa bờ, những nơi khó có điều kiện tiếp cận để điều tra bằng các phương pháp truyền thống như quần đảo Hoàng Sa, Trường Sa,…

Việc sử dụng nguồn tư liệu ảnh vệ tinh thu được theo những khoảng thời gian khác nhau sẽ cho phép giám sát biến động tài nguyên môi trường biển, hải đảo theo thời gian. Việc áp dụng công nghệ viễn thám trong điều tra, giám sát tài nguyên môi trường biển, hải đảo là hoàn toàn khả thi và khoa học.