SpStinet - vwpChiTiet

 

Công nghệ ảnh viễn thám: Cách tiếp cận mới trong quan trắc không khí

Bên cạnh dữ liệu quan trắc không khí mặt đất, các nhà khoa học cũng có thể sử dụng ảnh vệ tinh để giám sát, kiểm tra và xác định nguồn phát thải ảnh hưởng đến chất lượng không khí. Phương pháp này vừa cung cấp thông tin liên tục trên diện rộng, vừa có chi phí thu thập dữ liệu gần như bằng không.

Nồng độ Black Carbon trung bình hằng tháng, kèm hướng gió và tốc độ. Nguồn: PloSOne
Nguồn: PloSOne

Nhìn từ trên cao

Trên thế giới, ô nhiễm không khí (ONKK) đã được quan trắc dưới nhiều cách khác nhau để cung cấp thông tin cho chính phủ và người dân. Tại Việt Nam, việc quan trắc chủ yếu vẫn dùng các trạm đo mặt đất, trong đó có hai loại: trạm chuẩn (có số liệu tin cậy và liên tục nhưng chi phí lắp đặt và vận hành cao, số lượng trạm hạn chế chỉ vài chục trạm trên cả nước) và trạm cảm biến giá rẻ được phát triển vài năm gần đây (có số liệu liên tục nhưng chất lượng dữ liệu thấp, không có số liệu quá khứ dài, chi phí lắp đặt và vận hành thấp, số lượng trạm nhiều khoảng vài trăm trạm trên cả nước và đang tăng nhanh). Hạn chế chung của các trạm mặt đất là số liệu chỉ đại diện cho vị trí lắp đặt.

 

Để đảm bảo chất lượng thông tin về ONKK lấy từ ảnh vệ tinh, các nhà khoa học phải đánh giá kiểm chứng bằng việc kết hợp ảnh vệ tinh đa nguồn (combination) và hiệu chuẩn với các trạm mặt đất (Calibration). Thêm vào đó, các nhà khoa học trong nước phải xây dựng các thuật toán xử lý phức tạp, học máy và tự phát triển mô hình địa phương để cải thiện chất lượng dữ liệu. Điều này đang được những nhóm nghiên cứu như FIMO tiên phong giải quyết.

TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh

Một hướng tiếp cận tương đối mới trong nước để quan trắc không khí là sử dụng ảnh chụp từ vệ tinh để phân tích nồng độ các chất ô nhiễm khác nhau trong không khí. Cơ sở khoa học của phương pháp này là việc các đối tượng bề mặt đất và không gian liên tục được nhận và phản xạ các nguồn năng lượng khác nhau, các chất gây ô nhiễm như NO2, CO2, CO, O3, CH4… có hình dạng, kích thước, mật độ khác nhau và sẽ phản xạ quang học lại bước sóng vật lý theo nguyên tắc khác nhau. Do đó, vệ tinh ở một độ cao nhất định có khả năng chụp lại các luồng năng lượng để xây nên bản đồ ô nhiễm không khí cho mỗi loại chất.

Tính đến tháng 4/2018, có gần 700 vệ tinh đang hoạt động để quan sát bề mặt trái đất, trong đó một lượng lớn vệ tinh phục vụ cho việc giám sát bầu khí quyển, khí hậu và có khả năng sử dụng để giám sát ONKK. Các ảnh vệ tinh có độ phân giải không gian trải dài từ 3km đến trên 300km, thời gian gửi ảnh 1-2 ngày/lần, một số vệ tinh có chuỗi quan sát dài từ những năm 1995 đến nay.

Cách tiếp cận viễn thám cung cấp góc nhìn rộng hơn, đầy đủ hơn về nguyên nhân và tác động lan tỏa liên quan đến ô nhiễm không khí. Thêm vào đó, mặc dù công nghệ viễn thám [được các nước phát triển] đầu tư khá đắt đỏ nhưng ảnh chụp lại miễn phí sử dụng. Với nguồn dữ liệu dồi dào này, nếu chúng ta khai thác một cách hợp lý sẽ không lo sợ việc thiếu thông tin cho giám sát ô nhiễm không khí”, TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh, Trung tâm Công nghệ tích hợp liên ngành Giám sát hiện trường (FIMO), trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, nhận xét.

Nói về ứng dụng, cách tiếp cận viễn thám này có khả năng giải quyết được một loạt đòi hỏi. Một số nghiên cứu của FIMO hợp tác với đối tác quốc tế trong vài năm gần đây đã giải quyết các bài toán từ việc phân tích hiện trạng ONKK (ví dụ, theo dõi Black Carbon lan truyền xuyên biên giới ở khu vực Đông Nam Á dùng dữ liệu vệ tinh MODIS-VIIRS AOD, theo dõi cụ thể cho Hà Nội) đến việc mô hình hóa các chất ô nhiễm (ví dụ, xây bản đồ PM2.5 tại Việt Nam năm 2014 theo mùa hoặc theo tỉnh), từ việc xác định nguồn phát thải (ví dụ, xác định các loại sol khí dựa trên phân tích ảnh vệ tinh CALIOP ở 3 khu vực đặc trưng Nghĩa Đô, Nha Trang, Bạc Liêu) đến việc kiểm kê phát thải (ví dụ, kiểm kê phát thải đốt rơm rạ khu vực đồng bằng sông Hồng năm 2018).

TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh
TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh

Các dữ liệu vệ tinh còn có khả năng bổ sung cho chuỗi dữ liệu bị thiếu hụt từ mặt đất. Chẳng hạn, đề tài “Đánh giá tác động của ô nhiễm không khí lên sức khỏe từ công nghệ ảnh viễn thám” do Nafosted tài trợ đang nghiên cứu về các tác động ngắn hạn của ONKK lên tình trạng nhập viện của người dân, tập trung vào 3 bệnh đường hô hấp và 7 bệnh tim mạch. Thời gian qua, cấu phần sức khỏe do TS. Nguyễn Thị Trang Nhung và các đồng nghiệp tại trường Đại học Y tế Công cộng phối hợp với một số bệnh viện thực hiện. Nhóm nghiên cứu đã sử dụng dữ liệu không khí từ các trạm quan trắc môi trường cố định trong giai đoạn 2007-2018 với độ trễ từ 0-6 ngày. Do số lượng trạm quan trắc mặt đất quá ít, giai đoạn trước 2016 khu vực nghiên cứu chỉ có một trạm duy nhất nên không thể đối chiếu. Đặc biệt, khi các trạm cố định phải bảo trì và có trạm đã ngừng hoạt động gây ra sự thiếu hụt số liệu ô nhiễm không khí dùng trong các nghiên cứu đánh giá. Do vậy các nhà khoa học không có được dữ liệu tốt và đầy đủ nhất. Ngoài ra do số trạm của Hà Nội ít nên họ cũng chưa xác định được mức độ phơi nhiễm có gán trọng số dân mà chỉ có thể tính trung bình cho toàn khu vực.

Điều đó khiến việc xác định mối liên quan giữa ONKK và sức khỏe bị hạn chế. Cụ thể chúng tôi chưa xác định được mối liên quan giữa ô nhiễm không khí và một số bệnh có số ca nhập viện ít”. TS. Nguyễn Thị Trang Nhung, cho biết. “Thời gian tới, để đánh giá lại tác động, chúng tôi sẽ dùng thêm bản đồ vệ tinh của FIMO để số liệu liên tục hơn cả về mặt thời gian và không gian. Kết quả tác động chắc chắn sẽ khác. Thông thường, kinh nghiên quốc tế chỉ ra là nếu gán được chi tiết thì mức tác động sẽ tăng lên”. Theo kế hoạch, đề tài của Nafosted sẽ kết thúc vào cuối năm 2020.

Cần đầu tư hơn cho nghiên cứu

Để phục vụ hoạt động nghiên cứu khoa học – rộng hơn nữa là phục vụ quá trình ra quyết định chính sách về ONKK – vẫn cần có sự đầu tư thêm về cơ sở vật chất. Nhìn chung, các cơ quan quản lý vẫn phải tăng cường hệ thống trạm chuẩn dưới mặt đất làm cơ sở tham chiếu cho những cách tiếp cận như công nghệ viễn thám hay cảm biến giá rẻ. Thêm vào đó, mặc dù các ảnh vệ tinh thường được cơ quan hàng không vũ trụ các quốc gia cung cấp miễn phí, nhưng để Việt Nam có thông tin kịp thời vẫn cần đầu tư vào các trạm thu ảnh.

Việt Nam có một số ít trạm thu ảnh vệ tinh như ở Cục Viễn thám Quốc gia (Bộ Tài nguyên và Môi trường), Cục kiểm lâm (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn). Trường Đại học Công nghệ là một trong số ít trường ở Việt Nam có trạm thu ảnh vệ tinh MODIS có khả năng thu được ảnh sau khi vệ tinh bay 5 phút, sau đó ngay lập tức chạy thuật toán và cho ra bản đồ. Thông thường, nếu chờ vệ tinh truyền ảnh về trạm NASA ở Mỹ rồi gửi lại nơi không phải vùng ưu tiên như Việt Nam có thể mất từ 6-24 tiếng. Trong những tình huống bất ngờ như cháy rừng, việc theo dõi vệ tinh để phản ứng có thể là quá muộn. Tuy nhiên, “Trạm thu của chúng tôi đang dừng hoạt động.” TS. Nguyễn Thị Nhật Thanh bày tỏ, “Nó có một số trục trặc kỹ thuật nhưng không nghiêm trọng, hoàn toàn có thể sửa được. Nhưng do dự án trước kết thúc nên giờ không có kinh phí để duy trì trạm. Chúng tôi hy vọng có thể tìm được nguồn đầu tư mới để trạm sớm vận hành trở lại”.

Cùng với các cách tiếp cận khác, công nghệ viễn thám có thể trở thành công cụ bổ sung đắc lực trong quá trình nghiên cứu, giám sát và quản lý chất lượng không khí để góp phần đưa ra các thông tin có cơ sở khoa học và giải thích đúng đắn. Đầu tư cho nghiên cứu trong vấn đề ONKK thực sự cần được coi trọng hơn. Như thông điệp của cô bé Greta Thunberg đã nói, “Chúng ta hãy lắng nghe những nhà khoa học”.

Các tin khác: