Năm 2018, NASA đã phóng vệ tinh ICESat-2 (viết tắt của Băng, Mây và Vệ tinh quỹ đạo mặt đất) để theo dõi mức độ băng. Tuy nhiên, ngay sau khi phóng vệ tinh, rõ ràng vệ tinh này cũng có thể đo được các hệ thống rạn san hô và đặc biệt là khả năng đo độ sâu đại dương sâu hơn dự kiến, cung cấp một góc nhìn quan trọng cho các hệ sinh thái mỏng manh này.

ICESat-2 có máy đo độ cao bằng laser được sử dụng làm tín hiệu để đo chiều cao của băng, mà các nhà khoa học đang sử dụng để theo dõi sự thay đổi khí hậu của các vùng cực và sông băng. Tuy nhiên, trong khi kiểm tra và giám sát dữ liệu từ vệ tinh này khi nó thu thập dữ liệu gần Bikini Atol, nơi thử nghiệm hạt nhân trước đó, các nhà khoa học nhận ra các tia laser trên tàu cũng tạo ra phản xạ dưới nước được chụp bởi hệ thống vệ tinh. Những phản xạ cơ bản cho thấy các khu vực san hô dọc theo khu vực ven biển. Trong khi đại dương sâu thẳm vẫn chưa được khai thác, nhiều khu vực trong độ sâu 5 mét cũng không được biết đến nhiều, vì những độ sâu này quá cạn để tàu thuyền xâm nhập. Có hệ thống laser này bây giờ cho phép các vùng đại dương ở những độ sâu này được lập bản đồ theo độ sâu, cho ra một bức tranh rõ ràng về hệ sinh thái đại dương nông (vùng epipelagic).

ICESat-2 dùng 6 chùm tia trên ba rãnh để đo lường độ dày băng. Ảnh: NASA.

Sử dụng ICESat-2 để theo dõi sức khỏe đại dương

Các hệ thống laser quét trên ba rãnh và mỗi phần của quá trình quét bao phủ mọi vị trí trên Trái đất bốn lần một năm, giúp theo dõi các khu vực theo mùa. Laster bắn 10.000 lần mỗi giây và có 60 photon phản xạ có thể được phát hiện bởi kính viễn vọng vệ tinh.

Các nhà khoa học nhận ra vệ tinh này có thể đo đại dương ở độ sâu gần 5 mét trở lên, khiến nó hiện có thể áp dụng cho các nhà hải dương học và các nhà khoa học khác theo dõi sức khỏe đại dương gần bờ bao gồm cả đời sống san hô. Dữ liệu độ sâu và độ dốc của rạn san hô, cùng với dữ liệu kết cấu cho thấy chất lượng và sức khỏe của san hô, có thể được sử dụng để theo dõi và đánh giá sự thay đổi của đại dương. Một lợi ích gần đây, do sự bùng phát của coronavirus gây ra sự giảm các tiếng ồn lớn từ hoạt động du lịch ở Venice và các bến cảng nổi tiếng khác, nên đây là thời gian thích hợp để đo độ sâu của các khu vực nổi tiếng này. Ngoài lợi ích cho các nhà khoa học theo dõi sức khỏe san hô của môi trường gần bờ, những người khác đang bắt đầu thấy lợi ích của việc sử dụng vệ tinh. Ví dụ, cả Lực lượng Bảo vệ Bờ biển Hoa Kỳ và Cơ quan Tình báo Không gian Địa lý Quốc gia đang tìm cách sử dụng dữ liệu từ các phép đo độ sâu đại dương để bắt đầu tạo bản đồ tốt hơn để sử dụng cho nhân viên của họ. [1]

Để xác thực những gì các nhà khoa học đã nhận thấy với tiềm năng đo ICESat-2 cho độ sâu đại dương, dữ liệu của nó đã được so sánh với các dữ liệu khác được thu thập từ các cảm biến và nguồn khác nhau. Nhìn chung, độ chính xác có phạm vi trong khoảng 0,43 -0,60 m (RMSE) trên độ phân giải lưới 1 m, mức độ chính xác này là quá đủ cho hầu hết các ứng dụng. Ngoài ra, trong nghiên cứu gần đây, người ta cũng chỉ ra rằng độ sâu mà Hệ thống đo độ cao laser địa hình nâng cao (ATLASA) của ICESat-2 có thể đạt tới 38 m, khiến cho việc đo lường không chỉ các hệ thống san hô mà cả đời sống và và môi trường sống của sinh vật đại dương khác cũng hữu ích hơn. Điều này bây giờ có nghĩa là phần sâu hơn của đại dương cũng có thể được lập bản đồ sớm. [2]

Các photon phản xạ từ đáy đại dương được định vị địa lý, khu vực Great Bahama Bank.

Nguồn: Parrish và cộng sự, 2019.

Sử dụng ICESat-2 để đo chiều cao tán rừng

ICESat-2 có những lợi ích khác, bao gồm khả năng đo độ cao của tán rừng và được sử dụng để ước tính sinh khối ở các khu vực, mà các nhà khoa học cũng đang áp dụng hàng nghìn tỷ điểm dữ liệu mà vệ tinh gửi về từ các khu vực. Trên thực tế, giám sát thay đổi cấu trúc rừng là một lợi ích khác, đặc biệt là ở các khu vực dễ bị thay đổi sử dụng đất hoặc phá rừng. Tuy nhiên, đối với các khu vực như vậy, nhiều công cụ giám sát đã có sẵn, mặc dù vệ tinh này cung cấp thu thập dữ liệu chính xác và thường xuyên hơn so với nhiều hệ thống cũ. Khả năng các tia laser thâm nhập sâu hơn vào đại dương làm cho ICESat-2 trở nên độc nhất trong số tất cả các hệ thống vệ tinh, mang lại cho nó một tiện ích duy nhất để lập bản đồ đại dương thường được thực hiện bằng các chuyến khảo sát tốn kém và giải quyết ít nhất một số mục tiêu lâu dài cho các nhà khoa học để lập bản đồ tốt hơn và giám sát các hệ thống gần bờ. [3]

[1]    For more on the benefits of ICESat-2 and how these previously unknown benefits were determined, see: https://www.sciencemag.org/news/2020/04/ice-tracking-space-laser-could-also-map-sea-floor-and-monitor-health-coral-reefs
[2]    For more on test on the quality of data captured by ICESat-2, see:  Parrish, C.E., Magruder, L.A., Neuenschwander, A.L., Forfinski-Sarkozi, N., Alonzo, M., Jasinski, M., 2019. Validation of ICESat-2 ATLAS Bathymetry and Analysis of ATLAS’s Bathymetric Mapping Performance. Remote Sensing 11, 1634. https://doi.org/10.3390/rs11141634
[3]    For more on the uses of ICESat-2 to monitor forest growth, see:  Narine, L.L., Popescu, S., Neuenschwander, A., Zhou, T., Srinivasan, S., Harbeck, K., 2019. Estimating aboveground biomass and forest canopy cover with simulated ICESat-2 data. Remote Sensing of Environment 224, 1–11. https://doi.org/10.1016/j.rse.2019.01.037
Source: https://www.gislounge.com/satellite-mapping-of-oceans-and-coral-reefs/