استخدام البيانات الساتلية في رصد التغيرات العالمية في إزالة الغابات واستخدام الأراضي

وقد أحدثت تكنولوجيا السواتل تحولاً جوهرياً في كيفية قيام العلماء والحكومات والمنظمات بمراقبة وإدارة غابات الأرض ومناظرها الطبيعية، وقد أتاحت، على مدى العقود الخمسة الماضية، تشكيلات من السواتل التي ترصد الأرض، رؤية غير مسبوقة وقابلة للتكرار ومستنبطة لسطح الكوكب، مما أتاح الكشف الدقيق عن إزالة الغابات والتغيرات في استخدام الأراضي على المستويات المحلية والإقليمية والعالمية، حيث لا تزال الغابات تُزال في الوقت المناسب لأغراض الزراعة، وقطع الأشجار، والتعدين الحضريين

Why Satellite Data is Essential for Monitoring Forest and Land Use Change

فالدراسات الاستقصائية الأرضية التقليدية هي عمليات كثيفة العمالة، تستغرق وقتا طويلا، ومحدودة في التغطية المكانية، وعلى النقيض من ذلك، توفر السواتل رصدا ثابتا ومتواترا وجارا لسطح الأرض بأكمله، وتتيح هذه القدرة الكشف عن التغيرات الخفية في الغطاء النباتي على مدى تغيرات كمية الزمان التي قد لا يلاحظها المراقبون المحليون أو التقارير السنوية، كما أن الصور الساتلية التي تمتد إلى سلسلة من السبعينات (ه).

ويتيح الرصد بواسطة السواتل ثلاثة مزايا أساسية: ] Synoptic coverage] (المناطق الكبيرة التي لوحظت في وقت واحد)، ] Repeatability [الاستعراضات المنتظمة على مدى أيام إلى أسابيع]، [ندرة كربونية] [الإطار المرجعي: 5] (الاستشعارات التي تتجاوز نطاقات المتوقعة)

Complementing Ground Measurements

وفي حين توفر البيانات الساتلية نظرة واسعة النطاق، فإنها أقوى عندما تقترن بالقياسات الميدانية، فالأراضي الأرضية، والدراسات الاستقصائية عن الدي آر من الطائرات، والملاحظات المجتمعية، تُعايير وتُثبت التقديرات المستمدة من السواتل للكتلة الأحيائية، وارتفاع الأشجار، وتكوين الأنواع، ويحسن التآزر بين البيانات الفضائية والبيانات الموجودة في الموقع موثوقية تنبيهات إزالة الغابات وحسابات تدفق الكربون، ويدعم اتخاذ قرارات قوية في مجال السياسة العامة.

أنواع البيانات الساتلية المستخدمة في إزالة الغابات ورصد استخدام الأراضي

ويلتقط مختلف أنواع الاستشعار جوانب مختلفة من سطح الأرض، ويتوقف اختيار المجس الصحيح على التطبيق، والحل المكاني والزمني اللازم، والظروف البيئية في المنطقة )مثل الغطاء السحابي المستمر في الغابات المدارية المطيرة(.

التصوير الضوئي

وقد ظهرت سواتل مرئية، مثل لاندسات 8/9، و Sentinel-2، وMODIS، الضوء الشمسي عبر خطوط الموجات المرئية وشبه الحمراء، وهذه البيانات قيمة بالنسبة لتصنيف أنواع الغطاء الأرضي، ومؤشرات قياس الغطاء النباتي (مثل مؤشر قياس الاحترار الموضعي، NDVI)، واكتشاف الخسائر في الغابات على مدى الوقت.

البيانات ذات الاحتياجات تحت الحمراء والحرارية

فالفرقتان المرتدةتان بالأشعة تحت الحمراء والثدي الحرارية تساعدان على التمييز بين الغطاء النباتي الصحي والمشدد والمميت، وعلى سبيل المثال، يستخدم معدل الحرق المطهر في شكل مجموعات قريبة من الحمراء وقصيرة الموجات تحت الحمراء لتحديد مدى خطورة الحرائق واستعادة القدرة عليها، كما يمكن للمستشعرات الحرارية أن تكتشف الحرائق النشطة وتساعد على إدارة الحرائق في الغابات الاستوائية.

رادار ذي فتحة اصطناعية (سار)

وأجهزة الاستشعار التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية، مثل أجهزة الاستشعار الخاصة بشركة سيتينيل-1، وALOS-2 PALSAR-2، ووكالة الطاقة الوطنية الصينية للبحث والتطوير في مجال الغابات، وأجهزة الاستشعار الدقيقة التي تخترق الغيوم والظلام، مما يجعل من الأفضل لمؤسسة البحث العلمي أن ترصد الغابات المدارية التي يكون الغطاء الغيوم ثابتاً، وحساسية لتشويهات هيكل الغابات، وكتلات الكتلة الأحيائية، وكشف الفيضانات - ويمكن أن يكتشف إزالة الغابات تحت طبقات من طبقة السماكية.

ساتلي ليدار

ويوفر الساتل ليدار (LDAR) المحمول في الفضاء (مثلاً، معهد الدراسات البيئية التابع للناسا، ICESat-2) قياسات مباشرة لمدى ارتفاع الغطاء النباتي والهيكل الرأسي، وعلى الرغم من أن ليدار لديه مقايض أضيق من أجهزة الاستشعار البصرية أو الرادارية، فإنه يقدم معلومات دقيقة من 3D حيوية لتقدير الكتلة الأحيائية وتقييم تدهور الغابات - التخفيض الخفي لمخزونات من الكربون الحرجي دون إزالة كاملة من الغطاء الشجري.

تطبيقات رصد إزالة الغابات على الصعيد العالمي

وتستخدم البيانات الساتلية في مجموعة واسعة من التطبيقات التشغيلية والعلمية لتتبع معدلات إزالة الغابات، وتحديد الأنشطة غير المشروعة، وإنفاذ سياسات الحفظ.

Global Forest Change Detection

وربما كان أكثر التطبيقات انتشاراً هو " منصة رصد الغابات العالمية " ، التي توفر إنذارات شبه آنية لخسائر الغطاء الشجري المستمدة من صور لاندسات، وقد مكن هذا النظام، الذي وضعه معهد الموارد العالمية والشركاء، الحكومات والمنظمات غير الحكومية ومجتمعات السكان الأصليين من الاستجابة بسرعة لقطع الأشجار غير المشروع وتجاوز مساحة الغابات، وقد وثقت السواتل أكثر من 400 هكتار زراعي.

الكشف عن اللحاق والتعدين غير المشروعين

وباستخدام الصور البصرية العالية الاستبانة (مثلاً، الكوكب، ماكسار) إلى جانب خوارزميات كشف التغيير الآلية، يمكن للسلطات أن ترصد الطرق غير المأذون بها، وأحواض الأخشاب، وحفر التعدين داخل المناطق المحمية، وفي الأمازون البرازيلي، أدى الرصد بواسطة السواتل لإزالة الغابات (نظم الإنذار بالتغيير) الذي يقوم به المعهد الوطني لبحوث الفضاء إلى تجديد الغارات على إنفاذ القانون وأسهم في تحقيق تخفيض كبير في الوقت المناسب في إزالة الغابات.

Carbon Stock and Emission Estimation

ويقدّر الباحثون، من خلال الجمع بين خرائط تغير الغطاء الحرجي المستمدة من السواتل وقيم كثافة الكربون الخاصة بالطيور الأحيائية، انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن إزالة الغابات وتدهورها، وتغذي هذه التقديرات قوائم الجرد الوطنية لغازات الدفيئة والالتزامات الدولية المتعلقة بالمناخ، ويعترف الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ بأن البيانات الساتلية تشكل مصدراً رئيسياً لعوامل الانبعاث في قطاع استخدام الأراضي، وتنتج مشاريع مثل المبادرة الأوروبية لتغير المناخ بيانات طويلة الأجل.

رصد التغيرات في استخدام الأراضي فيما وراء الغابات

إن إزالة الغابات هي وجه واحد فقط من جوانب تغير استخدام الأراضي، كما أن السواتل تتبع التوسع الزراعي والتحضر وخلق الخزانات والتعدين، وعلى سبيل المثال، فإن توسيع مزارع النخيل النفطية في إندونيسيا وماليزيا - المرتبطة بإزالة الغابات - يتم رسمها بصورة روتينية باستخدام مجموعات سنوية من الصور البصرية والنباتية، وبالمثل، يمكن قياس التخلي عن الأراضي الزراعية في أوروبا وإعادة التحريج في شرق الولايات المتحدة باستخدام أنظمة الإمداد بالسلاسل الزمنية.

التحديات في مجال رصد السواتل

وعلى الرغم من مواطن القوة التي يتمتع بها الرصد الساتلي لإزالة الغابات وتغيرات استخدام الأراضي، فإنه يواجه عدة عقبات تقنية وتشغيلية.

غلاف التموين وأجهزة غسيل التمثيل

فالمناطق المدارية، التي تحدث فيها معظم إزالة الغابات، تشهد تغطية سحابية مستمرة، وقد تكون لدى أجهزة الاستشعار الضوئية صور محدودة الاستخدام في السنة، مما يقلل من القدرة على تحديد التوقيت الدقيق للحدث، وعلى الرغم من أن منطقة البحث العلمي تتغلب على التغلغل السحابي، فإن تفسيرها يتطلب خبرة متخصصة وأقل من الصور البصرية، فجمع أنواع الاستشعار المتعددة (التشفير) يساعد على سد الثغرات ولكن يزيد من تعقيد البيانات.

تجهيز البيانات وتخزينها

وتولد مجموعات السواتل الحديثة تضاريس البيانات اليومية، وتعالج هذه المجلدات - تصححها للتدخل في الغلاف الجوي، ومسح الأرض، وأجهزة قياس الأرض، وتطالب بموارد حسابية كبيرة، وخرفقيات قوية، وتستخدم تقنيات التعلم الآلاتي على نحو متزايد لتصنيفها آليا، ولكن نماذج التدريب تتطلب كميات كبيرة من البيانات الملصقة والتحقق الدقيق من شأنها لتجنب التحيزات.

القرار

ويوفر القرار المكاني المرتفع )مثلا، المستوى الفرعي( تفاصيل دقيقة ولكنه يقلل من مساحة التغطية ويعيد النظر فيها، مما يجعل من غير المناسب للرصد الوطني من الجدار إلى الجدران.

إزالة الغابات من التحلل

وتبرز البيانات الساتلية في الكشف عن فقدان الغابات بشكل واضح، ولكنها تكافح مع إزالة التحلل الجزئي للأجهزة أو التنظيف أو الحرائق الناقصة، وكثيرا ما يفلت التحلل من أجهزة الاستشعار التي تعمل على حل الأسلاك، ويحتاج إلى بيانات عالية الاستبانة أو بيانات من طراز LiDAR لتقييمها، وهذه الفجوة تعني الكثير من الأرقام الرسمية لإزالة الغابات التي يحتمل أن تقلل من قيمة فقدان الكربون الحرجي الفعلي.

سياسات الوصول والبيانات المفتوحة

وفي حين أن البرامج الرئيسية مثل لاندرسات وكوبرنيكوس (سنتينيل) توفر بيانات مجانية ومفتوحة، فإن العديد من مجموعات البيانات التجارية ذات الاستبانة العالية لا تزال باهظة التكلفة، مما يحد من إمكانية الوصول إلى المؤسسات الممولة تمويلا جيدا، وبناء القدرات في البلدان النامية أمر أساسي لضمان الاستخدام العادل للرصد الساتلي للمبادرة المعززة لخفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها والإبلاغ الوطني.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

وتعود التطورات في تكنولوجيا الاستشعار والحساب والتحليلات بالتغلب على العديد من القيود الحالية، مما يؤدي إلى تحسين الدقة والتوقيت في رصد إزالة الغابات واستخدام الأراضي.

البعثات التالية لسواتل الملاحة

وستعزز عدة بعثات جديدة رصد الغابات على الصعيد العالمي. وستوفر NASA-ISRO SAR Mission (NISAR) ، التي يتوقع أن تطلق في عام 2025، صورة عالمية من سلسلة " سكاي " ذات نطاق واسع، تغطيها مرة أخرى مدتها 12 يوما، ويمكن قياس الكتلة الأحيائية للغابات والكشف عن التغيرات في أي ظروف جوية.

الاستخبارات الفنية والحساب الإلكتروني المختلط

كما أن مقاييس التعلم العميق، ولا سيما الشبكات العصبية التي تولدها الألوان، قد حسنت بشكل كبير دقة تصنيف الغطاء الأرضي وكشف التغير، كما أن منابر التلويث مثل مهندس الأرض في غوغل، وشركة AWS، وحاسبة ميكروسوفت للكوكب تسمح للمستعملين بتحليل أنواع البيانات الساتلية دون بنية أساسية محلية، كما أن الأنابيب الآلية تنتج تنبيهات يومية عن إزالة الغابات مع وجود نماذج منخفضة للإنفاذ غير متعمد.

التكامل مع الشبكات دون الإقليمية والداخلية

وتوفر المركبات الجوية غير المأهولة صورا ذات استبانة عالية يمكن أن تحقق من المنتجات الساتلية وترصد مجالات الاهتمام المحلية، وتتطور شبكات الاستشعار على أجهزة الرصد الصوتية الأرضية، وفخاخ التصوير، والبيانات التكميلية التي توفرها أجهزة التحكم في التربة، إلى عمليات الرصد بواسطة السواتل، مما ينشئ نظاما للرصد الشامل، وتتطور الأطر التنظيمية لدعم الاستخدام المنسق للطائرات الآلية والسواتل في مجال حفظ الغابات الاستوائية.

الإنذارات والإنفاذات في الوقت القريب

ومنابر مثل نظام رصد الغابات العالمي والتعلم الآلي في مجال استخدام نظام إدارة الكوارث في البرازيل لتجهيز مواقع السواتل في غضون ساعات من الاقتناء، وإصدار إنذارات تسمح للسلطات بالرد قبل انتشار الضرر، والتحرك نحو شبكة فرعية منافذ تبث تنبيهات باستخدام السواتل الثابتة بالنسبة للأرض (مثلا، GoES-R) وتعهدات السواتل الصغيرة بتخفيض درجة الكشف من الأسابيع إلى دقائق، مما قد يؤدي إلى ردع الأنشطة غير القانونية.

التحقق من الائتمانات الكربونية والشفافية

ومع توسع أسواق الكربون الطوعية، أصبح الرصد بواسطة السواتل أمرا أساسيا للتحقق من أن مشاريع حفظ الغابات تحقق بالفعل تخفيضات في الانبعاثات، فالتحقق المستقل باستخدام بيانات ساتلية مفتوحة يضيف مصداقية إلى أرصدة الكربون ويساعد على تجنب الغسل الأخضر، ويمكن للتكنولوجيات مثل الاختناق مع الصور الساتلية أن تخلق سجلات غير قابلة للتنبؤ بالتغيرات في الغطاء الحرجي، مما يزيد من الثقة في تمويل المناخ.

نحو نظام عالمي متكامل للرصد

ومستقبل رصد إزالة الغابات يكمن في التكامل السلس للمستشعرات المتعددة الساتلية والبيانات الأرضية والمحللين المتقدمين في نظام تشغيلي واحد، وتتعاون المنظمات الدولية ووكالات الفضاء ومؤسسات البحوث في بناء مبادرة عالمية لرصد الغابات توفر خدمات نهائية من البيانات الساتلية الخام إلى تقارير الانبعاثات على الصعيد القطري، ويجسد هذا النهج الذي يتبعه الفريق المعني برصد الأرض في مجال رصد انبعاثات الغابات على الصعيد العالمي.

وسيكون استمرار الاستثمارات في الهياكل الأساسية الساتلية، وسياسات البيانات المفتوحة، وبناء القدرات أمرا بالغ الأهمية لتحقيق أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة، ولا سيما الأهداف الإنمائية للألفية 15 (الحياة على الأرض) و13 (العمل المناخي) ولا يمكن أن توفر البيانات الساتلية وحدها الغابات، ولكنها توفر قاعدة الأدلة الأساسية التي تدعم السياسات الفعالة وإنفاذ القانون والحفظ الذي تقوده المجتمعات المحلية.

خاتمة

وقد أصبحت البيانات الساتلية حجر الزاوية في الرصد البيئي الحديث، مما يتيح قدرة غير متناظرة على تتبع تغيرات إزالة الغابات واستخدام الأراضي في جميع أنحاء الكوكب، ومن البعثات الرائدة في مجال لاندسات إلى أجهزة الاستشعار القادمة التابعة للفريق الوطني للبحث العلمي الوطني ومؤسسة BIOMASS، وسعت كل قفزة تكنولوجية من قدرتنا على كشف فقدان الغابات، وتحديد كمية انبعاثات الكربون، ودعم الإدارة المستدامة للأراضي، والتحديات مثل الغطاء السحابي، وتجهيز البيانات، وكشف عن الانبعاثات، وما زالت قائمة، ولكن التقدم السريع

وفي نهاية المطاف، فإن مكافحة إزالة الغابات هي سباق ضد الزمن، وتعطينا السواتل أفضل مقعد في المنزل لنشاهده ونفهمه ونتصرف، وباستمرار المجتمع العالمي في الابتكار والتعاون، يمكن أن يكفل استخدام هذه الأدوات القوية لحماية غابات العالم للأجيال الحالية والمقبلة.