ويشكل الغطاء الجليدي الموسمي وحزمة الثلج الجبلية عنصرا حاسما في دورة المياه العالمية، إذ يعمل كمستودع طبيعي يخزن التهطال خلال الشتاء ويطلقه كمياه مائية في الربيع والصيف، وقد أدى الاستشعار عن بعد إلى تحويل القدرة على رصد هذه الأحزمة الحيوية التي لا يمكن الوصول إليها في كثير من الأحيان من حيث سلاسل الجليد، ومن خلال استغلال أجزاء مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي واستخدام تكنولوجيات قياسية متقدمة.

أهمية رصد الغطاء النانوي وحزمة الثلج

ويؤثر الغطاء الشمسي على توازن الطاقة في الأرض، والهيدرولوجيا، والتداول في الغلاف الجوي، وعلى النطاق العالمي، يؤثر الثلج الموسمي على نحو ثلث المناطق البرية، كما أنه مصدر المياه لأكثر من بليون شخص، كما أن الرصد الدقيق لمدى الجليد ومكافئات مياه الجليد أمر أساسي للتنبؤ بالهروب من الجليد، وإدارة عمليات المستودعات، والتخفيف من مخاطر حدوث تغير في الفيضانات والجفاف.

المبادئ المادية للاستشعار عن بعد من أجل سنو

ويعتمد الاستشعار عن بعد للثلوج على التفاعلات بين الطاقة الكهرومغناطيسية وخواص حقائب الثلج في مختلف الأغصان الموجية، ويستغل كل تقنية تفاعلات مادية محددة: فالتأمل في فهم حجم وازدحام الثلج ومسدوده، وتدل الانبعاثات الحمراء الحرارية على درجة حرارة السطح؛ وتتأثر المنتجات الرجعية الدقيقة النشطة بدرجات الحرارة المشرقة بالثلج.

وفي المجال البصري (0.4-2.5 ميكروغرام)، فإن الجليد الجاف يعكس بدرجة كبيرة، ولا سيما في المناطق المرئية (الإنبعاثات بنسبة 89 في المائة)، بينما يتناقص في حجم الزئبق القريب مع ارتفاع حجم الحبوب، مما يتيح للأجهزة الفرزية تحديد المنطقة المغطى بالثلج وتقدير حجم الغطاء الحراري (المجسدات الحرارية)

Key Remote Sensing Techniques for Snow Analysis

التصوير الضوئي للسواتل

أما أجهزة الاستشعار الضوئية على السواتل مثل لاندسات 8/9 (OLI) و Sentinel-2 (MSI) و MODIS (بشأن تيرا و Aqua) وSRS (بشأن نظام NOA-20) فتتيح صورا متعددة الأطياف في القرارات من 10 إلى 30 مترا (Landsat/Sentinference) إلى 250 إلى 500 متر (MDIS).

الاستشعار الحراري بالأشعة تحت الحمراء

كما أن أجهزة الاستشعار ذات الأشعة تحت الحمراء الحرارية تقيس الإشعاع المطلق من سطح الأرض في نطاق يتراوح بين ٨ و ١٤ ميكروغرام، كما أن أدوات مثل أجهزة الاستشعار الحرارية ذات الغطاء الحرفي على لاندسات ٨/٩ )١٠٠ متر( وأجهزة الاستشعار التابعة للآسترات توفر استرجاعات ثلجية سطحية متفاوتة في درجات الحرارة السطحية.

Radar and Microwave Remote Sensing

ويمكن أن توفر أجهزة الاستشعار ذات الموجات الدقيقة، العاملة )الرادار( والسمية )المقياس الإشعاعي(، القدرة على إحداث تغيير في جميع الأحوال الجوية والنهارية لأن الغيوم تتسم بدرجة كبيرة من الشفافية في الأزرق الموجية الأطول.

أما البارامترات المشعة المتحركة ذات الموجات الدقيقة في السواتل المطلة على متنها مثل المطياف المتطور للموجات الدقيقة 2 (AMSR2) والمقياس الخاص للأشعة المصغرة (Secre) فهو يوفر تغطية عالمية متكررة في إطار قرار الإرسال (5 إلى 50 كيلومترا) وتقيس أجهزة الاستشعار الإشعاع الميكرويفية في الترددات المتعددة.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

أما نظم ليدار المحمولة جواً وناقلة فضائية، مثل الجليد والكلاود وسواتل ارتفاع التربة (ICESat-2) التي تستخدم في عمليات التأجير الليزري، وعمليات مسح الليزر المحمول جواً، وقياس الارتفاع السطحي في أحواض الجليد على درجة عالية من الدقة (ترديد سطح الماء الحساس) ومن خلال اختلاف السمات المميزة للجليد والثلج مقارنة بالأشعة الليدمارية.

Measurable Snow Properties and Retrieval Approaches

Snow Extent and Cover

The fraction of land covered by snow (snow cover extent, SCE) is the most basic product. Optical NDSI algorithms classify each pixel as snow, cloud, or land. MODIS provides daily global snow cover at 500 m resolution with:90% accuracy in clear conditions. For climate studies, changes in hemispheric SCE (especially spring melt timing) serve as indicators of climate change.

Snow Depth

ويمكن قياس عمق الثلج باستخدام أجهزة الرادارات المحمولة جواً، أو الرادار المزود بالشبكة الأرضية، أو من خلال العلاقات العملية مع أجهزة التلقيم المزودة بالموجات الدقيقة.() وتظل حواسيب الرادار على السواتل (مثلاً على طراز CryoSat-2، المصممة أصلاً لصحائف الجليد) مجربة على الجليد الموسمي، ولكن استخدامها في إطار آلية الوصل إلى الغلاف الجوي (([FL]).

مكافئ المياه الثلجية

SWE-the amount of water stored in the snowpack - is the most hydrologically important variable but is also the most difficult to obtain from remoteens. Passive microwave retrievals (e.g. AMSR2) provide daily SWE products at 25 km resolution, but with large uncertaintyties in complex terrain and deep snow. Alternative approaches combineical fractional ice cover with machine learning or reanalysis data

سنو ألبيدو

وتتحكم نسبة الإشعاع الشمسي التي تنعكس في الثلج (اللوبات السطحية) في معدل الذوبان والتغذية المرتدة في المناخ، ويمكن أن تستمد أجهزة الاستشعار الضوئية التي تحتوي على عدة مجموعات شبه مُدرجة تحت الحمراء (مثلاً، مجموعات الـ (MODIS 1-7) ألبدو ذات النطاق العريض من خلال نماذج التحويل الإشعاعي، كما أن منتج الطلاء المرئي (MODIS albedo) يوفر يومياً في حجمها 500 متر، مستخدماً على نطاق واسع في نماذج موازين.

درجة الحرارة السطحية

وتستخدم درجة حرارة سطح الأرض من أجهزة الاستشعار الحرارية (مثلاً، لادسات 8 TIRS، MODIS MOD11) لمقارنة التدفقات الحرارية المعقولة والمتأخرة التي تدفع الذبابة. (LST) البيانات متاحة على الصعيد العالمي، ولكنها تتطلب تصفية سحابية دقيقة ودقة أقل على أسطح الثلج المتباينة، والفائدة أكبر عندما تقترن بالأرصاد الجوية في نماذج الصهر الجليدي.

تطبيقات الاستشعار عن بعد في الهيدرولوجيا السنو

Remoteens of snow supports a diverse decline of operational and scientific applications. The most widespread is water supply forecasting in mountainous regions such as the western United States, the Andes, the Himalayas, and the Alps. Agencies like the U.S. Natural Resources Conservation Service integrate satellite snow cover and SWE estimates into statistical and physically based volume2]

التحديات والحدود

(أ) على الرغم من التقدم المحرز، فإن الاستشعار عن بعد للثلوج يواجه تحديات مستمرة. [تخفيض الترددات العالية] [تخفيض الترددات]

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

SFSI) ((S-F-F-S)))

خاتمة

وقد أصبحت تقنيات الاستشعار عن بعد ضرورية لرصد الغطاء الجليدي وخواص حقائب الثلج في جميع أنحاء العالم، إذ أن السلوكيات غير السليمة والحرارية والرادارية والموجات الدقيقة السلبية ومجسات ليدار هي التي تسهم في كل منها بقدرات فريدة، عندما تكون متكاملة، توفر صورة شاملة لديناميات الجليد، وعلى الرغم من القيود التي تفرضها الغيوم والتضاريس والحل، فإن التطورات الحسية المستمرة والأساليب الحسابية تؤدي إلى تحسين دقة وتغطية منتجات ثلج.