Table of Contents
Understanding Satellite Systems for Climate Monitoring
وتمثل نظم السواتل أحد أقوى الأصول المتاحة لرصد تغير المناخ والتصدي له على نطاق واسع، وتحتوي هذه البرامج على أجهزة استشعار متطورة تقوم باستمرار بجمع البيانات عن الغلاف الجوي للكوكب والمحيطات وأسطح الأراضي وصحائف الجليد، وخلافا لمراكز الرصد الأرضية التي توفر تغطية جغرافية محدودة، توفر السواتل ملاحظات متسقة وقابلة للتكرار في جميع أنحاء العالم، بما في ذلك المناطق النائية وغير الميسرة، وهي قدرة تجعلها لا غنى عنها في الوقت المناسب لبناء أدلة على التكيف.
وتمارس النظم الساتلية الحديثة نشاطها عبر مختلف أنواع المدارات، وكل منها يُقدر على النحو الأمثل لمهام الرصد المحددة، ولا تزال السواتل الثابتة بالنسبة للأرض ثابتة على موقع واحد، وتوفر التغطية المستمرة لتتبع الطقس وكشف العواصف، وتدور السواتل ذات المدار القطبي حول الأرض من القطب إلى القطب، وتقدم صورا مفصّلة عن السطح بأكمله على فترات منتظمة، وتُنتج هذه البرامج معا صورة شاملة للتغيرات البيئية حيث تُطوّر، وتُدرّ البيانات مباشرة إلى نماذج السياسات المناخية.
أنواع السواتل ووظائفها
تعكس تنوع البعثات الساتلية تعقيدات نظم المناخ، وبعض السواتل مصممة للرصد البيئي الواسع، مثل تلك الموجودة في نظام رصد الأرض التابع لناسا أو في مجموعة الرصد الأوروبي لأجهزة الاستشعار عن بعد، وتركز سواتل " سينيتوس " على متغيرات محددة مثل قياس الارتفاع السطحي للمحيطات، أو تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، أو مستويات رطوبة التربة.
وهذه البعثات المكرّسة تكمل بعضها بعضاً، وتنشئ شبكة متكاملة للمراقبة تدعم التكيف مع المناخ في قطاعات متعددة، وعندما تجمع البيانات الساتلية، تمكّن المحللين من كشف الاتجاهات، وتثبيت نماذج المناخ، وتحديد المناطق الأكثر ضعفاً إزاء التغير، ويكفل هذا النهج المطبق أن تستند استراتيجيات التكيف إلى ملاحظات العالم الحقيقي بدلاً من الافتراضات.
أساليب الاستشعار الرئيسية وجمع البيانات
وتمتد أجهزة الاستشعار الساتلية إلى فئتين عامتين: الحساسية والنشاطية، والحساسات السلبية، مثل المواصفات الراديوية والمطيافات، وقياس الإشعاع الطبيعي الذي ينعكس أو ينبعث من الغلاف الجوي السطحي والسطحي للأرض، وهي تلتقط إشارات واضحة ومرئية وموجة موجية، وتكشف معلومات عن كثافة الغطاء النباتي، ودرجة حرارة سطح البحر، وخواصات السحابية، وأجهزة الإيروسوبائية.
وتخضع البيانات التي جمعتها أجهزة الاستشعار هذه لتجهيز صارم لتصحيح التدخل الجوي، والتغيرات في المعايرة، والتشوهات الأرضية، وبعد تجهيزها، تصبح البيانات الساتلية قابلة للاستخدام بالنسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات، من وضع خرائط ذات استبانة عالية لغطاء الأرض لتتبع حركة الجليدات، وقد أتاحت سياسات البيانات المفتوحة التي اعتمدتها وكالات مثل ناسا، والإيسا، والوكالة اليابانية لاستكشاف الفضاء الجوي معلومات متسارعة.
Critical Applications of Satellite Data in Climate Adaptation
ويتطلب التكيف مع المناخ فهم التغيرات البطيئة الحدة والأحداث الحادة على حد سواء، حيث تبرز النظم الساتلية في الأسر، وتوفر معلومات تدعم التخطيط، وتقييم المخاطر، واتخاذ القرارات التنفيذية، كما أن المناطق الأكثر تأثيرا حيث تؤدي البيانات الساتلية إلى دفع جهود التكيف.
مستوى سطح البحر وإدارة السواحل
وترتفع مستويات سطح البحر على الصعيد العالمي بمعدل متسارع بسبب التوسع الحراري في مياه المحيطات وذوبان الجليد البري، وقد قيست أجهزة التأجير الساتلية ارتفاع سطح البحر مع زيادة الدقة منذ أوائل التسعينات، مما كشف عن ارتفاع متوسطه أكثر من 3.4 مليمترات سنويا، وهذه البيانات أساسية بالنسبة للمجتمعات الساحلية، ومخططي البنية التحتية، وصناعات التأمين.
وبالإضافة إلى قياس مستوى سطح البحر، تتبع السواتل أيضاً التحات الساحلي، ونقل الرواسب، وصحة النظم الإيكولوجية الحمائية مثل غابات المانغروف والشعاب المرجانية، وتخفض هذه العوازل الطبيعية طاقة الموجات وتوفر موئلاً حرجاً، ولكنها تواجه ضغطاً متزايداً من ارتفاع البحار والتنمية البشرية، وتساعد الصور الساتلية على رصد التغيرات في مدى الكثافة والكثافة على مر الزمن، ودعم مشاريع الحفظ وإعادة التكيّب على السواحل.
إزالة الغابات وتغير استخدام الأراضي
وتؤدي الغابات دورا حيويا في تنظيم المناخ بعزل الكربون والتأثير على أنماط الطقس الإقليمية، حيث خزنت انبعاثات الكربون من إزالة الغابات وتدهورها، وقلصت قدرة الكوكب على استيعاب الانبعاثات في المستقبل، وتوفر نظم السواتل، ولا سيما تلك التي لها حل زمني كبير مثل سلسلة لانداسات ورقم 2، رصدا شبه واقعي لتغيرات الغطاء الحرجي في المناطق الكبيرة، وقد أدت هذه القدرة إلى تغيير القدرة على كشف الأضرار الزراعية غير المشروعة.
وتستخدم بلدان مثل البرازيل وإندونيسيا نظما للإنذار بواسطة السواتل لتوجيه إجراءات الإنفاذ وتتبع الامتثال للأنظمة المتعلقة باستخدام الأراضي، ويضع البرنامج العالمي لرصد الغابات في طور التشغيل البيانات الساتلية للحكومات والمنظمات غير الحكومية والجمهور، مما يتيح الاستجابة السريعة لظواهر إزالة الغابات، وبالإضافة إلى الرصد، تدعم البيانات الساتلية أيضا التخطيط لإعادة التحريج عن طريق تحديد الأراضي المتدهورة المناسبة لإعادة مبادرات زراعة الأشجار وتقييمها على مر الزمن.
المرونة الزراعية والأمن الغذائي
ويدخل تغير المناخ قدرا أكبر من التباين في درجات الحرارة وأنماط التهطال، مما يؤثر تأثيرا مباشرا على غلة المحاصيل وإنتاج الأغذية، إذ توفر أجهزة الاستشعار الساتلية التي تقيس مؤشرات الغطاء النباتي، مثل مؤشر التقلب المطهر للنباتات، مؤشرات مبكرة على الإجهاد الناجم عن الجفاف أو الآفات أو أوجه القصور المغذية، وتتيح للمزارعين والوكالات الزراعية تعديل جداول الري، وتطبيق المدخلات المستهدفة، وتحسب الأزمات.
وتدعم بيانات رطوبة التربة من السواتل مثل بعثة التصريف الناشط في مجال التربة قرارات إدارة المياه على صعيدي الميدان والأحواض، وفي المناطق التي تعتمد على الزراعة التي تغذيها الأمطار، تساعد تقديرات الأمطار المستمدة من السواتل على التنبؤ بظروف موسم النمو وتحفز دفعات التأمين عند فشل المحاصيل، وتدمج نظم رصد الجفاف الوطنية بصورة متزايدة البيانات الساتلية مع عمليات الرصد الأرضية لإصدار إنذارات في الوقت المناسب وتنسيق أدوات الإغاثة في المناطق الريفية.
التنبؤ بالطقس الخطرة والحد من أخطار الكوارث
فالأحداث الجوية الشديدة، بما فيها الأعاصير والفيضانات والموجات الحرارية والنيران البرية، تشكل تهديدات فورية للحياة والهياكل الأساسية، وتحسن البيانات الساتلية دقة التنبؤات الجوية وتتيح للمجتمعات المحلية مزيدا من الوقت للتحضير والإجلاء، وتوفر السواتل الثابتة الأرضية معدلات الاستنكاف السريع اللازمة لتتبع تطور العواصف وحركةها، بينما تسهم السواتل ذات المدار القطبي في بيانات عن التنبؤات المسبقة عن الغلاف الجوي.
وفي أعقاب الكارثة، تصبح الصور الساتلية أداة حاسمة لتقييم الأضرار وتنسيق الاستجابة، إذ أن الصور البصرية والرادارية العالية الاستبانة التي تم الاستيلاء عليها قبل وقوع الحدث وبعده تسمح للمستجيبين بتحديد المباني المتضررة، والطرق المكبوتة، والسكان المشردين، وتدعم هذه المعلومات النشر الفعال لموارد الإغاثة وتعجل بالتخطيط للتعافي، وتقوم وكالات مثل مركز الأمم المتحدة للسواتل (UNOSAT) ودائرة إدارة الطوارئ في كوبرنيكوس بصورة روتينية بتشغيل الرصد الساتلي أثناء الكوارث الكبرى، وتوفير الصور الإنسانية مجانا في جميع أنحاء العالم.
إدارة موارد المياه
ويزداد عدم استقرار توافر المياه العذبة في ظل تغير المناخ، حيث تعاني بعض المناطق من الجفاف الشديد في حين تواجه مناطق أخرى مزيدا من الفيضانات، وترصد النظم الساتلية مدى المياه السطحية والتغيرات في تخزين المياه الأرضية، وتقدم بعثتا سيتينيل-1 وسينتينيل-2، مقرونة بلاندسات، عمليات رصد منتظمة لمستويات البحيرات والمستودعات، وسادس النهر، وغموض الفيضانات، وتدعم هذه البيانات قرارات تخصيص المياه، وتخطيط الطاقة الكهرمائية.
إن المياه الجوفية، التي توفر ما يقرب من نصف مياه الشرب في العالم، أكثر صعوبة في القياس مباشرة من الفضاء، غير أن سواتل " غراس " و " غراس " و " جي - فو " تتابع التغيرات في إجمالي عمود المياه، بما في ذلك المياه الجوفية، من خلال قياس التباينات في الجاذبية، وقد كشف ذلك عن وجود معدلات مقلقة لاستنفاد المياه الجوفية في المناطق الزراعية الرئيسية مثل حوض الهندوس، والوادي المركزي في كاليفورنيا، وواضعي الصين الشمالي.
دراسات حالة في استراتيجيات المناخ الساتلية - الدريفن
وتظهر الأمثلة على العالم الحقيقي كيف تترجم البيانات الساتلية إلى إجراءات ملموسة للتكيف عبر مختلف السياقات الجغرافية والاجتماعية - الاقتصادية.
رصد مستوى ملديف والبحر
إن ملديف، وهي أرشيف من الجزر المنخفضة في المحيط الهندي، هي من بين أكثر الدول عرضة للارتفاع في مستوى سطح البحر، حيث يبلغ متوسط ارتفاع عدد المسافات التي لا تتجاوز 1.5 متراً فوق مستوى سطح البحر، بل إن الزيادات الطفيفة في ارتفاع المحيطات تهدد إمدادات المياه العذبة والهياكل الأساسية والأراضي الصالحة للسكن، كما أن بيانات الارتفاع في طول الساتل، إلى جانب سجلات قياس المد المحلي، توفر لحكومات ملديف اتجاهات دقيقة في مستوى البحر تسترشد بها استثمارات الحماية الساحلية وتخطيط المباني.
برنامج حماية الأمازون البرازيلي
إن غابات الأمازون في البرازيل هي مغسلة كبيرة من الكربون ومحطة ساخنة للتنوع البيولوجي، كما أن إزالة الغابات التي تحركها الماشية وزراعة الصويا وقطع الأشجار غير القانوني قد هدد هذا النظام الإيكولوجي منذ عقود، نظام الحكومة البرازيلية للنظم العقارية لتحديد الغابات، يستخدم الصور الساتلية اليومية من أجهزة الاستشعار التابعة لمحطة ترسيم الحدود وشركة لاندسات لتحديد مواقع إزالة الغابات كما يحدث.
إدارة الجفاف في الهند وتخطيط موارد المياه
وتواجه الهند حالات الجفاف المتكررة التي تؤثر على مئات الملايين من الناس وتهدد الإنتاجية الزراعية، وتعمل المنظمة الهندية لبحوث الفضاء على تشغيل النظام الوطني لتقييم ورصد الجفاف الزراعي، الذي يدمج المؤشرات الصحية المستمدة من السواتل، وتقديرات رغاوى التربة، وبيانات سقوط الأمطار لإنتاج نشرات الجفاف الأسبوعية لكل مقاطعة، وتُسترشد بها هذه النشرات في برامج الإغاثة الحكومية، وتوقعات الحد من الجفاف في عام 2015، وتقييمات فترة ما قبل حلول المحاصيل في عام 2016.
رصد محركات الجليد القطبية الشمالية
وتزداد سرعة احترار المنطقة القطبية الشمالية بنحو أربع مرات عن المتوسط العالمي، مع حدوث تخفيضات كبيرة في حجم الجليد البحري وسماكته، وقد تعقبت أجهزة الاستشعار التي تعمل بالموجات الدقيقة بواسطة السواتل الجليد البحري المتسرب منذ عام 1979، مما يكشف عن اتجاه هبوطي يبلغ نحو 13 في المائة في العقد في الحد الأدنى من العمر، كما أن هذه البيانات تدعم التخطيط للتكيف بالنسبة للمجتمعات المحلية الأصلية، وصناعات الشحن، ووكالات إدارة الحياة البرية، كما أن هناك تغيرات جليدية أقل دقة وأقل اتساعا في الوصول إلى نماذج التآكل السواحل، ودينامية للنظم الجليد البحري.
التحديات التقنية وإدماج البيانات
وعلى الرغم من قيمتها الهائلة، تواجه النظم الساتلية عدة قيود يجب معالجتها لزيادة مساهمتها في التكيف مع المناخ إلى أقصى حد، ومن الضروري فهم هذه التحديات لوضع استراتيجيات فعالة تجمع بين الملاحظات الفضائية ومصادر المعلومات الأخرى.
تجهيز البيانات وطلبات تخزينها
وحجم البيانات التي تنتجها مجموعات السواتل الحديثة هائل، إذ يمكن لسواتل واحدة أن تنتج تيرابايت الصور يوميا، وعندما تضاعفت عبر بعثات وسنوات متعددة، تصبح متطلبات التخزين والتجهيز كبيرة، كما أن جميع البرامج الحاسوبية المتطورة مثل شبكة غوغل إينيت وشبكة الأمازون قد أضفت الطابع الديمقراطي على إمكانية الحصول على البيانات الساتلية عن طريق توفير منافع تحليلية على نطاق صغير في البلدان النامية.
جيم - الثغرات في التغطية والحدود من القرار
وفي حين أن السواتل توفر التغطية العالمية، فإن الثغرات لا تزال قائمة في كل من الحل المكاني والزمني، إذ لا يمكن للمستشعرات البصرية أن ترى من خلال السحب، وهي مشكلة في المناطق المدارية حيث يحجب الغطاء السحابي المستمر سطح الأرض لفترات طويلة، ويتغلب الرادار الاصطناعي على هذا الحد عن طريق السحب المتغلغلة، ولكن تفسير البيانات الرادارية يتطلب خبرة متخصصة، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب العديد من تطبيقات التكيف ذات الترددات المناخية صورة عالية جدا عن طريق الرخصة، وهو ما هو الثمن الذي كثيرا ما يُ من حيث التكلفة.
ساتل الرشوة والبيانات الأرضية
وتزداد قوة عمليات الرصد بواسطة السواتل عند اقترانها بالقياسات الموقعية من محطات الطقس، وقياسات المجرى، وأجهزة التحكم في التربة، وشبكات علوم المواطنين، وتوفر البيانات الأرضية معايرة ومصادقة للخرافيم الساتلية، وتضمن الدقة، وتكشف التغيرات المحلية التي قد تضيعها السواتل، وكثيرا ما توفر نظم الإدارة التناسبية التي تدمج مصادر البيانات في الوقت الحقيقي أفضل أشكال الإنذار المبكر وعرقلة اتخاذ القرارات، غير متوافقة.
The Future of Satellite Systems for Climate Resilience
ويتسارع الاستثمار في تكنولوجيا السواتل، مع البعثات الجديدة، وتحسين أجهزة الاستشعار، والطرق التحليلية الجديدة التي توسع نطاق ما يمكن تكييفه مع المناخ، ويعود العقد المقبل بتقدم كبير من شأنه أن يعزز توقيت البيانات الساتلية وحلها وإمكانية الوصول إليها.
السلف في تكنولوجيا الاستشعار
وسيحمل الجيل القادم من السواتل أجهزة استشعار ذات حل مكاني وجيولوجي أعلى، مما سيمكن من رصد الغطاء الأرضي بدقة أكبر، والتكوين الجوي، وديناميات المحيطات، وستتيح بعثة رادار ذي الفتحة الاصطناعية التابعة لناسا - إيرو، المقرر إطلاقها في عام 2024، رصد التقدم في سطح الأرض عند حلول غير مسبوقة، وإعادة النظر في الترددات الداعمة للتطبيقات المستمدة من رصد النظم الإيكولوجية لتقييم مخاطر الزلازل.
AI and Machine Learning Integration
وتتحول المعلومات الاستخبارية والتعلم الآلي إلى كيفية تجهيز البيانات الساتلية وتفسيرها، ويمكن أن تصنف مقاييس التعلم العميق تلقائيا الغطاء الأرضي، وتكتشف التغيرات، وتتوقع الظروف المستقبلية من محفوظات الصور الضخمة، مثلا، أن الشبكات العصبية التي تُدرب على الصور الساتلية يمكن أن ترسم خرائط للمستوطنات غير الرسمية في المناطق الحضرية، وأن تحدد التخلي عن الأراضي الزراعية، أو تقيّم الضرر الناجم عن البناء بعد وقوع كارثة.
التعاون الدولي وتبادل البيانات
إن تغير المناخ مشكلة عالمية تتطلب استجابات عالمية منسقة، والأطر الدولية مثل اتفاق باريس تؤكد أهمية الشفافية والعمل الجماعي، والنظم الساتلية تؤدي دوراً محورياً في التحقق من انبعاثات غازات الدفيئة وتتبع التقدم المحرز في مجال التكيف، وتحفز مبادرات مثل مرصد المناخ الفضائي، ودائرة التقييم الذاتي المركزية (اللجنة المعنية بسواتل رصد الأرض) على الجمع بين الوكالات الفضائية التعاونية من جميع أنحاء العالم لمواءمة منتجات البيانات ووضع تطبيقات صناعات مشتركة لمرونة المناخ.
وفي المستقبل، فإن إدماج نظم السواتل بالتكنولوجيات الناشئة مثل شبكة الإنترنت للأشياء، و5 G للربط، وحساب الحوافات، سيخلقان حلقات إدارة تكيفية في الوقت الحقيقي، ويمكن أن تحدث أجهزة الاستشعار في الأرض، وفي الفضاء، بعضها البعض، مما يتيح استجابات دينامية للظروف المتغيرة، وعلى سبيل المثال، يمكن لنظام الري أن يكيف توصيل المياه استنادا إلى قراءات قياسية من التربة بواسطة السواتل، بينما يُستخدم نظام إنذار بالفيضانات الساحلية.
بناء مستقبل متجدد بالنظم الساتلية
وقد انتقلت النظم الساتلية من كونها فضول علمي إلى أدوات تشغيلية تدعم استراتيجيات التكيف مع المناخ في جميع أنحاء العالم، وتوفر البيانات اللازمة لفهم المخاطر، وترتيب أولويات الاستثمارات، وتنفيذ الاستجابات التي تحمي الناس والنظم الإيكولوجية والاقتصادات، ومن قياس ارتفاع مستوى سطح البحر في ملديف إلى تتبع إزالة الغابات في الأمازون وإدارة الجفاف في الهند، تساعد عمليات الرصد الساتلية المجتمعات المحلية على التكيف مع تغير المناخ بطرق ملموسة وقابلة للقياس.
يتطلب المسار المضي قدماً استثماراً مستداماً في البنية التحتية للسواتل، والالتزام المستمر بتبادل البيانات، والجهود المتعمدة لبناء القدرات في الدول الأكثر عرضة للتأثيرات المناخية، كما يتطلب التعاون عبر التخصصات، وسد الفجوة بين مهندسي السواتل، وعلماء المناخ، ومحللي السياسات، والممارسين المحليين.