Table of Contents
הקדמה: הגידול צריך נתונים קדם-קרקע
נתוני משקעים מדויקים הם הבסיס של מטאורולוגיה מודרנית, הידרולוגיה ומדע האקלים.זה מודיע אזהרות מצפות, ניהול בצורת, תכנון חקלאי והקצאת משאבי מים במשך עשרות שנים, המקורות העיקריים של נתונים אלה כבר תחנות מזג אוויר משופות הממשלה - באופן חד משמעי על ידי סוכנויות כמו שירות מזג האוויר הלאומי (NWS) או ארגון המטאורולוגי העולמי (W). בעוד רשתות אלה מספקות איכות גבוהה, 400, 000 מדידות סטנדרטיות, הן בינוניות, אפילו אחד של אזורי צפיפות מרובע אחד של ארצות הברית.
מחסור זה יוצר פערים משמעותיים בהבנה שלנו של דפוסי מזג אוויר מקומיים.סופת רעמים יכולה להוריד כמויות שונות של גשם רק מייל אחד בנפרד, אך רשתות רשמיות עלולות להחמיץ את ההבדלים האלה לחלוטין.כפי ששינוי האקלים מגביר את תדירות וחומרת אירועי משקעים קיצוניים, הצורך ברזולוציה גבוהה, נתונים בזמן אמת מעולם לא היה דחוף יותר, שבו מתנדבים של הציבור לאסוף נתונים סביבתיים ולשתף - צמחו כאמצעי צפייה דינמית, אשר יכול למלא את הכלים הפשוטים שלנו.
מה הן יוזמות מדע האזרח ב-Precipitation Monitoring?
יוזמות מדע אזרחיות לאיסוף נתונים של משקעים מעסיקות מתנדבים למדוד ולדווח על גשמים, שלג וצורות אחרות של משקעים באמצעות שיטות סטנדרטיות. תוכניות אלה נעות מפלטפורמות דיווח לא רשמיות, מבוססות אפליקציה לרשתות מאורגנות עם הכשרה קפדנית ושליטה איכותית.הרעיון המרכזי הוא פשוט: כאשר אלפי אנשים ברחבי אזור מדידה גשמים בחצר האחורית שלהם, ה-Dataset המתקבל הוא פקודות של גודל צפופה יותר ממה שכל רשת ממשלתית יכולה להשיג לבד.
בארצות הברית, אחת הדוגמאות הידועות ביותר היא FLT:0 (CoCoCoraHSentiFLT:1 (Community Collaborative Rain, Hail ו- Snow Network), שהחלה בשנת 1998 במרכז האקלים של קולורדו היום, CoCoRaHS יש יותר מ -20,000 מתנדבים פעילים ברחבי צפון אמריקה, כל אחד באמצעות מדד גשם מפלסטיק סטנדרטי של 4 אינץ' ודיווח מדי יום באמצעות אתר אינטרנט או יישומים ניידים, רשתות מטאורולוגיות דומות, לעתים קרובות, אוסטרליה, או רשתות מרפאות מרפאות , פועלות על ידי אוסטרליה.
מה שהופך את היוזמות האלה לחדשנות באמת הוא לא רק נפח הנתונים אלא שילוב של טכנולוגיה, מעורבות קהילתית ועקרונות נתונים פתוחים.המדע המודרני מנף סמארטפונים, אלקטרוניקה זולה ופלטפורמות מבוססות ענן כדי להפחית את המחסומים להשתתפות תוך שמירה על איכות הנתונים.
שיטות חדשניות לאיסוף נתונים
מגוון השיטות המשמשות ניטור המשקעים במדעי האזרח התפתח באופן דרמטי.למטה אנו חוקרים את הגישות היעילות והמאומצת ביותר.
1 נמוך-קוסט, גשם סטנדרטי
עמוד השדרה של רשתות גשם רבות של אזרחים הוא מדד גשם פשוט, סביר מפלסטיק.CoCoraHS, למשל, מפרט מדד קוטר של 4 אינץ ' שעולה מתחת 40 $ והוא יכול להיות מותקן על פוסט גדר או עמדה ייעודית. המתנדבים מאומנים לקרוא את המניסקוס של המים במבחנה עד למאה הקרובה ביותר של אינץ '. גישה דלת-טכנית זו הוכחה יעיל להפליא: 7 פעמים רשמי להראות נתונים חזק במיוחד כאשר הם מתאימים).
(FLT:0) מדוע זה עובד: FLT:1 העלות הנמוכה מסירת את המחסום הפיננסי המונעת פריסה נרחבת של תחנות אוטומטיות. יתר על כן, כוח הקריאה ידנית פועל הרגל יומיומי, הבטחת כיסוי עקבי.חלק מהפרויקטים אף ניסו עם מדדים שנעשו ממותגים ביתיים, אם כי דיוק יורד ללא ממדים סטנדרטיים.
יישומים ניידים עם GPS Tagging
סמארטפונים הפכו לסכינים הצבא השוויצרי של מדעי המדינה. Apps כמו FLT:0 [mPINGSLT:1] (Phenomena Identification Near the Ground) שפותחה על ידי המעבדה הלאומית של NOAA סופות לאפשר לכל אחד לדווח על סוג המשקעים (rain, Snow, min, Bar, וכו ') ועוצמה בזמן אמת.האפליקציית מתעדת באופן אוטומטי את קואורדינטאורדינטאורדת GPS, פעמים דגימת, וחיזוי מזג האוויר, הוא עוזר ישירות.
בדומה לכך, אפליקציית ההרחבה:0RainDropFelo 1 (בשיתוף פרויקט המים של קרואד באוניברסיטת ציריך, מאפשרת למתנדבים לצלם מד התייחסות ולהעלות אותו עם כניסה טקסט לקריאה.התצלום מספק בדיקה חזותית, המאפשרת למדענים בפרויקט לאמת מדידות GPS יוצאות דופן.
3.מדני דיגיטליות אוטומטיים ורשתות IoT
כדי להפחית את הנטל של קריאה ידנית יומית, כמה פרויקטים של מדע אזרחי להפיץ חיישנים דיגיטליים שיאשו את הגשמים באופן אוטומטי ולהעביר נתונים באמצעות Wi-Fi או LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) לדוגמה, FLT:0 Hello WorldFLT:1 פרויקט בנפאל משתמש בתחנות מזג אוויר בעלות נמוכה שנבנה ממרכיבים טלפוניים למטרות מחדש המספקים נתונים למרכז.
חיישנים אוטומטיים מגבירים את ההחלטה הזמנית - רישום כל 5 או 10 דקות - וזה קריטי ללכידת קצר-טווח, סערות בעלות רגישות גבוהה שרשתות רשמיות עלולות להחמיץ.עם זאת, הם דורשים כוח, תחזוקה, ושיתוק מדי פעם, אשר יכול להיות מחסום. פרויקטים רבים מציעים כעת גישות היברידיות: חיישן דיגיטלי עבור הקלטה אוטומטית שהושלם על ידי מד ידני עבור גיבוי ואימות.
4. Community Coorded Networks
אולי החדשנות החזקה ביותר אינה טכנולוגית, אלא חברתית: יצירת רשתות מקומיות צפופות ומאורגןות. קבוצות כמו מאסטר טבעיסטים, מועדוני 4H, או דפי חובבי מזג אוויר פייסבוק מארגנים סדנאות הכשרה, להפיץ מדדים, ולנהל בדיקות איכות-הבטחה. באזורים מסוימים, בתי ספר משלבים את מדידת המשקעים לתוכנית הלימודים שלהם מדע, יצירת צינור של מדענים צעירים בקהילה אלה לבנות אמון ולהבטיח השתתפות עקבית, אשר לעתים קרובות היא החוליה החלשה ביותר בנתוני איסוף נתונים המבוססים על בסיס נתונים.
5.הכנסת נתונים עם רשתות רשמיות
מספר גדל והולך של שירותים מטאורולוגיים עכשיו לשלב באופן פעיל נתונים במדעי האזרח לתוך ניטור התפעולי שלהם.לדוגמה, בריטניה Met Office'sFLT:0Weather Observations אתר (WOW) PSKFLT:1 מאפשר לכל אחד להעלות תצפיות מזג אוויר מתחנות בית.המידע הזה לא רק מאוחסן; הם משמשים לצד תצפיות רשמיות עבור חיזוי וניתוח אקלים.
היתרונות של מדע האזרח ב Precipitation Monitoring
הרחבת איסוף הנתונים של משקעים באמצעות מדע האזרחי מספק מגוון של יתרונות קונקרטיים.
הרחבה גיאוגרפית
היתרון הבולט ביותר הוא צפיפות מרחבית.רשת לאומית של 2,000 מדדים רשמיים ניתן להשלים על ידי 20,000 תחנות אזרחיות התפשטו על פני פרברים, חוות, הרים וחופיות.זה חשוב במיוחד באזורים נפרדים נתונים כגון אפריקה, דרום אמריקה וחלקים של אסיה, שבו מדינות רבות חסרות את התקציב כדי לשמור על רשתות רשמיות צפופות.
מידע בזמן אמת לניהול חירום
במהלך שיטפונות הבזק או סופות חמורות, כל דקה ספירות אזרחיות יכולות לאשר או לסתור הערכות מכ"ם, עוזר למנהלי חירום להחליט אם להטיל אזהרות. בקולורדו, דו"חות CoCoRaHS על גשם כבד גרמו לשעות של שיטפון לפני שמדכאים רשמיים רשמו את הפסגה.
עלויות-אווירה
הגבלת תחנת מזג אוויר רשמית אחת יכולה לעלות 5,000 $- $ או יותר, לא כולל תחזוקה מתמשכת.רשת מדע אזרחית יכול להשיג כיסוי דומה עבור חלק מהעלויות - לעתים קרובות רק את המחיר של מדד 40 $ ו אפליקציה חופשית. זה מארגן איסוף נתונים, המאפשר לקהילות, ארגונים לא ממשלתיים, ועירוניות קטנות להקים ניטור משלהם ללא המתנה למימון ממשלתי.
מעורבות ציבורית ואקלים Literacy
כאשר אנשים מודדים את עצמם, הם הופכים מודעים יותר לדפוסי מזג אוויר מקומיים ואקלים פנויים.מדע אזרחי מטפח תחושה של בעלות וקשר לסביבה, אשר יכול לתרגם להתנהגות בת קיימא יותר ולתמוך במדיניות הסתגלות אקלים.בתי ספר שמשתפים לעתים קרובות במשקעים משלבים מתמטיקה, גיאוגרפיה, ושיעורי מדע סביב הנתונים, מה שהופך מושגים מופשטים מוחשיים.
אימות של נתונים מרחוק
(הלוויינים ולוחמי מזג האוויר מעריכים את המשקעים בעקיפין – הם מודדים את אנרגיית המיקרוגל או את הרדאר, אשר חייבת להיות מומרת לשיעורי גשם.הההמרה הזו יש אי ודאות משמעותית.מדת האמת הקרקע ממדדי האזרחות חיונית לצמצום ולאימות מוצרים אלה מרחוק.לדוגמה, ל-FLT:0 Global Precipitation Measurement (GPM) MissionsLTF:1 מסתמך על רשת עולמית של תצפיות, אשר מגיעות מקבוצות רבות של מדע, אשר מגיעות לשיפור אלגוריתמים.
אתגרים ופתרונות
למרות הבטחתו, ניטור המשקעים של מדע האזרח אינו ללא בעיות.כתובת לאתגרים אלה בראש היא קריטית להבטחת יכולת ארוכת הטווח של רשתות אלה.
אבטחת מידע וסטנדרטיזציה
הדאגה הגדולה ביותר בנתונים הנמרצים היא איכות.הבדלים במאזן המד (למשל, מתחת לעצים, ליד בניינים), זמני קריאה לא עקביים, וטעויות אפיזוגרפיות לכל הגורמים לרעש.מחקרים הראו שאפילו מתנדבים מאומנים היטב לפעמים קוראים את המניסקוס על ידי 0.01–0.05 אינץ', אשר יכול להיות משמעותי עבור אירועי גשם קלים.
(FLT:0) solutions: 1.FLT:1 פרוטוקולי הכשרה ריגאוריים (למשל, הדרכות וידאו, סדנאות בתוך אדם), אלגוריתמים בקרת איכות אוטומטית (קריאות ממושכות ש"3 סטייתות סטנדרטיות מהמשמעות המקומית), ומערכת בעלת שני שכבות, שבה מתנדבים חדשים מתחילים בשלב "אימון" עד שהם מפגינים דיוק עקבי.
« « עזיבה-Off
עייפות להתנדב היא אמיתית.הרבה אנשים להירשם בהתלהבות אבל להפסיק להקליט אחרי כמה שבועות, במיוחד אם מזג האוויר הוא לא אחיד.זה מוביל פערים בתיעוד שגורמים לו קשה לחשב מגמות ארוכות טווח.
(ב) [ה]ההתערות: [ה] [ה] [ה] [ה] [ה] [ה]]] [ההה] [ה]]] [ה]]]] [הההההההההההההההההההההההההההההההההההתרשים] [ה]]]] [ה]] [ה]]]] [ההההההה]] [הההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההההה] [הההה] [ה] [ה] [ה] [הה] [ה]]] [ההההההההההההה] [ה] [ה]]] [ה]]]]] [ההההה
פרטיות נתונים ובעלות
אזרחים עשויים להיות היהססים לשתף את המיקום שלהם ואת הנתונים האישיים שלהם. חיוני שיש מדיניות פרטיות ברורה המסבירה כיצד נתונים ישמשו, מצטברים ומאוחסנים.רוב הפרויקטים מאפשרים לתורמים להשתמש ב- pseudonym ולשתף נתונים רק ברמה של האזור הכללי שלהם (למשל, מיקוד או עיר) ולא לתאם במדויק GPS.
שילוב עם רשתות רשמיות
שירותים מטאורולוגיים הם לעתים קרובות זהירים בשימוש בנתונים ממקורות לא ידועים.חסומי הלשכה, מערכות מורשת, ספקנות על איכות יכול למנוע מהנתונים האזרחיים להיות מוזנים למודלים תפעוליים.
(הופנה מהדף [[1924]]]]]] [[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]] ב[[1924]], [[
מחקרים אמיתיים
CoCoRaHS: תקן הזהב
מאז הקמתה בשנת 1998 קוהרה-הס אספה מעל 30 מיליון דוחות משקעים יומיים. A 2016 מחקר שפורסם ב-FLT:0Journal of HydrometeorologyFLT:1 מצא כי כאשר נתוני CoCoRaHS הטמיעו במודל מזג אוויר ברזולוציה גבוהה, דיוק התחזיות השתפרו עד 15% באזורים עם צפיפות גבוהה.
אתר האינטרנט של בריטניה (WOW)
משרד החוץ הבריטי פתח את WOW ב-2011 כדי לאסוף נתונים מבעלי תחנות מזג אוויר חובבניים.נכון ל-2023, יותר מ-5,000 תחנות תורמות נתונים, כולל מדידות גשם. WOW משתמשת במערכת בקרת איכות מזויפת: ירוק (נתוני ראדו), צהוב (התמבדקים בתחנות הקרובות), ואדום (המוגדר על ידי צוות Met Office).הנתונים זמינים באופן גלוי ומשמשים על ידי חוקרים הלומדים איים עירוניים, שיטפון, עמידות, אקלים, אקלים, ואקלים.
גשם במזרח אפריקה
בקניה ואוגנדה, פרויקט המחקר הבינלאומי של החברה:0 (Rainfall WatchcioFLT:1) מאמן חקלאים קטנים בעלי חיים קטנים למדוד גשם באמצעות מדדים פשוטים.הנתונים משמשים כדי ליידע את דגמי ביטוח היבול ובצורת מערכות התראה מוקדמת.אפילו באזור עם קישוריות לאינטרנט מוגבלת, דיווח מבוסס SMS הפך השתתפות אפשרית.
כיוונים עתידיים וחדשנות
העשור הבא יראה ניטור של משקעים במדעי האזרח נע מפעילות נישה למקור נתונים של הזרם המרכזי.מספר מגמות מצביעות כך:
למידה של איכות
בינה מלאכותית יכולה לזהות באופן אוטומטי דוחות שגויים על ידי השוואת קריאה חדשה להתנגשות מרחבית של תצפיות סמוך ומודל פיזי של איך המשקעים משתנים על פני השטח.כלי כמו FLT:0 OpenSensorWebventFLT:1 כבר להתנסות עם אלגוריתמים זיהוי אנומלי כי דגל קורא 50% מעל או מתחת לממוצע המקומי לסקירה ידנית.
שילוב עם תשתיות העיר החכמה
כאשר ערים להתקין אלפי חיישנים סביבתיים לתנועה, איכות אוויר ורעש, הוספת מד גשם הופכת טריוויאלית. אנו עשויים לראות בקרוב רשתות אזרחיות מתמזגות עם מערכות אינטרנטיות של דברים עירוניים, יצירת זרמי נתונים היפרקלוקליים שמזיןים לכל דבר החל מבקרי השקיה ועד מערכות ניהול מים סוערות.
מידע על Satellite-to-Volunteer Data Banding
בקרת איכות בזמן אמת יכולה להיות מוגברת על ידי השוואת קריאה התנדבותית נגד הערכות לוויין של משקעים - אבל רק אם המוצר הלווין יש שקיפות נמוכה.אס.FLT:0.IMERGigofLT:1 (Integrated Multi-satellitE Retrievals for GPM) מציע כעת נתונים במשרה חלקית ב 30 דקות של פרויקטים כמוLT:2Rainbed לבדיקות כפולות ל-DG.
התרחבות לאזורים תחת שירות
(הרוב של רשתות המשקעים של האזרח נשאר במדינות עשירות, ממתינות, יש פוטנציאל עצום להרחיב לאזורים טרופיים ורידניים שבהם השפעות האקלים חמורות ביותר. חיישנים בעלות נמוכה לרוץ על כוח סולארי ולהעביר נתונים באמצעות לווין (למשל, FLT:0starFLT:1 או FLT:2IridiumFLT 3:) יכולים להביא ניטור מרחוק בכפרים כגון:5 מרכזי פיתוח כלי רכב פתוח עם פרויקטים אלה הם אלה.
מסקנה
גישות חדשניות לאיסוף נתונים באמצעות מדע האזרחי אינן בניסויים נוספים – הן מרכיבים חיוניים של מערכות תצפית מודרניות של כדור הארץ.על ידי שילוב חומרה בעלות נמוכה, יישומים ניידים, ארגון קהילתי, ובקרת איכות קפדנית, יוזמות אלה כבר הוכיחו כי מתנדבים יכולים לייצר נתונים דומים לזה של רשתות רשמיות.היתרונות - כיסוי מתוכנן, דיווח בזמן אמת, חיסכון בעלויות ומעורבות ציבורית - הם גדולים מדי מכדי להתעלם ממכונה למידה ושילוב של כדור הארץ בוגר, כמו גם כדי להפוך את הטמפרטורות, כמו גם את הטמפרטורות של כדור הארץ, כמו גם את המשתנים, כמו גם את הטמפרטורות, כמו גם את הטמפרטורות, כמו גם את הטמפרטורות של כדור הארץ, כמו גם את הטמפרטורות, כמו גם את הטמפרטורות, כמו גם את הטמפרטורות מורכבות, כמו גם את הטמפרטורות, ולפתח, כמו גם את הטמפרטורות של כדור הארץ, כמו גם את הטמפרטורות של , כמו גם את הטמפרטורות של , ולפתח, כמו גם את הטמפרטורות של , כמו גם את הטמפרטורות של אינטגרציה, כמו , כמו , כמו טמפרטורות של , , כמו , כמו , כמו למערכות אקלים, , , , טמפרטורות מורכבות, טמפרטורות של טמפרטורות של גלובאליפותחסין, גלובאלי
בפעם הבאה שאתם רואים שכנה שקוראת את מד הגשם שלהם, זכרו: מעשה פשוט עשוי לתרום לחיזוי המושיע חיים.ואם אין לכם מד עדיין, כדאי להצטרף לאלפי המתנדבים שעושים את ההבדל, מאה של אינץ' בזמן.