مراقبة الأرض: رصد مناخنا المتغير من الفضاء

يشهد كوكبنا تغيرات بيئية غير مسبوقة. من ارتفاع مستويات سطح البحر إلى زيادة وتيرة الظواهر الجوية المتطرفة، أصبحت آثار تغير المناخ واضحة بشكل متزايد في جميع أنحاء العالم. تتطلب مواجهة هذه التحديات بيانات شاملة وموثوقة حول النظام المناخي للأرض. توفر تقنيات مراقبة الأرض (EO)، وخاصة الأقمار الصناعية والاستشعار عن بعد، أدوات حاسمة لرصد هذه التغيرات وتوجيه استراتيجيات فعالة للتخفيف والتكيف.

ما هي مراقبة الأرض؟

تشمل مراقبة الأرض مجموعة من التقنيات والأساليب المستخدمة لجمع المعلومات حول الأنظمة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية لكوكبنا. يتم جمع هذه البيانات بشكل أساسي من خلال الاستشعار عن بعد، والذي يتضمن الحصول على معلومات حول كائن أو منطقة دون اتصال مادي. تُستخدم الأقمار الصناعية والطائرات وأجهزة الاستشعار الأرضية لجمع بيانات مراقبة الأرض.

تقنيات مراقبة الأرض الرئيسية:

• الصور الفضائية: توفر الصور التي تلتقطها الأقمار الصناعية رؤية واسعة ومتسقة لسطح الأرض والغلاف الجوي والمحيطات.
• الاستشعار عن بعد: يشمل هذا تقنيات متنوعة، مثل الاستشعار البصري والحراري والراداري، والتي تقيس خصائص مختلفة لبيئة الأرض.
• القياسات الميدانية (In-situ): توفر الأدوات الأرضية والعوامات ومحطات الأرصاد الجوية بيانات تكميلية قيمة لمعايرة والتحقق من صحة ملاحظات الأقمار الصناعية.

دور مراقبة الأرض في رصد المناخ

تلعب مراقبة الأرض دورًا حيويًا في رصد الجوانب المختلفة للنظام المناخي للأرض. تعتبر البيانات التي تجمعها الأقمار الصناعية ومنصات مراقبة الأرض الأخرى ضرورية لفهم التفاعلات المعقدة بين الغلاف الجوي والمحيطات والأراضي والجليد، ولتتبع التغيرات بمرور الوقت.

رصد درجة الحرارة العالمية

يمكن للأقمار الصناعية المجهزة بمقاييس الإشعاع (radiometers) قياس درجة حرارة سطح الأرض وملفات درجة حرارة الغلاف الجوي. توفر هذه القياسات سجلاً عالميًا ومتسقًا لتغيرات درجات الحرارة، وهو أمر حاسم لتتبع اتجاهات الاحتباس الحراري. على سبيل المثال، تقوم أقمار ناسا Aqua و Terra، المجهزة بمقياس طيف التصوير متوسط الدقة (MODIS)، بمراقبة درجات حرارة سطح الأرض عالميًا بشكل مستمر، مما يساهم في سجلات المناخ طويلة الأجل.

مثال: تستخدم خدمة كوبرنيكوس لتغير المناخ (C3S) بيانات الأقمار الصناعية لرصد درجات الحرارة العالمية وتقديم تحديثات منتظمة حول اتجاهات المناخ. تُظهر بياناتهم اتجاهات احترار ثابتة على مدى العقود الماضية، مع وجود اختلافات إقليمية كبيرة.

تتبع ارتفاع مستوى سطح البحر

تقيس بعثات قياس الارتفاعات بالأقمار الصناعية، مثل Jason-3 و Sentinel-3، ارتفاع سطح البحر بدقة عالية. تُستخدم هذه القياسات لتتبع ارتفاع مستوى سطح البحر، وهو مؤشر حاسم لتغير المناخ. يحدث ارتفاع مستوى سطح البحر بسبب التمدد الحراري لمياه المحيطات وذوبان الأنهار الجليدية والصفائح الجليدية. يعد رصد ارتفاع مستوى سطح البحر ضروريًا لتقييم مدى تأثر المجتمعات الساحلية والنظم البيئية.

مثال: يدمج النظام العالمي لمراقبة مستوى سطح البحر (GLOSS) بيانات قياس الارتفاعات بالأقمار الصناعية مع قياسات مقاييس المد والجزر لتوفير تقييم شامل لتغيرات مستوى سطح البحر في جميع أنحاء العالم. تُستخدم هذه المعلومات لتوجيه إدارة السواحل وتخطيط التكيف في المناطق المعرضة للخطر، مثل جزر المالديف وبنغلاديش.

مراقبة الغطاء الجليدي

توفر أقمار مراقبة الأرض بيانات قيمة حول مدى وسماكة الجليد البحري والأنهار الجليدية والصفائح الجليدية. تعد هذه القياسات حاسمة لفهم تأثير تغير المناخ على الغلاف الجليدي (cryosphere)، وهو الجزء المتجمد من نظام الأرض. يساهم ذوبان الجليد في ارتفاع مستوى سطح البحر ويمكن أن يؤثر أيضًا على أنماط المناخ الإقليمية.

مثال: تستخدم بعثة CryoSat-2 التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) قياس الارتفاعات بالرادار لقياس سماكة الجليد البحري والصفائح الجليدية بدقة عالية. تُستخدم هذه البيانات لرصد تراجع الجليد البحري في القطب الشمالي وذوبان الأنهار الجليدية في غرينلاند وأنتاركتيكا، مما يوفر رؤى حاسمة حول آثار تغير المناخ على الغلاف الجليدي. في جبال الهيمالايا، تساعد بيانات الأقمار الصناعية في تتبع تراجع الأنهار الجليدية وتأثيره على الموارد المائية في اتجاه مجرى النهر، مما يؤثر على ملايين الأشخاص.

رصد غازات الدفيئة

يمكن للأقمار الصناعية المجهزة بمقاييس الطيف قياس تركيز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، مثل ثاني أكسيد الكربون (CO2) والميثان (CH4). تعد هذه القياسات ضرورية لتتبع انبعاثات غازات الدفيئة وتقييم فعالية جهود التخفيف. يمكن أيضًا استخدام بيانات الأقمار الصناعية لتحديد مصادر انبعاثات غازات الدفيئة، مثل محطات الطاقة وإزالة الغابات والأنشطة الزراعية.

مثال: تقيس بعثة مرصد الكربون المداري-2 (OCO-2)، التي تديرها ناسا، تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بدقة عالية. تُستخدم بيانات OCO-2 لفهم مصادر ومصارف ثاني أكسيد الكربون وتتبع التغيرات في دورة الكربون العالمية. تراقب بعثة Sentinel-5P التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية ملوثات الغلاف الجوي المختلفة، بما في ذلك الميثان، وهو غاز دفيئة قوي.

تقييم إزالة الغابات وتغيرات استخدام الأراضي

تُستخدم صور الأقمار الصناعية لرصد إزالة الغابات وتغيرات استخدام الأراضي، وهي من الدوافع الرئيسية لتغير المناخ. تؤدي إزالة الغابات إلى إطلاق كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، بينما يمكن أن تؤثر تغيرات استخدام الأراضي على بياض الأرض (albedo) ودرجة حرارة السطح. يعد رصد إزالة الغابات وتغيرات استخدام الأراضي ضروريًا لتنفيذ ممارسات الإدارة المستدامة للأراضي وتقليل انبعاثات غازات الدفيئة.

مثال: تستخدم منصة Global Forest Watch بيانات الأقمار الصناعية لرصد إزالة الغابات في الوقت الفعلي تقريبًا. تُستخدم هذه المعلومات من قبل الحكومات والمنظمات غير الحكومية والشركات لتتبع اتجاهات إزالة الغابات وتنفيذ جهود الحفاظ عليها. في غابات الأمازون المطيرة، تساعد بيانات الأقمار الصناعية في مراقبة قطع الأشجار غير القانوني وأنشطة إزالة الغابات.

رصد تحمض المحيطات

في حين أن المراقبة المباشرة لتحمض المحيطات من الفضاء تمثل تحديًا، يمكن استخدام بيانات الأقمار الصناعية حول درجة حرارة سطح البحر وتركيز الكلوروفيل وخصائص المحيطات الأخرى لاستنتاج التغيرات في كيمياء المحيطات. يشكل تحمض المحيطات، الناتج عن امتصاص ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي، تهديدًا للنظم البيئية البحرية. يعد رصد تحمض المحيطات ضروريًا لفهم آثار تغير المناخ على الحياة البحرية.

مثال: تستخدم خدمة كوبرنيكوس لمراقبة البيئة البحرية (CMEMS) بيانات الأقمار الصناعية ونماذج المحيطات لرصد تحمض المحيطات وآثاره على النظم البيئية البحرية. تُستخدم هذه المعلومات لتوجيه إدارة مصايد الأسماك وجهود الحفاظ عليها.

فوائد مراقبة الأرض لرصد المناخ

تقدم مراقبة الأرض العديد من الفوائد الرئيسية لرصد المناخ:

• تغطية عالمية: توفر الأقمار الصناعية رؤية عالمية ومتسقة للنظام المناخي للأرض، تغطي المناطق النائية والتي يصعب الوصول إليها.
• رصد مستمر: تراقب أقمار مراقبة الأرض بيئة الأرض بشكل مستمر، مما يوفر سجلاً طويل الأجل لتغيرات المناخ.
• دقة عالية: يمكن لأجهزة استشعار مراقبة الأرض المتقدمة توفير بيانات عالية الدقة، مما يسمح بتحليل مفصل لعمليات المناخ.
• إتاحة البيانات: تتوفر العديد من مجموعات بيانات مراقبة الأرض مجانًا للجمهور، مما يعزز الشفافية والتعاون في أبحاث المناخ.
• فعالية التكلفة: يمكن أن تكون مراقبة الأرض وسيلة فعالة من حيث التكلفة لرصد مناطق واسعة وتتبع التغيرات بمرور الوقت مقارنة بالرصد الأرضي وحده.

التحديات والقيود

على الرغم من فوائدها العديدة، تواجه مراقبة الأرض أيضًا العديد من التحديات والقيود:

• معايرة البيانات والتحقق من صحتها: يتطلب ضمان دقة وموثوقية بيانات مراقبة الأرض معايرة دقيقة والتحقق من صحتها باستخدام القياسات الأرضية.
• الغطاء السحابي: يمكن أن يعيق الغطاء السحابي ملاحظات الأقمار الصناعية، خاصة في الاستشعار البصري والحراري.
• معالجة البيانات وتحليلها: تتطلب معالجة وتحليل كميات هائلة من بيانات مراقبة الأرض خوارزميات متطورة وموارد حاسوبية.
• فجوات البيانات: قد تكون هناك فجوات في سجل مراقبة الأرض بسبب فشل الأقمار الصناعية أو قيود البيانات.
• تفسير البيانات: يتطلب تفسير بيانات مراقبة الأرض خبرة في الاستشعار عن بعد وعلوم المناخ.

التوجهات المستقبلية في مراقبة الأرض لرصد المناخ

يبدو مستقبل مراقبة الأرض لرصد المناخ واعدًا، مع العديد من التطورات المثيرة في الأفق:

• بعثات أقمار صناعية جديدة: ستوفر بعثات الأقمار الصناعية الجديدة المزودة بأجهزة استشعار متقدمة بيانات أكثر تفصيلاً وشمولاً حول النظام المناخي للأرض.
• تحسين معالجة البيانات: ستمكّن التطورات في تقنيات معالجة البيانات، مثل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي، من تحليل أكثر كفاءة ودقة لبيانات مراقبة الأرض.
• زيادة تكامل البيانات: سيوفر دمج بيانات مراقبة الأرض مع مجموعات البيانات المناخية الأخرى، مثل نماذج المناخ والملاحظات الأرضية، رؤية أكثر شمولية للنظام المناخي للأرض.
• تعزيز إتاحة البيانات: ستعزز الجهود المبذولة لتحسين إتاحة البيانات وسهولة استخدامها اعتمادًا أوسع لبيانات مراقبة الأرض في أبحاث المناخ وصنع السياسات.
• التركيز على النطاقات الإقليمية والمحلية: سيوفر التركيز المتزايد على تقليص نطاق بيانات المناخ العالمية إلى النطاقات الإقليمية والمحلية معلومات أكثر صلة بتخطيط التكيف.

أمثلة على التعاون الدولي

يتطلب رصد المناخ الفعال تعاونًا وتآزرًا دوليًا. تعمل العديد من المبادرات الدولية على تنسيق أنشطة مراقبة الأرض وتبادل البيانات والخبرات:

• مجموعة مراقبة الأرض (GEO): هي منظمة حكومية دولية تنسق جهود مراقبة الأرض في جميع أنحاء العالم.
• لجنة سواتل رصد الأرض (CEOS): هي منظمة دولية تنسق بعثات مراقبة الأرض الفضائية.
• المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (WMO): تنسق أنشطة رصد الطقس والمناخ العالمية.
• الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ (IPCC): تقيّم الأساس العلمي لتغير المناخ وتقدم معلومات ذات صلة بالسياسات للحكومات.

تسهل هذه المنظمات تبادل البيانات والمعرفة وأفضل الممارسات، مما يتيح نهجًا أكثر تنسيقًا وفعالية لرصد المناخ.

رؤى قابلة للتنفيذ

فيما يلي بعض الخطوات القابلة للتنفيذ التي يمكن للأفراد والمنظمات اتخاذها لدعم مراقبة الأرض من أجل رصد المناخ:

• دعم التمويل الحكومي لبرامج مراقبة الأرض.
• تعزيز الوصول المفتوح إلى بيانات مراقبة الأرض.
• المشاركة في مشاريع علوم المواطن التي تستخدم بيانات مراقبة الأرض.
• استخدام بيانات مراقبة الأرض لتوجيه عملية صنع القرار في مؤسستك.
• تثقيف نفسك والآخرين حول أهمية مراقبة الأرض لرصد المناخ.

الخاتمة

تعتبر مراقبة الأرض أداة لا غنى عنها لرصد مناخنا المتغير. من خلال توفير بيانات شاملة وموثوقة حول النظام المناخي للأرض، تمكننا تقنيات مراقبة الأرض من فهم آثار تغير المناخ، وتقييم مدى تعرضنا للخطر، وتوجيه استراتيجيات فعالة للتخفيف والتكيف. مع استمرار تغير المناخ في تشكيل تهديد كبير لكوكبنا، سيصبح دور مراقبة الأرض أكثر أهمية في السنوات القادمة. يعد الاستثمار في البنية التحتية لمراقبة الأرض، وتعزيز إتاحة البيانات، وتعزيز التعاون الدولي أمورًا ضرورية لضمان حصولنا على المعلومات التي نحتاجها لمواجهة أزمة المناخ بفعالية.

من مراقبة ذوبان الجليد في غرينلاند إلى تتبع إزالة الغابات في الأمازون، توفر مراقبة الأرض رؤى حيوية حول حالة كوكبنا. باستخدام هذه المعلومات بحكمة، يمكننا العمل معًا لخلق مستقبل أكثر استدامة ومرونة للجميع.