مشاهده زمین: نظارت بر اقلیم در حال تغییر ما از فضا

سیاره ما در حال تجربه تغییرات زیست‌محیطی بی‌سابقه‌ای است. از بالا آمدن سطح دریاها گرفته تا رویدادهای آب و هوایی شدید و مکرر، تأثیرات تغییرات اقلیمی به طور فزاینده‌ای در سراسر جهان آشکار می‌شوند. مقابله با این چالش‌ها نیازمند داده‌های جامع و قابل اعتماد در مورد سیستم اقلیمی زمین است. فناوری‌های مشاهده زمین (EO)، به ویژه ماهواره‌ها و سنجش از دور، ابزارهای حیاتی برای نظارت بر این تغییرات و اطلاع‌رسانی به استراتژی‌های مؤثر کاهش و سازگاری فراهم می‌کنند.

مشاهده زمین چیست؟

مشاهده زمین شامل مجموعه‌ای از تکنیک‌ها و فناوری‌هاست که برای جمع‌آوری اطلاعات در مورد سیستم‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی سیاره ما استفاده می‌شود. این داده‌ها عمدتاً از طریق سنجش از دور جمع‌آوری می‌شوند، که شامل کسب اطلاعات در مورد یک شیء یا منطقه بدون تماس فیزیکی است. ماهواره‌ها، هواپیماها و حسگرهای زمینی همگی برای جمع‌آوری داده‌های مشاهده زمین استفاده می‌شوند.

فناوری‌های کلیدی مشاهده زمین:

• تصاویر ماهواره‌ای: تصاویری که توسط ماهواره‌ها ثبت می‌شوند، دیدی وسیع و یکپارچه از سطح زمین، جو و اقیانوس‌ها را فراهم می‌کنند.
• سنجش از دور: این شامل تکنیک‌های مختلفی مانند سنجش نوری، حرارتی و راداری است که ویژگی‌های مختلف محیط زیست زمین را اندازه‌گیری می‌کنند.
• اندازه‌گیری‌های درجا (In-situ): ابزارهای زمینی، بویه‌ها و ایستگاه‌های هواشناسی داده‌های تکمیلی ارزشمندی را برای کالیبراسیون و اعتبارسنجی مشاهدات ماهواره‌ای فراهم می‌کنند.

نقش مشاهده زمین در نظارت بر اقلیم

مشاهده زمین نقشی حیاتی در نظارت بر جنبه‌های مختلف سیستم اقلیمی زمین ایفا می‌کند. داده‌های جمع‌آوری شده توسط ماهواره‌ها و سایر پلتفرم‌های مشاهده زمین برای درک تعاملات پیچیده بین جو، اقیانوس‌ها، خشکی و یخ، و برای ردیابی تغییرات در طول زمان ضروری است.

نظارت بر دمای جهانی

ماهواره‌های مجهز به رادیومتر می‌توانند دمای سطح زمین و پروفایل‌های دمای جو را اندازه‌گیری کنند. این اندازه‌گیری‌ها یک رکورد جهانی و یکپارچه از تغییرات دما را فراهم می‌کنند که برای ردیابی روندهای گرمایش جهانی حیاتی است. به عنوان مثال، ماهواره‌های Aqua و Terra ناسا، مجهز به طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح متوسط (MODIS)، به طور مداوم دمای سطح خشکی‌های جهان را نظارت کرده و به رکوردهای بلندمدت اقلیمی کمک می‌کنند.

مثال: سرویس تغییرات اقلیمی کوپرنیک (C3S) از داده‌های ماهواره‌ای برای نظارت بر دمای جهانی و ارائه به‌روزرسانی‌های منظم در مورد روندهای اقلیمی استفاده می‌کند. داده‌های آن‌ها روندهای گرمایشی مداومی را در دهه‌های گذشته با تفاوت‌های منطقه‌ای قابل توجه نشان می‌دهد.

ردیابی بالا آمدن سطح دریا

مأموریت‌های ارتفاع‌سنجی ماهواره‌ای، مانند Jason-3 و Sentinel-3، ارتفاع سطح دریا را با دقت بالا اندازه‌گیری می‌کنند. این اندازه‌گیری‌ها برای ردیابی بالا آمدن سطح دریا، که یک شاخص حیاتی برای تغییرات اقلیمی است، استفاده می‌شود. بالا آمدن سطح دریا ناشی از انبساط حرارتی آب اقیانوس‌ها و ذوب شدن یخچال‌های طبیعی و صفحات یخی است. نظارت بر بالا آمدن سطح دریا برای ارزیابی آسیب‌پذیری جوامع و اکوسیستم‌های ساحلی ضروری است.

مثال: سیستم جهانی مشاهده سطح دریا (GLOSS) داده‌های ارتفاع‌سنجی ماهواره‌ای را با اندازه‌گیری‌های جزر و مد سنج برای ارائه ارزیابی جامعی از تغییرات سطح دریا در سراسر جهان ادغام می‌کند. این اطلاعات برای اطلاع‌رسانی به مدیریت ساحلی و برنامه‌ریزی سازگاری در مناطق آسیب‌پذیر، مانند مالدیو و بنگلادش، استفاده می‌شود.

نظارت بر پوشش یخی

ماهواره‌های مشاهده زمین داده‌های ارزشمندی در مورد وسعت و ضخامت یخ‌های دریایی، یخچال‌های طبیعی و صفحات یخی ارائه می‌دهند. این اندازه‌گیری‌ها برای درک تأثیر تغییرات اقلیمی بر یخ‌کره (کرایوسفر)، که بخش منجمد سیستم زمین است، حیاتی هستند. ذوب شدن یخ به بالا آمدن سطح دریا کمک می‌کند و همچنین می‌تواند بر الگوهای اقلیمی منطقه‌ای تأثیر بگذارد.

مثال: مأموریت CryoSat-2 آژانس فضایی اروپا (ESA) از ارتفاع‌سنجی راداری برای اندازه‌گیری ضخامت یخ‌های دریایی و صفحات یخی با دقت بالا استفاده می‌کند. این داده‌ها برای نظارت بر کاهش یخ‌های دریایی قطب شمال و ذوب شدن یخچال‌ها در گرینلند و قطب جنوب استفاده می‌شود و بینش‌های حیاتی در مورد تأثیرات تغییرات اقلیمی بر یخ‌کره ارائه می‌دهد. در هیمالیا، داده‌های ماهواره‌ای به ردیابی عقب‌نشینی یخچال‌ها و تأثیر آن بر منابع آبی پایین‌دست، که میلیون‌ها نفر را تحت تأثیر قرار می‌دهد، کمک می‌کند.

نظارت بر گازهای گلخانه‌ای

ماهواره‌های مجهز به طیف‌سنج می‌توانند غلظت گازهای گلخانه‌ای در جو، مانند دی‌اکسید کربن (CO2) و متان (CH4) را اندازه‌گیری کنند. این اندازه‌گیری‌ها برای ردیابی انتشار گازهای گلخانه‌ای و ارزیابی اثربخشی تلاش‌های کاهش‌دهنده ضروری هستند. داده‌های ماهواره‌ای همچنین می‌توانند برای شناسایی منابع انتشار گازهای گلخانه‌ای، مانند نیروگاه‌ها، جنگل‌زدایی و فعالیت‌های کشاورزی استفاده شوند.

مثال: مأموریت رصدخانه کربن در مدار ۲ (OCO-2) که توسط ناسا اداره می‌شود، غلظت CO2 در جو را با دقت بالا اندازه‌گیری می‌کند. داده‌های OCO-2 برای درک منابع و مخازن CO2 و ردیابی تغییرات در چرخه جهانی کربن استفاده می‌شود. مأموریت Sentinel-5P آژانس فضایی اروپا (ESA) آلاینده‌های مختلف جوی، از جمله متان، یک گاز گلخانه‌ای قوی، را نظارت می‌کند.

ارزیابی جنگل‌زدایی و تغییرات کاربری اراضی

تصاویر ماهواره‌ای برای نظارت بر جنگل‌زدایی و تغییرات کاربری اراضی، که از عوامل اصلی تغییرات اقلیمی هستند، استفاده می‌شود. جنگل‌زدایی مقادیر زیادی CO2 را در جو آزاد می‌کند، در حالی که تغییرات کاربری اراضی می‌تواند بر سپیدایی (آلبیدو) و دمای سطح زمین تأثیر بگذارد. نظارت بر جنگل‌زدایی و تغییرات کاربری اراضی برای اجرای شیوه‌های مدیریت پایدار زمین و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ضروری است.

مثال: پلتفرم دیده‌بان جهانی جنگل‌ها (Global Forest Watch) از داده‌های ماهواره‌ای برای نظارت بر جنگل‌زدایی به صورت تقریباً آنی استفاده می‌کند. این اطلاعات توسط دولت‌ها، سازمان‌های غیردولتی و کسب‌وکارها برای ردیابی روندهای جنگل‌زدایی و اجرای تلاش‌های حفاظتی استفاده می‌شود. در جنگل‌های بارانی آمازون، داده‌های ماهواره‌ای به نظارت بر قطع غیرقانونی درختان و فعالیت‌های جنگل‌زدایی کمک می‌کند.

نظارت بر اسیدی شدن اقیانوس‌ها

در حالی که مشاهده مستقیم اسیدی شدن اقیانوس‌ها از فضا چالش‌برانگیز است، داده‌های ماهواره‌ای در مورد دمای سطح دریا، غلظت کلروفیل و سایر ویژگی‌های اقیانوس می‌تواند برای استنتاج تغییرات در شیمی اقیانوس استفاده شود. اسیدی شدن اقیانوس‌ها، که ناشی از جذب CO2 از جو است، تهدیدی برای اکوسیستم‌های دریایی محسوب می‌شود. نظارت بر اسیدی شدن اقیانوس‌ها برای درک تأثیرات تغییرات اقلیمی بر حیات دریایی ضروری است.

مثال: سرویس نظارت بر محیط زیست دریایی کوپرنیک (CMEMS) از داده‌های ماهواره‌ای و مدل‌های اقیانوسی برای نظارت بر اسیدی شدن اقیانوس‌ها و تأثیرات آن بر اکوسیستم‌های دریایی استفاده می‌کند. این اطلاعات برای اطلاع‌رسانی به مدیریت شیلات و تلاش‌های حفاظتی استفاده می‌شود.

مزایای مشاهده زمین برای نظارت بر اقلیم

مشاهده زمین چندین مزیت کلیدی برای نظارت بر اقلیم ارائه می‌دهد:

• پوشش جهانی: ماهواره‌ها دیدی جهانی و یکپارچه از سیستم اقلیمی زمین، شامل مناطق دورافتاده و غیرقابل دسترس، فراهم می‌کنند.
• نظارت مداوم: ماهواره‌های مشاهده زمین به طور مداوم محیط زیست زمین را نظارت می‌کنند و رکوردی بلندمدت از تغییرات اقلیمی ارائه می‌دهند.
• وضوح بالا: حسگرهای پیشرفته مشاهده زمین می‌توانند داده‌هایی با وضوح بالا ارائه دهند که امکان تحلیل دقیق فرآیندهای اقلیمی را فراهم می‌کند.
• دسترسی به داده‌ها: بسیاری از مجموعه داده‌های مشاهده زمین به صورت رایگان در دسترس عموم قرار دارند، که شفافیت و همکاری در تحقیقات اقلیمی را ترویج می‌کند.
• مقرون به صرفه بودن: مشاهده زمین می‌تواند روشی مقرون به صرفه برای نظارت بر مناطق بزرگ و ردیابی تغییرات در طول زمان در مقایسه با نظارت صرفاً زمینی باشد.

چالش‌ها و محدودیت‌ها

علیرغم مزایای فراوان، مشاهده زمین با چندین چالش و محدودیت نیز روبرو است:

• کالیبراسیون و اعتبارسنجی داده‌ها: تضمین دقت و قابلیت اطمینان داده‌های مشاهده زمین نیازمند کالیبراسیون و اعتبارسنجی دقیق با استفاده از اندازه‌گیری‌های زمینی است.
• پوشش ابری: پوشش ابری می‌تواند مانع مشاهدات ماهواره‌ای شود، به ویژه در سنجش نوری و حرارتی.
• پردازش و تحلیل داده‌ها: پردازش و تحلیل حجم عظیمی از داده‌های مشاهده زمین نیازمند الگوریتم‌های پیچیده و منابع محاسباتی است.
• شکاف‌های داده‌ای: ممکن است به دلیل خرابی ماهواره‌ها یا محدودیت‌های داده‌ای، شکاف‌هایی در رکورد مشاهده زمین وجود داشته باشد.
• تفسیر داده‌ها: تفسیر داده‌های مشاهده زمین نیازمند تخصص در سنجش از دور و علوم اقلیمی است.

مسیرهای آینده در مشاهده زمین برای نظارت بر اقلیم

آینده مشاهده زمین برای نظارت بر اقلیم امیدوارکننده به نظر می‌رسد و چندین پیشرفت هیجان‌انگیز در راه است:

• مأموریت‌های ماهواره‌ای جدید: مأموریت‌های ماهواره‌ای جدید با حسگرهای پیشرفته، داده‌های دقیق‌تر و جامع‌تری در مورد سیستم اقلیمی زمین ارائه خواهند داد.
• پردازش بهبود یافته داده‌ها: پیشرفت‌ها در تکنیک‌های پردازش داده‌ها، مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، تحلیل کارآمدتر و دقیق‌تر داده‌های مشاهده زمین را ممکن می‌سازد.
• افزایش یکپارچه‌سازی داده‌ها: ادغام داده‌های مشاهده زمین با سایر مجموعه داده‌های اقلیمی، مانند مدل‌های اقلیمی و مشاهدات زمینی، دیدی جامع‌تر از سیستم اقلیمی زمین را فراهم خواهد کرد.
• دسترسی بهتر به داده‌ها: تلاش‌ها برای بهبود دسترسی و قابلیت استفاده از داده‌ها، پذیرش گسترده‌تر داده‌های مشاهده زمین را در تحقیقات اقلیمی و سیاست‌گذاری ترویج خواهد کرد.
• تمرکز بر مقیاس‌های منطقه‌ای و محلی: افزایش تمرکز بر کوچک‌مقیاس‌سازی داده‌های اقلیمی جهانی به مقیاس‌های منطقه‌ای و محلی، اطلاعات مرتبط‌تری برای برنامه‌ریزی سازگاری فراهم خواهد کرد.

نمونه‌هایی از همکاری‌های بین‌المللی

نظارت مؤثر بر اقلیم نیازمند همکاری و تشریک مساعی بین‌المللی است. چندین ابتکار بین‌المللی برای هماهنگ کردن فعالیت‌های مشاهده زمین و به اشتراک گذاشتن داده‌ها و تخصص‌ها در حال فعالیت هستند:

• گروه مشاهدات زمین (GEO): GEO یک سازمان بین‌دولتی است که تلاش‌های مشاهده زمین را در سراسر جهان هماهنگ می‌کند.
• کمیته ماهواره‌های مشاهده زمین (CEOS): CEOS یک سازمان بین‌المللی است که مأموریت‌های مشاهده زمین مبتنی بر فضا را هماهنگ می‌کند.
• سازمان جهانی هواشناسی (WMO): WMO فعالیت‌های جهانی نظارت بر آب و هوا و اقلیم را هماهنگ می‌کند.
• هیئت بین‌دولتی تغییر اقلیم (IPCC): IPCC مبنای علمی تغییرات اقلیمی را ارزیابی کرده و اطلاعات مرتبط با سیاست‌گذاری را به دولت‌ها ارائه می‌دهد.

این سازمان‌ها تبادل داده‌ها، دانش و بهترین شیوه‌ها را تسهیل می‌کنند و رویکردی هماهنگ‌تر و مؤثرتر را برای نظارت بر اقلیم ممکن می‌سازند.

اقدامات عملی

در اینجا چند اقدام عملی وجود دارد که افراد و سازمان‌ها می‌توانند برای حمایت از مشاهده زمین برای نظارت بر اقلیم انجام دهند:

• از بودجه دولتی برای برنامه‌های مشاهده زمین حمایت کنید.
• دسترسی آزاد به داده‌های مشاهده زمین را ترویج دهید.
• در پروژه‌های علوم شهروندی که از داده‌های مشاهده زمین استفاده می‌کنند، شرکت کنید.
• از داده‌های مشاهده زمین برای اطلاع‌رسانی به تصمیم‌گیری‌ها در سازمان خود استفاده کنید.
• خود و دیگران را در مورد اهمیت مشاهده زمین برای نظارت بر اقلیم آموزش دهید.

نتیجه‌گیری

مشاهده زمین ابزاری ضروری برای نظارت بر اقلیم در حال تغییر ماست. فناوری‌های مشاهده زمین با ارائه داده‌های جامع و قابل اعتماد در مورد سیستم اقلیمی زمین، ما را قادر می‌سازند تا تأثیرات تغییرات اقلیمی را درک کنیم، آسیب‌پذیری خود را ارزیابی کنیم و استراتژی‌های مؤثر کاهش و سازگاری را تدوین نماییم. از آنجایی که تغییرات اقلیمی همچنان تهدیدی جدی برای سیاره ما محسوب می‌شود، نقش مشاهده زمین در سال‌های آینده حیاتی‌تر خواهد شد. سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌های مشاهده زمین، ترویج دسترسی به داده‌ها و تقویت همکاری‌های بین‌المللی برای اطمینان از اینکه اطلاعات مورد نیاز برای مقابله مؤثر با بحران اقلیمی را در اختیار داریم، ضروری است.

از نظارت بر ذوب یخ در گرینلند گرفته تا ردیابی جنگل‌زدایی در آمازون، مشاهده زمین بینش‌های حیاتی در مورد وضعیت سیاره ما ارائه می‌دهد. با استفاده هوشمندانه از این اطلاعات، می‌توانیم با هم برای ایجاد آینده‌ای پایدارتر و انعطاف‌پذیرتر برای همه تلاش کنیم.