اكتشاف الشياطين في القطب المناخ أنماط من خلال رصد السواتل

ومنذ إطلاق أول ساتل لرصد الأرض في السبعينات، زادت قدرتنا على رصد المناطق القطبية نمواً هائلاً، وهذه المناطق الواسعة والنائية - القطب الشمالي والجنوبية - التي تتعقبها الآن مجموعة من أجهزة الاستشعار المدارية التي تقدم بيانات مستمرة ومتزامنة عن الجليد والغلاف الجوي والمحيطات، وهذا التدفق المستمر للمعلومات هو أمر أساسي لكشف التغيرات في متوسط معدلات التبادل المناخي القطبي، التي تتجاوز متوسطات الوصول إلى الغلاف الجوي.

أهمية البيانات الساتلية للمناطق القطبية

وتطرح البيئات القطبية تحديات لوجستية هائلة في مجال البحوث الأرضية، إذ تتفاوت محطات الطقس، وتقتصر الدراسات الاستقصائية على السفن على أشهر الصيف، وتكلفة الرحلات الجوية للطائرات واعتمادها على الطقس، وتتغلب السواتل على هذه الحواجز عن طريق توفير تغطية متكررة على جميع صحائف الجليد ومناطق الجليد البحري، التي غالبا ما تكون يومية أو دون يوم، مما يسمح للعلماء بتتبع التغيرات في المتغيرات الرئيسية التي لا يمكن أن يتوفر لها أي طريقة أخرى.

وعلاوة على ذلك، تمتد الآن سجلات السواتل إلى عقود - حيث يعود تاريخ استمرار سجل الجليد البحري من أجهزة الاستشعار السلبية للموجات الدقيقة إلى عام ١٩٧٩، وهذه البيانات الطويلة الأجل حاسمة في التمييز بين التقلبات الطبيعية والاتجاهات الطويلة الأجل، كما أنها توفر أيضاً مصدر معايرة وتوثيق للنماذج المناخية، وتحسين توقعات التغير القطبي في المستقبل، وبدون السواتل، فإن فهمنا للتوسع القطبي - الظاهرة التي تعني فيها حرارة القطب الشمالي أسرع من مرتين إلى ثلاثة.

التكنولوجيات والأساليب في مجال المراقبة الساتلية

وتستخدم بعثات رصد الأرض الحديثة مجموعة متنوعة من تكنولوجيات الاستشعار لقياس مختلف الخصائص المادية للمناطق القطبية، وينتج الجمع بين هذه التقنيات صورة أكمل لكيفية تطور نظام المناخ.

أجهزة الاستشعار البصرية والمتعددة الأطياف

وتُظهر السواتل مثل " ناسا " MODIS ] (على تيرا وAqua) و]VIIRS] (بشأن " Somi NPP " و NOA-20 " ) ضوء الشمس في إطارات مرئية وشبه خاضعة للأشعة تحت الحمراء، كما أن هذه المستشعرات تُظهر صورة عالية الاستبانة من تركيزات الجليدية.

رادار ذي فتحة اصطناعية (سار)

أما أدوات الرادار، مثل تلك الموجودة على متن وكالة الفضاء الأوروبية [(FLT:0] Sentinel-1] constellation، فهي قيمة بالنسبة للرصد القطبي لأنها يمكن أن تخترق الغطاء السحابي وتعمل خلال الليل القطبي.

رادار ولاسر التمتراتوري

وتقيس أجهزة التأجير ارتفاع سطح الجليد، مما يسمح للعلماء بحساب التغيرات في حجم صفائح الجليد واللوحة الجليدية البحرية (الجزء من الجليد فوق الماء) وتحتوي وكالة الفضاء الأوروبية على " كريو ساات-2 " () على مقياس للرادار يُستخدم على الوجه الأمثل للمناطق القطبية، بينما تستخدم " الاتجاهات الكتلية " () في إنتاج أشعة الليسات-2 غير مسبوقة.

أجهزة لاسلكية تعمل بالموجات الدقيقة

ومنذ عام 1979، توفر سلسلة من الأدوات السلبية للموجات الدقيقة (مثلاً، [(FLT:0] SSM/I، ]AMSR-E، AMSR2) بيانات يومية مستمرة عن تركيز الجليد البحري ونطاقه.

أجهزة الاستشعار الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء

وتقيس أجهزة الأشعة تحت الحمراء الحرارية، مثل MODIS ] band 31 وECOSTRESS على محطة الفضاء الدولية، درجة الحرارة السطحية في المناطق القطبية، يتطلب استخلاص درجة حرارة سطحية دقيقة من الفضاء تصحيحا دقيقا للآثار الجوية والمتغيرات في الجو، ومع ذلك، تكشف هذه البيانات عن اتجاهات الاحترار في القطب الشمالي وفي القطب الجنوبي، ولا سيما في أشهر الشتاء.

المؤشرات الرئيسية للسيارات القطبية للمناخ

وقد كشفت البيانات الساتلية عن حدوث تحولات لا لبس فيها في مؤشرات المناخ المتعددة في المناطق القطبية، وهذه التغيرات مترابطة وتعزز بعضها بعضا من خلال حلقات التغذية المرتدة.

الجليد البحري ذو النفع والثغب

وقد انخفض الحد الأدنى للجليد البحري في المنطقة القطبية الشمالية في شهر أيلول/سبتمبر السنوي بنسبة تتراوح بين 12 و13 في المائة في العقد مقارنة بمتوسط الفترة 1981-2010، وتبين سجلات الموجات الدقيقة التي تُسرّب بواسطة السواتل أن السنوات الـ 18 الأخيرة قد شملت أدنى درجات شهر أيلول/سبتمبر، وبالإضافة إلى ذلك، فإن سميك الجليد قد انخفض إلى مستوى الرصد الدينامي للسواتل - CryoSat-2، مما يشير إلى أن حجم الجليد البحري في القطب الشمالي خلال الشتاء قد انخفض بأكثر من ()

الرصيد الإجمالي

وتقيس البعثات التالية [الجبهة] لشمال أفريقيا ومنطقة أنتاركتيكا مباشرة التغييرات في ميدان الجاذبية في الأرض، مما يتيح للعلماء تقدير الخسارة الجماعية في صحائف الجليد. ومنذ عام 2002، فقدت غرينلاند ما يقرب من [الانبعاثات من الأرض:] 150 طناً من الجليد في عام 2000[6]

درجة الحرارة السطحية

وتكشف سجلات درجة الحرارة السطحية المستمدة من السواتل عن ارتفاع حرارة المنطقة القطبية الشمالية، لا سيما في منطقة بارنتس وبحر كارا )المحطة الساخنة " تضخيم القطب الشمالي " ( وفي أنتاركتيكا، فإن اتجاهات الحرارة أكثر تغيرا، ولكن شبه الجزيرة القطبية قد احترت بأكثر من ٣ درجات مئوية منذ منتصف القرن العشرين، وتظهر البيانات ذات الحمراء الحرارية المستمدة من نظام MODIS أن حجم الصيف في صحيفة ثلج غرينلاند يبلغ الآن تواترا.

سنو كوفر وألبيدو

وقد انخفض حجم الغطاء الثلجي على المناطق الشمالية من الكرة الأرضية - التي تقاس بسواتل مثل الساتل AVHRR-Hs AVHRR AVA-A، بنسبة ١,٥ في المائة في العقد في حزيران/يونيه، ويتجلى هذا الانخفاض في الربيع، عندما تُعرض الانهيار الجليدي أسطحاً أكثر فأكثر، مما يقلل من الألبدو الإقليمية، مما يؤدي إلى حدوث تفاعلات دفيئة ]ت امتصاص أقل[: ١[:

دائرة المحيطات وتخزين المياه العذبة

وترصد التأجير الساتلي (مثلا من سلسلة " كريوسات-2 " ، سلسلة جيسون) ارتفاع سطح البحر، الذي يرتبط ارتباطا وثيقا بمحتوى المياه العذبة من تآكل الجليد وهروب الأنهار، كما أن المحيط القطبي الشمالي شهد زيادة 7.8 في المائة ] في المياه العذبة السائلة على مدى العقدين الماضيين، مما يؤثر أيضا على اللون الفوقي المحيطي الملاحظ في المحيط الأطلسي.

اكتشاف الاتجاهات والأنوماليات

(ب) إن عمليات الرصد بواسطة السواتل تكون أقوى عندما تحلل كسلسلة زمنية.() ومن بين هذه الأساليب تحليل الاتجاهات الخيطية والانحراف عن المتوسطات المناخية، تسمح للعلماء بتحديد الاتجاهات المناخية الطويلة الأجل فحسب، بل أيضاً الأحداث المتطرفة، فعلى سبيل المثال، تم بوضوح استخلاص الدفء المشهود وفقدان الجليد البحري في القطب الشمالي خلال الشتاء 2015-2016 من خلال درجات الحرارة السطحية ومنتجات التركيز الجليدي البحري.()

ومن التحديات الرئيسية في مجال كشف الاتجاهات ضمان الاتساق بين البعثات الساتلية المتعاقبة التي قد تكون لها خصائص مختلفة من حيث المعايرة أو المدارات أو الاستشعار، وقد تصحح هذه التحيزات لإنتاج سجلات بيانات المناخ المتجانسة، مثل تلك التي تقوم بها النظام العالمي لمراقبة المناخ، بدلا من تغيير سلسلة الإشارات الساتلية، دون أن يكون ذلك التنسيق الدقيق، تحولا واضحا في سلسلة من مسلسلات الإشارات الفضائية.

Global Impacts of Polar Climate Changes

إن التحولات التي تكتشفها السواتل لا تقتصر على الأعمدة، بل لها عواقب بعيدة المدى على الكوكب بأكمله.

مستوى سطح البحر

وتسهم الخسائر الكبيرة من صحائف الجليد في غرينلاند وأنتاركتيكا الآن في ما يتعلق 1.1 ملم ] سنوياً إلى ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي، وهو عدد آخذ في الازدياد، وتوفر طوابق السواتل من سلسلة جيسون وCryoSat-2 الأساس لرصد هذه المساهمة، وإذا ما أصبح من المقرر أن تصبح صحيفة الجليد في أنتاركتيكا غير مستقرة، فإن مستوى سطح البحر يمكن أن يرتفع بعدة من عدة أمتار.

التغيرات في الدائرة الجوية

ويؤثر انخفاض درجة الحرارة بين القطب الشمالي وخط العرض المتوسط على موقع وقوام مجرى الطائرات، وتشير بعض الدراسات التي تستخدم الريح المستمد من السواتل وموجزات درجات الحرارة إلى وجود تدفق أكثر تواتراً للطائرات، مما يؤدي إلى استمرار أنماط الطقس - مثل الطلقات الباردة المطولة، أو الموجات الحرارية، أو أحداث التهطال الثقيلة - في خطوط العرض المتوسطة في نصف الكرة الأرضية الشمالية.

انحراف النظام الإيكولوجي

كما أن التراجع الجليدي في الربيع قد أدى إلى انخفاض في عدد سكان منطقة القطب الشمالي، مما يؤثر على شبكة الأغذية بأكملها من زوبلانكتون إلى الأسماك والأختام والدب القطبية، كما أن فقدان الجليد في القطب الجنوبي، الذي يُحدث آثارا مماثلة على سكان كل من المحيطين، حيث يُظهر أن جميع أنواع الجليد المتغيرة في شكل أقل من الأرض، تُظهر أيضا أن هناك نقصا في الجليد في الأسماك في القطب الجنوبي، وهو ما يُحدث آثارا مماثلة.

التحديات في مجال رصد السواتل

وعلى الرغم من قدرة الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل، لا تزال هناك تحديات عديدة، فالمناطق القطبية في خط العرض المرتفع، حيث لا يمكن للسواتل الثابتة بالنسبة للأرض أن تراقب، كما أن السواتل ذات المدار القطبي توفر التغطية، ولكن مقايضاتها ضيقة نسبيا، وقد تكون عمليات الاعادة الى الغلاف الجوي أقل تواتراً من القطب بسبب الديناميات المدارية، مما قد يخلق ثغرات في البيانات، ولا سيما بالنسبة لسمات سريعة التغير مثل خيوط الجليد البحري.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن الليل القطبي يمثل صعوبات فريدة أمام أجهزة الاستشعار التي تعمل بالكهرباء الشمسية، إذ لا يمكن خلال أشهر الشتاء أن تجمع مجموعات مرئية وشبه خاضعة للأشعة، بيانات، مما يترك المجال أمام أدوات نشطة مثل أجهزة التأشيرات الرادارية وأجهزة البحث والتطوير، وتصمم بعثات مثل CryoSat-2 خصيصا للعمل على مدار السنة، ولكن عدم وجود بيانات بصرية في الشتاء يحد من قدرتنا على رصد التغيرات في حجم الجليد، ومدة الذوب، وطول.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

وستؤدي بعثات السواتل الجديدة والطرق التحليلية إلى زيادة تشديد وجهة نظرنا بشأن تغير المناخ القطبي، وتحتوي [الاستبانة السريعة] [الاستبانة السريعة] على بيانات عن ارتفاع الترددات البحرية ودرجة الحرارة العالية من حيث النطاق البحري (المقياس الجليدي) (المقياس الجليدي، ومقياس التركيز المائي) (المقياس الجليدي) (المقياس الجليدي، ومقياس الجليدي) الذي أطلق في عام 2024، على جهاز استشعار متقدم لون المحيط (المقياس الترددي)

ويتزايد استخدام التعلم في مجال الآلات في تجهيز أحجام البيانات الضخمة من مجموعات السواتل، ويمكن لنماذج التعلم العميق أن تصنف تلقائيا أنواع الجليد البحري، وأن تكتشف البراعم المذوفة، وتتتبع عجلات الجليد بسرعتها واتساقها أكبر من الترجمة الشفوية اليدوية، كما أن السواتل الصغيرة، مثل السواتل الموجودة في المناطق الساحلية المفصّلة ] Planet]، تبثُّ الصور الكبيرة التقليدية

وأخيراً، تعمل هيئات التنسيق الدولية، مثل اللجنة المعنية بسواتل رصد الأرض (الفريق العامل المعني بسواتل رصد الأرض) [(FLT:1]) و[(FLT:2]]) [المنظمة العالمية للأرصاد الجوية ]، على ضمان استمرار عمليات الرصد القطبي، وإتاحة الوصول إلى البيانات بحرية، وسيشهد العقد القادم ثروة غير مسبوقة من المعلومات الساتلية عن القطبين، مما يعطي العلماء الثقة اللازمة للكشف عن الأنماط المستمرة،