Table of Contents

الدور الحاسم لنظام المعلومات الجغرافية في رصد ونموذج الاستجابة العالمية لتغير المناخ

إن المعالم الجليدية من بين أكثر المؤشرات حساسية لتغير المناخ، كما أن معتكفها السريع على مدى القرن الماضي يقدم أدلة واضحة وقابلة للقياس على كوكب مدافن، وقد أصبحت نظم المعلومات الجغرافية لا غنى عنها لدراسة هذه التغيرات، وتوفر مجموعة من الأدوات لجمع البيانات المكانية والزمنية، ودمجها وتحليلها، وتصويرها، وتصورها، وذلك عن طريق الجمع بين الصور الساتلية والخرائط التاريخية، والسجلات المناخية، والمقاييس الميدانية،

أساسيات الحياة العالمية في ظل تغير المناخ

ويحدث معتكف غلايسي عندما يفقد الجليد كتلة أكبر من خلال الانصهار، والتخريب، والحساب مما يكسبه تراكم الثلوج، ويرتفع المحرك الرئيسي درجات الحرارة العالمية، ويرفع ارتفاع خط التوازن إلى أعلى، ويعرض الانهيار الجليدي إلى الهواء الدافئ، ويمتد موسم التراكم، وفي مناطق كثيرة، يؤدي انخفاض التهاب السطحي في شكل ثلج إلى زيادة تفاقم الهباء.

إن رصد التراجع الجليدي ليس مجرد عملية أكاديمية، بل يعمل المزروعون كمستودعات للمياه العذبة، ويغذيون الأنهار التي تدعم بلايين الناس من أجل الشرب والري والطاقة المائية، كما يسهم مياههم المذوبة إسهاما مباشرا في ارتفاع مستوى سطح البحر، ويُعتبر فهم المجالات التي تتغير فيها الصعاب، ومدى سرعة تغير الجليد، أمرا أساسيا لإدارة الموارد المائية، وتقييم المخاطر (مثل الفيضانات التي تتدفقها البحيرات الجليدية)، وتخطيط التكيف مع المناخ.

لماذا نظام المعلومات الجغرافية هو مُناسب بشكل غير مُسمّى لدراسات الجلالات

ويعتمد علم الجليد التقليدي القائم على الميدان على القياسات المباشرة للتوازن الجماعي، والوضع النهائي، وسمك الجليد، وبينما تكون هذه الأساليب دقيقة في مواقع معينة، فإنها تستغرق وقتا طويلا، وتكلفة، ومحدودة في التغطية المكانية، ولا سيما في المناطق النائية أو العالية العرض أو القطبية، ويتغلب نظام المعلومات الجغرافية على هذه القيود عن طريق إدماج مختلف البيانات المتعددة النطاق في إطار مكاني مشترك.

  • عملية وتحليل محفوظات شاسعة من الصور الساتلية (لاندسات، سينتينيل، آستر، وزارة الدفاع عن النفس) التي تمتد لعدة عقود.
  • بيانات مستحضرات التجميل والناقلات (نماذج الارتفاع الرقمية، وشبكات المناخ، وحدود أحواض الصرف) للنمذجة المعقدة.
  • تطبيق خوارزميات الكشف عن التغيرات في خرائط الخطوط الجليدية، وحساب التغيرات في المساحة والحجم، وتقييم التغيرات في ارتفاع سطح الأرض.
  • تصور الاتجاهات عبر الزمن والحيز من خلال خرائط تفاعلية، وصور زمنية، ومشاهد من 3 دال.

مصادر تحليل المخلفات العالمية

وتتوقف دقة وموثوقية أي دراسة جليدية تستند إلى نظام المعلومات الجغرافية اعتمادا كبيرا على جودة بيانات المدخلات وتسويتها وتغطيتها الزمنية، ويستمد الباحثون عادة من عدة فئات رئيسية من البيانات.

التصوير الساتلي

وتوفر أجهزة الاستشعار الضوئية والرادارية للسواتل العمود الفقري للرصد الجليدي الحديث، وتوفر سلسلة لانديسات )التي بدأت في عام ١٩٧٢( صورا متعددة الأطياف لحلها على مدى ٣٠ مترا، مناسبة لرسم خرائط للمعالم الجليدية الكبيرة والمتوسطة الحجم، وتوفر مجموعة الساتل " سينتينيل - ٢ " حلا على بعد ١٠ أمتار مع فترة إعادة النظر في السحاب لمدة ٥ أيام، مما يتيح رصدا أكثر تواترا للمناطق التي لها غطاء سحابي ثابت أو ظلام شاعري

نماذج الارتفاع الرقمي

والبيانات الطبوغرافية ذات أهمية حاسمة لفهم قياسات الجيولوجيا الجليدية، واتجاه التدفق، وتغيرات السميكة، إذ تتيح نظم الإدارة البيئية العالمية المتاحة مجانا مثل جهاز الصراف الآلي (30 مترا)، ونظام ASTER GDEM (30 مترا)، والجهاز الجوي الجديد (30 مترا) للباحثين استخراج ملامح الارتفاع، وإخراج المنحدرات والجانب، وحساب التنويم المغناطيسي.

بيانات تحليل المناخ وإعادة التحليل

ولربط التراجع الجليدي مع العوامل المناخية، تدمج نظم المعلومات الجغرافية مجموعات بيانات المناخ المزودة بشبكات، مثل برنامج " إي آر 5 " ، أو " العالم " ، أو " شيلسا " ، وتُستعان بالقابليات المميتة مثل درجة الحرارة، والتساقط، والإشعاع الشمسي، والرطوبة في مواقع الجليد، وتحلل إلى جانب قياسات التوازن الجماعي، كما تيسر تخفيض نواتج النموذج المناخي العالمي إلى جدول الكميات الملتقطة في التوقعات المستقبلية.

القياسات الميدانية والمسح العالمي لتحديد المواقع

ولا تزال بيانات الأرض أساسية، إذ أن الدراسات الاستقصائية التي تجريها الشبكة العالمية لتحديد المواقع التي تستخدم فيها أجهزة الجليد، وموازين التراكم، وملامح الرادار التي تستخدم شبكة الجليد، وقياسات التوازن الجماعي تجمعها الأفرقة الميدانية وتستورد إلى قواعد البيانات الجغرافية، وتتحقق هذه البيانات من المنتجات المستمدة من السواتل، وتحسن من معايرة النماذج، وتوفر المبادرة العالمية لقياسات الجليد الأرضية من الفضاء قاعدة بيانات محدثة عن بعد.

الخرائط التاريخية والصور الجوية

وبالنسبة لمناطق عديدة، تعود الصور الجوية إلى الثلاثينات - الخمسينات، ويمكن أن تُخَصَّف هذه الصور ورقمنة داخل نظام المعلومات الجغرافية لإعادة بناء نطاق الجليد قبل فترة الساتل، كما أن الخرائط الطبوغرافية التاريخية )مثلا من الدراسات الاستقصائية لسواتل الملاحة، أو السويسرية، أو الهندية( توفر أيضا مواقع للمصطلحات ومواقد الارتفاع، كما أن إدماج هذه البيانات القديمة مع صور حديثة أكثر من الباحثين.

أساليب تحليلية في نظام المعلومات الجغرافية للدراسات العالمية

وإلى جانب وضع الخرائط البسيطة، يتيح نظام المعلومات الجغرافية إجراء تحليلات مكانية وزمنية متطورة تكشف ديناميات المعتكف الجليدي.

تحليل الوقت في منطقة غلاسير ولينجث

عملية نظام المعلومات الجغرافية الأساسية تتضمن رقمنة يدوية أو شبه عملية استخراج الخلايا من تواريخ متعددة للصور، والبوليغون الناتجة عن ذلك مطروحة على حساب تغير المنطقة بمرور الوقت، ويمكن استخدام أداة " الاختناق " لتحديد مسافة التراجع المصطلحي، بينما تقوم أداة " الحرق " بضبط التغير في الوضع الأمامي بالنسبة لنقطة مرجعية، مثل تلك التي تبين مدى الاتساق في الدراسات.

Elevation Change and Volume Loss Measurement

باختلاف درجتين من منظومات الـ دي إم بي إي من أوقات مختلفة، يحسب نظام المعلومات الجغرافية نموذجاً للارتفاع الرقمي للفرق، مثلاً، بسحب جهاز أشعة دون مقطعي من طراز 2000 من طراز القطب الشمالي، يكشف عن تضخيم أسطح الجليد في المنطقة،

رسم خرائط سطحية لأجهزة التعبئة مع تعقب الماشية

ويمكن لنظام المعلومات الجغرافية أن يجهز الصور البصرية أو الرادارية باستخدام تقنيات الوصل (مثلاً، COSI-Corr، ImGRAFT) لاستخلاص حقول سرعة الجليد، وتساعد خرائط السرعة العالية الاستبانة على تحديد الجبهات المشتعلة والسلوك المفاجئ وثبات التدفق المرتبطة بتسرب المناخ، وعندما تقترن مع نماذج التنويم المغناطيسي والتوازن الجماهيري، تحد بيانات السرعة من الاستجابة الدينامية للغازات.

المسحوق والنظافة

ونظراً لأن الجليديات جزء لا يتجزأ من نظم الأنهار، فإن النماذج الهيدرولوجية القائمة على نظام المعلومات الجغرافية (مثلاً، HBV، SWAT، أو PRMS) تدمج مجرى المذوبات الجليدية كمساهمة رئيسية، ومن خلال تحديد مستجمعات المياه من نظم الإدارة البيئية، واستخلاص جزء من الغطاء الجليدي، والربط مع البيانات المناخية، يمكن للباحثين أن يقيِّموا كيف يغيِّر التوافر الموسمي للمياه، وتحلل الذروة، والتدفقات الحرجة.

نُهج التعلم الإحصائية والآلية المتكاملة مع نظام المعلومات الجغرافية

دعم برامج نظام المعلومات الجغرافية المتقدمة الآن التكامل مع البرامج الإحصائية (R, Python) لتشغيل نماذج التراجع، وتحليل المجموعات، وتحليل العناصر الرئيسية للبيانات المكانية، وقد استخدم الباحثون هذه الأدوات لربط معدلات معتكف الجليد مع البارامترات الطبوغرافية (المنحدرة، الجانب، نطاق الارتفاع) والمتغيرات المناخية، وفي الآونة الأخيرة، تم تدريب مصنفات التعلم الآلات (المزارع، والشبكات العصبية)

دراسات الحالة: النظام العالمي لتحديد المواقع العالمية

"هيمالايا" و "تيبت بلاتو"

:: تم دراسة واسعة النطاق لأكبر تركيز للمنحدرين من الجليد خارج المناطق القطبية، حيث تم تحليل كمية المياه الجوفية المرتفعة التي كانت أكثر شمولاً في منطقة هندو كوش هيمالايا، حيث تبين أن هذه المواد الجليدية قد تراجعت في المتوسط 0.3 إلى 0.5 متر في السنة منذ السبعينات، مع التعجيل في العقود الأخيرة.

Alps, Europe

وقد خضعت الأجهزة الأوروبية للرصد المنهجي منذ القرن التاسع عشر، ولكن نظام المعلومات الجغرافية قد أحدث هذه السجلات، وقد استخدمت الصور الجوية التي تم فرزها من عام 1954 وعام 1973، إلى جانب صور " ستينيل-2 " الحديثة، في إطار نظام المعلومات الجغرافية لقياس تراجع جميع المعالم السويسرية، وتشير النتائج إلى أن معظم الموازين التي تُعد في القرن الواحد والعشرين قد فقدت حوالي 60 في المائة من حجمها منذ عام 1850، مع وجود أكبر خسائر كبيرة في عام 2000.

ألاسكا ومساحات الباتاغون

(ألاسكا) تُسهم أكبر خسارة جليدية لأي منطقة خارج صحائف الجليد، وقد أظهر تحليل نظام المعلومات الجغرافية لصور (لاندسات) من 1984-2020 أن غلاف (ألاسكا) قد فقدوا 72 طناً من الجليد في السنة، مع تسارع في غلاف المياه الجليدية التي تمر بسرعة.

الآثار المترتبة على ارتفاع مستوى سطح البحر، والموارد المائية، والنظم الإيكولوجية

إن الأدلة التي يستمدها نظام المعلومات الجغرافية لا لبس فيها: فالأنهار الجليدية تفقد الكتلة بسرعة متسارعة، مما يترتب عليه عواقب مباشرة ومكثفة.

مساهمة على مستوى سطح البحر

وقد ساهمت المصابيح الجليدية (باستثناء صحائف الجليد في أنتاركتيكا وغرينلاند) بنحو 10-15 في المائة من الارتفاع الملحوظ في مستوى سطح البحر خلال العقدين الماضيين، وستستمر تقديرات تغير الحجم القائمة على نظام المعلومات الجغرافية في عمليات تقييم الميزانية على مستوى سطح البحر على الصعيد العالمي، وتعتمد آخر تقارير الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ اعتمادا كبيرا على هذه التحليلات المكانية لتقييد التوقعات، وحتى إذا انخفضت انبعاثات غازات الدفيئة انخفاضا جذريا، فإن المذوبان الجليدية الملتزمة ستستمر في رفع مستويات البحر لعقود قادمة.

التغيرات في مياه نهري مياه الأمطار والمياه

وكثير من الأنهار الرئيسية - بما فيها الغانج، وبرامابوترا، وانغتوز، وكولورادو - التي تتلقى جزءا كبيرا من تدفقها من مياه الجليد أثناء موسم الجفاف، وقد أظهرت الدراسات الهيدرولوجية القائمة على نظام المعلومات الجغرافية أنه مع تقلص الجليد، فإن مياه الأمطار ستصل قبل منتصف القرن في كثير من الأحواض، يليها انخفاض في عدد المياه.

تشكيل البحيرات الجليدية الجديدة وفيضانات أوفبورت

As glaciers retreat, they often leave behind depressions that fill with meltwater, forming proglacial and supraglacial lakes, these lakes are inherently unstable, dammed by moraines or ice, and can blow catastrophically (GLOFs). GIS is used to map these lakes from satellite images, monitor their growth, and model the potential flood inundation zones

الآثار الإيكولوجية والبيوجية

ويكشف الجليد المتجدد عن تضاريس جديدة تُستعمرها الأنواع الرائدة، وتُغيّر التنوع البيولوجي المحلي، ويمكن أن تُعقَد نظم المعلومات الجغرافية، إلى جانب الاستشعار عن بعد بواسطة الفائقة الأطياف، التوسع في استخدام الغطاء النباتي في الحقول المهجورة، إضافة إلى أن إطلاق الملوثات القديمة (مثل الملوثات العضوية الثابتة والمعادن الثقيلة) المحاصرة في الجليد يمكن أن يُقدَّر بتجاوز أنماط التلوث في نظام المعلومات الجغرافية.

الاتجاهات المستقبلية: التقدم المحرز في تكنولوجيا المعلومات الجغرافية ومنهجياتها

ولا يزال مجال علم الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية يتطور بسرعة، ويقوده أجهزة الاستشعار الجديدة، والأساليب الحاسوبية، ومبادرات البيانات المفتوحة.

بيانات ساتلية أعلى درجة للتجديد وأكثر ترددا

بعثات مثل الرادار الاصطناعي في ناسا - إيرو، وبعثات توسيع كوبرنيكوس التابعة للإيسا ستوفر أسبوعياً، وبراعة عالية الاستبانة (10 أمتار) وصورة بصرية، وستواجه منابر نظام المعلومات الجغرافية تحدياً متزايداً في التعامل مع مجموعات البيانات التي تُستخدم على نطاق واسع، ولكن الحاسب السحابي (محرك الأرض، AWS، مجموعة المصغرة)

التكامل مع الاستخبارات الفنية والتعلم العميق

ويجري تدريب الشبكات العصبية العميقة التي تبث في إطارها التفاعلي على تحديد الحدود الجليدية تلقائيا من الصور الساتلية وتصنيف الغطاء الحطامي وكشف الخرافات والبحيرات، ويمكن لهذه النماذج، عند نشرها في نظام المعلومات الجغرافية، أن تعجل بشكل كبير في رسم الخرائط وتخفض من الخطأ البشري، وعلاوة على ذلك، تستخدم النماذج الوراثية لسد الثغرات في نظم الإدارة البيئية الناجمة عن الغطاء السحابي أو الظل.

3 دال و 4 دال - تصور الاتصال والتعليم

ويمكن أن تتيح أدوات نظام المعلومات الجغرافية الحديثة مثل نظام المعلومات الجغرافية التابع لدائرة القطب الشمالي، أو نظام المعلومات الجغرافية مع سيزيوم، أو التكامل الحركي غير الواقعي، إنشاء نماذج من المنظرات الجليدية ذات الـ 3D، يمكن أن تُنقَط بمرور الوقت، وهذه الصور البصرية قوية لإبلاغ صانعي السياسات والطلاب والجمهور عن حجم وسرعة المعتكف الجليدي.

Citizen Science and Collaborative Platforms

وتعتمد منابر مثل نظام الأفضليات المعمم العالمي للنظم العالمية لسواتل الملاحة وبورصة التغيير العالمية على نظام المعلومات الجغرافية لتحديثات المعلومات الجغرافية من مصادر مشتركة من العلماء في جميع أنحاء العالم، وتسمح تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية المتحركة (مثلاً، المسح 123، كوبوتول بوكس) للباحثين الميدانيين بتقديم نقاط النظام العالمي لتحديد المواقع والصور مباشرة إلى قاعدة بيانات مركزية، يتم تجهيزها تلقائياً وإدراجها في التقييمات الإقليمية، ويعجل هذا النهج التشاركي بجمع البيانات ويعزز التعاون الدولي.

الاستنتاج: نظام المعلومات الجغرافية باعتباره أداة أساسية للعمل المناخي

وقد حولت نظم المعلومات الجغرافية دراسة المعتكف الجليدي من الانضباط الكثيف الميداني إلى علم عالمي يقوم على البيانات، ومن خلال إدماج البيانات الساتلية المتعددة الاستشعار، والنماذج الطبوغرافية، والسجلات المناخية، والملاحظات الميدانية، يوفر نظام المعلومات الجغرافية فهماً شاملاً لكيفية تغيير أجهزة الاستعلام المكانية، والدليل واضح: إن الاحترار البشري يؤدي إلى حدوث خسائر جليدية واسعة النطاق تهدد إمدادات المياه، ويرفع مستوياتها.