استكشاف الحركة العالمية المناخ تغيير الأثر باستخدام المعلومات الجغرافية النظم

وقد برزت نظم المعلومات الجغرافية كأدوات لا غنى عنها لفهم أحد أكثر التحديات البيئية إلحاحا في عصرنا: التحول السريع لمعالم الأرض الجليدية استجابة لتغير المناخ، وهذه البرامج المتطورة للتحليل المكاني تمكّن العلماء والباحثين والمديرين البيئيين من تتبع الحركات الجليدية ذات الدقة غير المسبوقة، وتُقدّم نظرة دقيقة عن كيفية استجابة المناظر الطبيعية المجمدة لكوكبنا للحرارة.

ويقوم عالمو الجليديات برسم خرائط ورصد المراحيض لأسباب عديدة منها تقييم الاتجاهات المناخية العالمية والإقليمية، وكشف المخاطر، وارتفاع مستوى سطح البحر، وموارد المياه العذبة، وصحة النظام الإيكولوجي واستقراره، ودمج تكنولوجيا نظام المعلومات الجغرافية بالاستشعار عن بعد بواسطة السواتل، ونماذج الارتفاع الرقمي، والبيانات المناخية، قد أدى إلى ثورة قدرتنا على توثيق وفهم هذه التغيرات عبر النطاقات المكانية التي تتراوح بين فرادى الجليديات وبين جميع النطاقات الجبلية وأقسام الجليد.

مؤسسة نظام المعلومات الجغرافية في علم الجليد

ويوفر نظام المعلومات الجغرافية، في جوهره، إطارا لتنظيم وتحليل وتبصر البيانات المكانية المتصلة بالنظم الجليدية، وييسر استخدام نظام المعلومات الجغرافية لتحليل البيانات مقارنة المناطق المصنَّفة ويتيح قياس كمية التغير الجليدي من خلال حساب التغيرات في طول الجليد ومجاله، وتحوّل هذه القدرة الصور الساتلية الخام والقياسات الميدانية إلى معلومات استخبارية عملية عن سلوك الجليدي والاستجابة للمناخ.

وقد تطورت التكنولوجيا تطوراً كبيراً على مدى العقود الأخيرة، ويمكن أن تجهز منابر نظام المعلومات الجغرافية الحديثة كميات كبيرة من البيانات المستمدة من مصادر متعددة في وقت واحد، بما في ذلك الصور الساتلية البصرية، والبيانات الرادارية، ونماذج الارتفاع الرقمي، والقياسات الأرضية، وقد أدت التطورات الأخيرة في منابر الحاسوب السحابي، مثل غوغل إيني، إلى تعزيز قدرات تركيب الغلاف الجليدي الآلي، ومن خلال استخدام محفوظات أرضية أوسع نطاقاً مناً للصور الساتلية.

وقد أصبحت الاحتياجات التقنية اللازمة لتنفيذ رصد الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية متاحة بصورة متزايدة، وينبغي أن يكون لدى تقني الرصد فهم أساسي لتقنيات الاستشعار عن بعد وأن يكون مختصا باستخدام نظام المعلومات الجغرافية، وتشمل المواد والمعدات اللازمة صورا واسعة النطاق ورقمية وقائمة على المراجع الجغرافية، ومنشأة عمل لنظام المعلومات الجغرافية، وقد مكّنت هذه التحولات التكنولوجية من زيادة المؤسسات البحثية والوكالات البيئية من المشاركة في جهود الرصد العالمية للمنهار الجليدية.

فهم الحركة العالمية من خلال التحليل المكاني

وتمثل حركة الجليد أحد أكثر الجوانب دينامية لهذه الجماهير الجليدية، وتوفر نظم المعلومات الجغرافية نُهجا متعددة لتتبع هذا الاقتراح وتحليله، وسرعة سطح الجليد هي مقياس للمعدل الذي ينزل فيه الجليد تحت تأثير الجاذبية، من خلال عمليات الانزلاق على سريره والتشوه الداخلي للجليد، وفهم هذه الحركات أمر أساسي للتنبؤ بالأخطار الجليدية المحتملة في المستقبل.

قياسات الحرق بواسطة السواتل

ويشمل فهم ديناميات الجليد رصد تحركاتها، وقد طور الباحثون منتجات سُرعة تدفق سطح الجليدي السنوية التي تستخدمها السواتل للأشعة فوق البنفسجية الأوروبية، والتي تغطي الفترة من عام 2015 إلى عام 2021، وتوفر هذه البيانات بؤرة قيمة لأنماط تدفق الجليد، مما يسهم في فهم شامل لسلوك الجليد استجابة للتغيرات المناخية، وتولد هذه المنتجات السريعة باستخدام تقنيات متطورة للتصوير.

وقد شملت الأساليب التقليدية لقياس سرعة الجليد كلا من التتبع الكثيف وتتبع المعالم، وفي حين أن معظم الدراسات تستند إلى أساليب تتبع الكثافة، فإن عدة خوارزميات تتبع سمات، مثل SIFT (Scale-Invariant Feature Transform)، أو إطار الترددات السطحية (الرسوم السريعة) أو (الخصائص الثابتة لحركة الترددات السطحية) أو (الشكل المتطورة الأرضية).

وقد عززت الابتكارات الحديثة في مجال التعلم العميق دقة قياسات سرعة الجليد، ولا سيما في الظروف الصعبة، وقد يكون نهج التعلم العميق مفيداً بصفة خاصة في حالات التفاوت الكبير في سرعة الجليد، أو لكشف ديناميات الجليد بين البحار، أو إذا حدثت تغييرات سطحية كبيرة بسبب التحول أو التكاثر في التناوب، وقد يكون تدفق العمل المفاجئ هذا حاسماً أيضاً بالنسبة لعمليات الجليدية السطحية.

Elevation Change Detection

قياس التغيرات في ارتفاع سطح الجليد يوفر معلومات هامة عن المكسب أو الخسارة في الكتلة الجليدية، وتقاس التغيرات في التدرج بواسطة الرادارات والليزر مثل CryoSat-2 و ICESat-2، التي ترسل نبضات نحو سطح الأرض وتسجل وقت العودة لتحديد ارتفاع الجليد، وعندما تدمج في منابر نظام المعلومات الجغرافية، يمكن مقارنة هذه التغيرات الكمية في مستويات الجليد عبر الزمن.

وتبين التغيرات التي طرأت على ارتفاع سطح أستر في غلاسكو في منطقة باندليس بالقرب من حزيران/يونيه إلى عام 2016 أن الألوان الحمراء تسود تقريباً أرصدة جماهيرية سلبية: فكل الثلج أقل كثيراً هو التراكم والتمسك خلال الصيف مما هو مزدهر، وهذه الصور المصورة التي أمكن من خلال تحليل نظم المعلومات الجغرافية، توفر أشكالاً ملائمة من العمليات الجليدية المعقدة.

Assessing Climate Change Impact on Glaciers

والعلاقة بين تغير المناخ وسلوك الجليد هي علاقة معقدة ومتعددة الجوانب، ويتيح نظام المعلومات الجغرافية للباحثين إدماج متغيرات المناخ المتعددة مع البيانات الجيولوجية لفهم هذه العلاقات بصورة شاملة.

تحليل التمهيد والتهطال

ويمثل تكامل البيانات المناخية أحد أقوى تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في مجال علم الجليد، إذ يمكن للعلماء، عن طريق الإفراط في استخدام بيانات درجات الحرارة والتنبؤات ذات النطاق الجليدي وقياسات التوازن الجماعي، أن يحددوا العوامل المناخية المحددة لتغير الجليد، كما أن البيانات الدقيقة والمناسبة التوقيت بشأن التوازن الكتل الجليدي واستراتيجيات المعلومات المتعلقة بحركة المياه، ومراقبة الفيضانات، وتوليد الطاقة الكهرمائية، ومع استمرار تأثير أدوات التخطيط في مجال تغير المناخ على نحو مستدام.

وتخفض بيانات درجة حرارة الهواء والهواء والطول إلى حد أقصى قدره كيلومتر واحد، وتُحدَّد كمية آثار التغييرات السنوية والموسمية في عوامل الأرصاد الجوية المنخفضة النطاق على المدى الجليدي، ويتيح هذا التكامل في البيانات المناخية العالية الاستبانة توزيعا أدق للتغيرات الجليدية على متغيرات مناخية محددة.

التغير الإقليمي في الاستجابة العالمية

وقد كشف تحليل نظم المعلومات الجغرافية أن استجابة الجليد لتغير المناخ تختلف اختلافا كبيرا في مختلف المناطق، إذ أن تكنولوجيات الاستشعار عن بعد مثل الرادار ذي الفتحة التركيبية والصور الساتلية من لاندسات وMODIS توفر قياسات تفصيلية للديناميات الجليدية، مما يكشف عن تفاوت إقليمي كبير في فقدان الجليد، لا سيما في القطب الشمالي وفي القطب الجنوبي، ومن الضروري فهم هذا التباين لوضع استراتيجيات تكيف خاصة بكل منطقة.

وتشكل معدلات فقدان الكتلة الجليدية في أمريكا الشمالية الغربية وألاسكا من بين أعلى المعدلات على الأرض، وتساعد التحليلات المقارنة القائمة على نظام المعلومات الجغرافية في مختلف النطاقات الجبلية والمناطق المناخية على تحديد المناطق التي تكون فيها الجليديات أكثر عرضة للاحترار المستمر، وهي العوامل التي توفر بعض المرونة.

Long-Term Trend Analysis

ومن أهم المساهمات التي يقدمها نظام المعلومات الجغرافية في البحوث المتعلقة بتغير المناخ القدرة على تحليل الاتجاهات الطويلة الأجل في سلوك الجليد، فقد الجليد على نطاق العالم كتلة تبلغ 267 جيغا طن سنويا، من 2000 إلى 2019، وهي تمثل 21 في المائة من ارتفاع مستوى سطح البحر الملاحظ، وتتيح منابر نظام المعلومات الجغرافية إدماج البيانات التاريخية مع القياسات المعاصرة لوضع هذه الاتجاهات في صلب إحصائي.

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية المتقدمة في مجال علم الجليد

وإلى جانب الرصد الأساسي، يتيح نظام المعلومات الجغرافية إجراء تحليلات متطورة تعزز فهمنا لنظم الجليد وتفاعلاتها مع نظام الأرض الأوسع.

رصد الركود الجليدي والتطور

وتمثل التغييرات التي طرأت على نطاق الجليد بمرور الوقت أحد التطبيقات الأساسية لنظام المعلومات الجغرافية في علم الجليد، وقد استخدمت الصور الفوتوغرافية الرقمية والصور الساتلية بنظام للمعلومات الجغرافية لإجراء عملية المسح، واستخدمت أيضا الصور الأرضية التي التقطت من الحواف والقمم القريبة كمراجع، ويكفل هذا النهج المتعدد المصادر توثيقا شاملا لمواقع هامش الجليد.

ويوفّر استخدام الصور الساتلية لأغراض التحليل في السنوات الأخيرة قدرا أكبر بكثير من الحل وزيادة توضيح هوامش الجليد عند مقارنة الصور الجوية، وفي عدة حالات، استخدمت الصور الساتلية العالية الاستبانة لعام 2015 للمساعدة على رسم خرائط لهوامش الجليد من التحليلات الجوية السابقة حيث استبعد الحطام الصخري الذي يغطي الجليد من المحيط الجليدي أو حيث كان التظليل الثقيل قد جعل تحديد الهامش صعبا، وقد عززت هذه التحسينات التكنولوجية دقة وموثوقية قياسات النطاق الجليدي.

وتوفر القدرة على قياس معدلات التراجع كميا معلومات أساسية لفهم استجابة الجليد إزاء تأجيج المناخ، وقد أتاحت الصور الجوية والسواتل تحديد ورقمنة هذه الوسائل، مما أتاح للعلماء تقدير شكل معظم الجليديات في حديقة غلاسير الوطنية التي تدوم نحو عام 1850، ويكشف مقارنة النطاقات الجليدية التاريخية بالقياسات المعاصرة عن حجم التغير الذي يتخطى الزمن الذي يحدثه الزمن إلى عشرات السنين.

تحليل ظواهر الجليد التي تضيع على مر الزمن

ويمثل الرصيد الكلي صافي كسب أو فقدان الجليد من نظام غلاسير، ويشير الرصيد الكتلي للجليد إلى إضافة أو فقدان الجليد في جليد على مر الزمن، وتدمج تقييمات التوازن الجماعي القائمة على نظام المعلومات الجغرافية قياسات تغير الارتفاع مع بيانات منطقة الجليديات لحساب فقدان الجليد في الحجم.

وتمثل التقديرات الإقليمية للفترة 2000-2014 أول تقييم شامل للتغيرات في الكتلة الجليدية على نطاق الألب، وتكشف عن انحسار سطحي واسع النطاق حتى في أعلى مستويات النطاقات الجبلية الأقل من الألب، ويبلغ إجمالي الخسارة الإجمالية 1.3 غات - 1 منذ عام 2000، وهو ما يعادل نحو 1.2 في المائة - 1 من الحجم الجليدي في بداية القرن الحادي والعشرين، ولا يمكن إجراء مثل هذه التقييمات الشاملة إلا من خلال نظام المعلومات الجغرافية.

تحسين أطر النماذج القائمة على الاستشعار عن بعد فهم عمليات التراكم والتراكم وتحديد كمية التوازن الكتلي للجلاسي باستخدام الصور الساتلية المتعددة الأطياف، حيث أن عدة مناطق من العالم لا تزال خاضعة للرصد الضعيف لأن القياسات الميدانية للرصد المستمر على نطاق واسع أو في أرض معقدة قاسية باهظة التكلفة، وتستغرق وقتا طويلا وتصعب، وتزيد من توافر البيانات الرقمية من مختلف سواتل الاستشعار عن بعد في القدرات المكانية والزمانية المناسبة

Predicting Future Glacial Changes

وتتيح برامج نظام المعلومات الجغرافية وضع وتطبيق نماذج التنبؤ التي تُتوقع حدوث تغيرات في المستقبل في إطار سيناريوهات مناخية مختلفة، وتدمج هذه النماذج السلوكيات التاريخية للجليد، والإسقاطات المناخية، وفهم العمليات المادية للتنبؤ بالأوضاع المستقبلية.

ومن المتوقع أن تخفض مساحة الجليد بنسبة 10.92 في المائة (SSP1-2.6)، و25.44 في المائة (SSP2-4.5)، و55.42 في المائة (SSP5-8.5) بالنسبة إلى مجموعة التبتات بأكملها، وتساعد هذه الإسقاطات القائمة على السيناريوهات واضعي السياسات ومديري الموارد على فهم مجموعة المستقبل المحتملة والتخطيط تبعا لذلك.

وتتسم القدرات المكانية لنظام المعلومات الجغرافية بأهمية خاصة لتحديد أي من المناطق الجليدية أو المناطق الجليدية الأكثر عرضة للتغيير في المستقبل، ومن المتوقع أن تنخفض مساحة الجليد انخفاضا كبيرا في جميع المناطق الفرعية في إطار السيناريو المثير للقلق SSP5-8-5، حيث يتوقع أن تختفي الغلاسيرات الخالية من الحطام في المنطقة الثالثة بحلول نهاية القرن، وهذا التحديد المكاني يتيح رصد جهود التكيف الهادفة.

تقييم الاشتراكات على مستوى سطح البحر

إن فهم مساهمة الذراع الجليدي في ارتفاع مستوى سطح البحر يمثل تطبيقا حاسما لرصد الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية، وجميع غلافات الأرض الألب تقريبا تفقد كتلة، مع ما يترتب على ذلك من آثار على موارد المياه العذبة، واستقرار المناظر الطبيعية، والنظم الإيكولوجية الإقليمية، ومستوى البحر العالمي، ويتيح نظام المعلومات الجغرافية تجميع بيانات الخسائر الجماعية في الجليد في جميع المناطق لحساب مجموع المساهمات في حجم المحيطات.

ويمكن أن يؤدي تراجع المراحيض إلى إمدادات غير مستدامة للمياه في الأنهار الرئيسية وزيادة الأخطار الجيولوجية، مثل التوسع في بحيرة الجليد والفيضانات الخارجية، مما قد يهدد سبل عيش المناطق الواقعة في أسفل النهر، وتساعد تقييمات المخاطر القائمة على نظام المعلومات الجغرافية على تحديد المجتمعات والهياكل الأساسية المعرضة للخطر من الأخطار المرتبطة بالجليد.

مصادر البيانات ومنابر السواتل لتحليل نظم المعلومات الجغرافية

وتتوقف فعالية نظام المعلومات الجغرافية في مجال علم الجليد اعتماداً كبيراً على نوعية البيانات المتعلقة بالمدخلات وتوافرها، وتسهم البرامج الساتلية المتعددة ومصادر البيانات في برامج الرصد الشاملة للزلازل.

التصوير الضوئي للسواتل

وتعتمد معظم الدراسات على الصور البصرية، ولا سيما لادسات - 8 وسينتينيل - 2، بينما يعمل جهاز الاستشعار - 1 كمصدر رادار تكميلي، ويوفر برنامج لاندسات، الذي يعود تاريخه إلى عام 1972 على مدى عقود، موردا قيما لتحليل تغير الجليد الطويل الأجل، ويتيح الاتساق في التصميم المكاني والخصائص الشفافة لصور لاندسات كشفا للتغيير يمكن الاعتماد عليه عبر عقود متعددة.

ويعرض الساتل " سينتينيل - 2 " ، دعماً من حيث المكان والزمان بالمقارنة مع " لادسات " ، ويتألف برنامج " سينتينيل 2 " من ساتلين توأم أطلقتهما وكالة الفضاء الأوروبية، قادرتين على تصوير الأرض في حل قدره 1060 متراً، ويلتقطان باستمرار صوراً مثبتة على الطيف يتراوح بين 56 درجة مئوية و 84 درجة نون كل 5 أيام، وعلى عكس أعين، يمكن أن يكتشف نظام السواتل الطاقة الكهيد في شكل قوسينات جليدية واضحة.

بيانات رادار وآلتتري

وتوفر بيانات الرادار ذي الفتحة التركيبية قدرات حاسمة لرصد الجليد، ولا سيما في المناطق التي تتسم بغطاء سحابي متواتر حيث تكون الصور البصرية محدودة، كما أن بيانات الرادار التركيبية من بعثة رسم الخرائط في عام 2000 وجهاز TerraSAR-X-Add-on من أجل بعثة قياس الارتفاع الرقمي (TanDEM-X) وكذلك بيانات قياس الصور البصرية في برنامج " تيراسار-X " .

إن قدرة منطقة البحث على التصوير طوال الليل، التي تستخدمها جميع الأشعة، تجعل من ثمين بشكل خاص رصد المراقص في المناطق القطبية والمناطق الجبلية المرتفعة الارتفاع، ولا يزال رصد البحيرات الجليدية في المناطق الجبلية يشكل تحدياً للأيام الغائمة بسبب محدودية الرادار وعدم إمكانية استخدام البيانات البصرية، وعلى الرغم من هذه القيود، فإن الاستخدام التكميلي للبيانات البصرية والرادارية يوفر تغطية زمنية أكثر اكتمالاً من أي مصدر بمفرده.

قواعد بيانات غلاسير العالمية

(أ) قياسات الأرض العالمية من الفضاء (قاعدة بيانات غلاسير) هي جرد عالمي للجليد الأرضي، بما في ذلك الطبوغرافية السطحية، ومقياس للتغير الجليدي، وبيانات نظام GLIMS يتم توزيعها من خلال مركز المحفوظات النشيطة التابع لوكالة ناسا، والتي تم توزيعها على أجهزة قياس الترددات الفضائية التي تستخدمها شركة إن آي إس إيه تي إم إس

وتوفر قواعد البيانات العالمية هذه مخططات ومواصفات موحدة للمعالم الجليدية تستخدم كمجموعات بيانات أساسية لتحليل نظم المعلومات الجغرافية، وتوفر المبادرة العالمية لقياسات الجليد الأرضي من الفضاء قاعدة بيانات عالمية لمخططات الجليد، مستمدة أساسا من الصور الساتلية، ومخططات الجليد، ولا سيما المخططات الخاصة بنفس المراحيض التي تم رسمها بمرور الوقت، مجموعة بيانات هامة، وهي ضرورية لتقييم أثر تغير المناخ.

Machine Learning and Artificial Intelligence in GIS-Based Glacier Analysis

وقد فتح التكامل بين نهج التعلم الآلي والتعلم العميق مع منابر نظام المعلومات الجغرافية حدودا جديدة في مجال رصد وتحليل الجليديات، ويمكن لهذه التقنيات الحاسوبية المتقدمة أن تجهز كميات كبيرة من الصور الساتلية وتستخرج معلومات جليدية ذات كفاءة ودقة غير مسبوقة.

رسم خرائط مرجانية آلي

ويعد إجراء استعراض شامل أمرا أساسيا للزيادة السريعة في شعبية أساليب الاستخبارات الاصطناعية للاستشعار عن بعد للبحيرات الجليدية، وإجراء دراسات استقصائية بحثية لمدة عقد (2015-2024) عن البحوث المتعلقة برصد البحيرات الجليدية من الفضاء، مع التركيز على التعلم التقليدي للآلات ونُهج التعلم العميق، ويمكن لهذه النهج الآلية أن تجهز آلاف الصور الساتلية لرسم خرائط النطاقات الجليدية عبر جميع النطاقات الجبلية.

ويمثل تحليل الصور المأخوذة من الأجسام نهجاً واحداً لرسم الخرائط الآلية للمصابيح الجليدية، حيث رسم الباحثون 2203 غلافاً باستخدام تحليل الصور المأخوذة من الأجسام، وطبقوا على الصور الساتلية المتعددة الأطياف في غوغل إيغل إيغل إيغلاسير، لتحديد كمية المساحة الجليدية التي تُحدث تغيرات على مدى ثلاثة عقود.

التعليم العميق من أجل الحصول على شهادة

ويستخدم نظام متعدد الكاميراات منخفض التكلفة مصمم خصيصا لرصد غلاسير 4D قياسات للتعلم العميق من الأشعة السينية، ويدمج النهج إعادة البناء المتعدد المراحل من ثلاثية الأبعاد من كاميرات ستيو وتصوير السرعة السطحية من كاميرا للتصوير الأحادي من خلال الربط الرقمي للصور، ومعالجة التحديات التي تطرحها خطوط الأساس للكاميرات الواسعة في البيئات المعقدة، المصممة حسب نوع " ألف " .

وتُستحث خوارزميات التعلم العميق على تحديد الأنماط والسمات في الصور المعقدة التي قد يصعب على الخوارزميات التقليدية كشفها، وتتعلم التمثيل الهرمي والأساليب التقليدية للزراعة في العديد من ميادين علوم الأرض، وهذه القدرة قيمة بوجه خاص لكشف التغيرات الخفية في خصائص الجليد أو تحديد الأنهار الجليدية في المناطق التي تتسم بالتحدي.

التحديات والحدود

كما أن هذه الأساليب التي تحركها البيانات لها قيود، بما في ذلك ارتفاع البيانات والطلبات الحاسوبية، وحجم نموذجي كبير يعوق النشر، والتحديات في مجال قابلية النقل الجغرافي، وإمكانية تفسيرها وتوضيحها بشكل قابل للنقاش، ولا يزال التصدي لهذه القيود مجالا نشطا من مجالات البحث في المجتمع اللاسيولوجي.

تقييم الأخطار الجليدية باستخدام نظام المعلومات الجغرافية

وبالإضافة إلى رصد تغير الجليد نفسه، يوفر نظام المعلومات الجغرافية القدرات الأساسية لتقييم ورسم خرائط الأخطار المتصلة بالزلاجات التي تهدد المجتمعات البشرية والهياكل الأساسية.

بحيرة غلايس تدفّق الفيضانات

وتشكل البحيرات الجليدية جزءا لا يتجزأ من النظم الإقليمية للمياه العذبة، وتخزين المياه المذوفة، والتأثير على الدورات الهيدرولوجية، ونظرا لطابعها الدينامي، فإن بعض هذه البحيرات هي مصادر لفيضانات مياه البحيرات الجليدية، وتعرض حياة الناس للخطر والهياكل الأساسية الحيوية في جميع أنحاء العالم، وسُجل ما يزيد على 000 3 من جيلوجيات المياه من عام 850 إلى عام 2022، في حين زادت المساحة الكلية للبحيرة الجليدية من عام 1990 إلى ما يقرب من 22 في المائة في كل عقد.

ويفيد الرصد المتعدد المراحل للبحيرات الجليدية في تقييم مخاطر الشبكة العالمية لمصائد الأسماك، ووضع نظم للإنذار المبكر لحماية المجتمعات المحلية في المناطق السفلية، وتحسين إدارة الموارد المائية، ويتيح نظام المعلومات الجغرافية إدماج بيانات عن مدى البحيرات الجليدية وحجمها واستقرارها مع معلومات عن السكان والهياكل الأساسية في المناطق السفلية لتقييم المخاطر بصورة شاملة.

Avalanche and Debris Flow Mapping

وقد أدى انسحاب غلاسير إلى حدوث تغيرات كبيرة في أنماط الجري على المواسم والمرتين السنويين والمسدسات، وفي الوقت نفسه، هناك خطر متصاعد من المخاطر الجليدية، بما في ذلك الانشطارات الأرضية وتدفقات الحطام الجليدي والفيضانات التي تهبها البحيرات الجليدية، وتشكل هذه التطورات تهديدا كبيرا للحياة والممتلكات في جميع أنحاء المنطقة.

ويمكن لتحليل التضاريس القائم على نظام المعلومات الجغرافية أن يحدد المناطق المعرضة للحركات الجماهيرية ذات الصلة بالجليسير، ومن خلال الجمع بين نماذج الارتفاع الرقمي وبيانات النطاق الجليدي والإسقاطات المناخية، يمكن للباحثين أن يرسموا خرائط للمناطق التي تنطوي على مخاطر متزايدة مع تراجع الجليديات وزعزعة استقرار الأراضي المحيطة.

تطبيقات إدارة الموارد المائية

وتعمل أجهزة الجليد على أنها مستودعات حرجة لتخزين المياه في العديد من المناطق الجبلية، ولفهم تغير الجليد آثار مباشرة على إدارة الموارد المائية والتخطيط لها.

Seasonal Runoff Patterns

ويعد التقييم الدقيق للخسائر الجماعية الجليدية أمراً أساسياً لفهم حساسية الجليد إزاء تغير المناخ وتداعيات معتكف الجليد أو الطفرة، ويؤثر المذيب الجليدي على المياه السطحية والمتاحة، التي تتوقف عليها إمدادات مياه الشرب والري وتوليد الطاقة الكهرمائية.

ويتيح نظام المعلومات الجغرافية وضع نماذج لمساهمات الذوبان الجليدي في تدفق المياه عبر مواسم مختلفة وفي إطار سيناريوهات مناخية مختلفة، وهذه المعلومات أساسية بالنسبة لمديري موارد المياه الذين يخططون لعمليات الخزان، وجداول الري، وتوليد الطاقة الكهرمائية.

أمن المياه في المنطقة الطويلة

ويستضيف " طلة التبت " التي يشار إليها في كثير من الأحيان باسم القطب الثالث أكبر تركيز من الجليد خارج المناطق القطبية، وهذه الأنهار الجليدية جزء لا يتجزأ من دورة المياه الإقليمية وتشكل مصدرا حيويا للمياه في المناطق الواقعة في أسفل النهر، وقد أشار التوازن الجليدي الحالي إلى تراجع حاد في غلاسير الجليد بمعدل متسارع، ويعزى ذلك أساسا إلى تسارع حرارة المناخ.

ويعتبر فهم مسار تغير الجليد أمراً أساسياً للتخطيط الطويل الأجل لأمن المياه في المناطق التي تعتمد على الجليد، وتساعد التحليلات القائمة على نظام المعلومات الجغرافية على تحديد مستجمعات المياه الأكثر ضعفاً لخفض مساهمات المذوفات الجليدية وإرشاد استراتيجيات التكيف.

تقييم الميدان والبيانات الأرضية - المدارية

وفي حين يوفر تحليل نظم المعلومات الجغرافية الساتلية تغطية مكانية شاملة، فإن القياسات الميدانية لا تزال ضرورية للتحقق من منتجات الاستشعار عن بعد وفهم عمليات الجليد على نطاقات دقيقة.

Benchmark Glacier Programs

ويهدف مشروع غلاسير الذي وضعته وكالة USGS Benchmark إلى حل المشاكل العلمية المعقدة في الثلج والجليد عبر أمريكا الشمالية من أجل تعزيز رصد وتحليل وتنبؤ التغير في غلاسير الجبال، واستخدام الخبرة عبر مجموعة الـ (USGS)، ويجمع هذا المشروع بين رصد الجليد الميراث والاستشعار عن بعد والأساليب التحليلية المعاصرة من أجل إيجاد رؤية جديدة وبلوغ علوم عملية ذات صلة.

وتوفر برامج الرصد الطويلة الأجل هذه مجموعات بيانات قيمة من أجل معايرة عمليات تقييم تغير الجليد القائمة على نظام المعلومات الجغرافية والتحقق منها، وتخلق مجموعة القياسات الميدانية المفصلة بالاستشعار عن بعد على نطاق واسع فهما شاملا لسلوك الجليد.

التكنولوجيات الناشئة

ويمكِّن نظام استعراض الأداء الشامل الذي يُعدَّ بُعدَّل بالطائرات الباحثة من دراسة طبقات الثلج وسمك الجليد والسمات دون الإقليمية التي يتعذر فيها العمل الميداني التقليدي، ويمكنها إجراء دراسات استقصائية تحت سطحية عالية الاستبانة دون السير على أرض خطرة، وهذه التكنولوجيات الناشئة توفر بيانات على نطاقات متوسطة بين عمليات الرصد الساتلية والقياسات الميدانية التقليدية، مما يملأ الثغرات الهامة في فهمنا.

التحديات والقيود في رصد غلاسير نظام المعلومات الجغرافية

وعلى الرغم من القدرات الهائلة لنظام المعلومات الجغرافية في مجال تحليل الجليد، يجب الاعتراف بالعديد من التحديات والقيود ومعالجتها.

توافر البيانات ونوعيتها

وفي حالات كثيرة، فإن الحد الأساسي لهذه الطريقة هو التكلفة المرتفعة للحصول على صور ساتلية أو جوية واسعة النطاق، وفي حين أن العديد من مجموعات البيانات الساتلية متاحة الآن بحرية، فإن الصور التجارية العالية الاستبانة يمكن أن تكون باهظة التكلفة بالنسبة لبعض التطبيقات البحثية.

وكثيرا ما تتضمن الصور الجوية للبيئات الجبلية مناطق مظللة قد تحجب الهوامش الجليدية، مما يجعل من الصعب تفسير الحدود الجليدية، وتتطلب هذه المسائل المتعلقة بنوعية البيانات اهتماما دقيقا أثناء التحليل وقد تتطلب تحريرا يدويا للمواقع المرموقة ذات الطابع اللامعي.

الثغرات في مجال القرار المؤقت

ويمكن أن تؤدي جداول الغطاء النباتي وإعادة النظر في السواتل إلى إحداث ثغرات في التغطية الزمنية، لا سيما في المناطق التي تسودها الغيوم المستمر، وتتفاوت حجم معتكف الجليد في منطقة تيبيتان، وتتأثر بشكل كبير بالتفاوتات المميزة في الظروف المناخية والعوامل الطبوغرافية، وتظل محدوداً بالعدد الكبير من الصور الساتلية والاحتياجات الحاسوبية الضخمة، والشعار الشامل للزراعة الجليدية في جميع أنحاء تيبلاد.

المكفوفون من الدبابات

وتشكل المصابون بالهكم الصخري تحديات خاصة للاستشعار عن بعد وتحليل نظام المعلومات الجغرافية، وقد أجريت زيارات موقعية لعدد من الجليديات على مدى عدة سنوات للتحقيق في أجزاء من الجليديات التي يغطيها الحطام الصخري مما يجعل من الصعب تحديدها من الصور الجوية والصور الساتلية، وكثيرا ما يتطلب التخلص من الجليد المغطى بالحطام من الأراضي المحيطة تقنيات متخصصة أو التحقق الميداني.

الاتجاهات المستقبلية والفرص الناشئة

ولا يزال مجال رصد الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية يتطور بسرعة، حيث تتوسع التكنولوجيات والنهج الجديدة في القدرات وتحسن الدقة.

البعثات الساتلية المعزَّزة

ولا توجد دراسات قائمة تتضمن بيانات سطح الماء وتضاريس المحيطات، كما أن زيت المياه العالية الاستبانة في SWOT يتيح رصدا دقيقا للتغيرات في مستوى المياه في البحيرات والأنهار والمستودعات، وتوفر بيانات الارتفاع الفريد في سطح الماء فرصة غير مسبوقة لتقدير التغيرات في تخزين البحيرات، وهذه القدرة قيمة لتقييم حالات التدفق المحتملة في البحيرات الكبرى.

وستستمر البعثات الساتلية الجديدة التي تحسنت فيها القدرة على رصد الجليديات من حيث المكان والزمان والزمن، وستؤدي عملية تكامل البيانات المستمدة من أجهزة الاستشعار التكميلية المتعددة إلى توفير تقييمات أكثر اكتمالا ودقة للتغيير في الجليد.

إدماج أطر البيانات المتعددة

وستدمج تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في المستقبل على نحو متزايد مصادر بيانات متنوعة، بما في ذلك عمليات الرصد الساتلية والنواتج النموذجية المناخية والقياسات الميدانية والبيانات الاجتماعية والاقتصادية، من أجل توفير تقييمات شاملة لآثار تغير المناخ في الجليد، وسيخدم هذا النهج المتكامل على نحو أفضل احتياجات صانعي القرار وأصحاب المصلحة.

نظم رصد الوقت الحقيقي

وتتيح التطورات في تجهيز البيانات الساتلية والحساب السحابي نظم رصد الجليد في الوقت القريب من الواقع، ويمكن لهذه النظم أن توفر إنذارا مبكرا بالتغيرات السريعة في الجليد أو الظروف الخطرة، ودعم إدارة المخاطر والاستجابة في حالات الطوارئ.

دراسات الحالة: تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في مختلف مناطق غلاسير

ويوضح بحث أمثلة محددة لتطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في مختلف المناطق الجليدية مدى تعارض هذه النُهج وقيمتها.

European Alps

وتكشف النتائج عن تراجع سريع في الجليد عبر جبال الألب (39 كيلومترا مربعاً - 1) مع تغيرات في سميك الجليد على الصعيد الإقليمي (0.5 إلى 0.9 مليون - 1) ويبين التحليل القائم على نظام المعلومات الجغرافية للضباب الأوروبي كيفية إجراء تقييمات إقليمية شاملة عبر الحدود السياسية، مما يوفر صورة موحدة لتغير الجليد عبر نطاق جبلي كامل.

وفي قلب جبال الألب السويسرية، يُعد العلماء من الطرازات الرائدة في أساليب جديدة لرصد صحة الجليد بدقة غير مسبوقة، ومن خلال تسخير البيانات الساتلية وتقنيات النمذجة المتقدمة، فهم يكتسبون نظرة ثاقبة على التغيرات الخفية في التوازن الكتل الجليدية، وهي أمور حاسمة لفهم الموارد المائية وآثار تغير المناخ.

ألاسكا وأمريكا الشمالية الغربية

وقد أظهر تحليل الصور الساتلية والصور الجوية وعلم الأرض الجليدي من يونيو آيسفيلد، ألاسكا، مؤخراً تعجيلاً قوياً لتقلص الجليد منذ عام 2005، وتوفر التغطية الواسعة النطاق للمزارع الجليدية في ألاسكا وأمريكا الشمالية الغربية مختبراً هاماً لوضع واختبار نُهج الرصد القائمة على نظام المعلومات الجغرافية.

منطقة المرتفعات الجبلية

ووثقت البحوث السابقة عن منطقة المرتفعات في آسيا أن منطقة الجليد في المنطقة شهدت انخفاضا قدره 0.43 في المائة من اليرويين - 1 من 1990 إلى 2018، ويجعل اتساع نطاق وبعد الجليد في آسيا المرتفعة الجبل تحليلا لنظم المعلومات الجغرافية بواسطة السواتل قيمة خاصة، حيث أن الرصد الميداني لجميع الجليديات سيكون مستحيلا من الناحية اللوجستية.

تطبيقات التعليم والاتصال

كما أن رصد الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية يخدم مهام هامة في مجالي التعليم والتوعية العامة، مما يساعد على إيصال واقع تغير المناخ وآثاره إلى مختلف الجماهير.

التصور والاتصال

وهناك جهود كثيرة لتصوير تقلص الجليد، وهو أمر مثير للدهشة، ولدى المعهد الوطني للتصنيف الصناعي الدولي لجمعية الصور الفوتوغرافية التي تشمل تكرار تصوير المعالم الجليدية، ولدى الاتحاد مشروع تصوير الصور الفوتوغرافية المتكررة.

وتتيح تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية التفاعلية القائمة على شبكة الإنترنت للمستعملين استكشاف بيانات تغير الجليد بأنفسهم، وتعزيز المشاركة والتفاهم، وتوفر تقديرات سلسلة زمنية تبين تراجع الجليد على مدى عقود أمثلة قوية على آثار تغير المناخ.

الموارد التعليمية

ويتعلم الطلاب كيفية تحليل خصائص الجليديات والأرض الجليدية من مجموعة متنوعة من أنواع ومصادر الصور الساتلية، ويستخدمون فهمهم للعمليات الجليدية من أجل القيام بعمليات رصد وقياسات لتوثيق الآثار الناجمة عن تغير المناخ بالنسبة لمجلد ألبين كندي والتنبؤ بها، ويوفر تحليل الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية فرصا ممتازة للتعلم العملي بشأن نظم الأرض وتغير المناخ والتحليل المكاني.

الآثار المترتبة على السياسات والإدارة

وللأفكار المتولدة عن رصد الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية صلة مباشرة بالسياسات البيئية وإدارة الموارد الطبيعية.

Climate Change Adaptation

فالأصحاب الجليديات هم مؤشرات ممتازة للاتجاهات المناخية، والاستجابة للمناخ عن طريق التوسع أو الانكماش، وفهم كيفية استجابة الجليد لتغير المناخ، سيساعدون على إعداد المجتمع العالمي للحد من الجليد المحتوم والخسائر الناجمة عن المناخ المدافن، وتوفر التقييمات القائمة على نظام المعلومات الجغرافية الأساس العلمي لوضع استراتيجيات للتكيف مع المناخ في المناطق التي تعتمد على الجليد.

التعاون الدولي

وتظهر دراسات الحالات تطبيق الاستشعار عن بعد في مراقبة هذه الظواهر، مع التأكيد على الحاجة إلى التقدم في التكنولوجيا والتعاون الدولي في مجال البحث، ويتجاوز رصد الجليد الحدود السياسية، ويوفر نظام المعلومات الجغرافية منبرا مشتركا للتعاون الدولي وتقاسم البيانات.

خاتمة

وقد أحدثت نظم المعلومات الجغرافية تحولاً جوهرياً في قدرتنا على رصد تغير الجليد في سياق تغير المناخ وتحليلها وفهمه، حيث إن نظام المعلومات الجغرافية يتيح، من خلال إدماج مصادر بيانات متنوعة تشمل الصور الساتلية، ونماذج الارتفاع الرقمي، والبيانات المناخية، والقياسات الميدانية، إجراء تقييمات شاملة لسلوك الجليد عبر النطاقات المكانية من فرادى المراحيض إلى الاصطناعية العالمية.

وما زالت تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في مجال علم الجليد تتوسع، مدفوعة بتحسينات أجهزة الاستشعار الساتلية والقدرات الحاسوبية والأساليب التحليلية، ومن تتبع معتكف الجليد وقياس الخسائر الجماعية للتنبؤ بالتغيرات المقبلة وتقييم المخاطر، توفر نظم المعلومات الجغرافية أدوات أساسية لمعالجة أحد أكثر الآثار وضوحاً وما يترتب عليها من آثار تغير المناخ.

ونظراً لأن الجليديات لا تزال تستجيب لدرجات الحرارة المشتعلة، فإن دور نظام المعلومات الجغرافية في رصد هذه التغييرات وإبلاغ استراتيجيات التكيف لن يزداد أهمية إلا، فتكامل التكنولوجيات الناشئة مثل التعلم الآلي، والبعثات الساتلية الجديدة، ونظم الرصد في الوقت الحقيقي يبشر بزيادة تعزيز قدراتنا على فهم التغير الجليدي والتصدي له.

وبالنسبة للباحثين ومديري الموارد وواضعي السياسات والمربين، يوفر رصد الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية معلومات عملية عن التغير البيئي وآثاره على الموارد المائية، والمخاطر الطبيعية، وارتفاع مستوى سطح البحر، وصحة النظم الإيكولوجية، وبما أننا نبحر في المستقبل غير المستقر، ستظل هذه الأدوات أساسية لتوثيق التغيير، وعمليات التفاهم، ودعم اتخاذ القرارات المستنيرة.

To learn more about glacier monitoring and climate change, visit the USGS Benchmark Glacier Project, explore the NASA Earthdata gate], or access glacier data through the