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

أهمية البيانات الساتلية للمناطق القطبية

وتشكل البيئات القطبية تحديات لوجستية شديدة بالنسبة للبحوث الأرضية، إذ تتفاوت محطات الطقس، وتقتصر الدراسات الاستقصائية على السفن على أشهر الصيف، وتكلفة الرحلات الجوية الجوية واعتمادها على الطقس، وتتغلب السواتل على هذه الحواجز بتقديم 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 يلحقها أي طريقة أخرى.

وعلاوة على ذلك، تمتد السجلات الساتلية الآن إلى عقود - حيث يعود تاريخ استمرار سجل الجليد البحري من أجهزة الاستشعار السلبية للموجات الدقيقة إلى عام 1979، وهذه البيانات الطويلة الأجل حاسمة في التمييز بين التقلب الطبيعي والاتجاهات الطويلة الأجل، كما أنها توفر مصدراً للمقاييس المناخية من حيث المعايرة والتحقق، وتحسين التوقعات المتعلقة بالتغير القطبي في المستقبل، وبدون السواتل، فإن فهمنا للتوسع القطبي - الظاهرة التي تعني فيها حرارة القطب الشمالي بشكل أسرع من مرتين إلى ثلاثة.

التكنولوجيات والأساليب في مجال المراقبة الساتلية

وتستخدم بعثات رصد الأرض الحديثة مجموعة متنوعة من تكنولوجيات الاستشعار لقياس الخصائص المادية المختلفة للمناطق القطبية، وتنتج هذه التقنيات صورة أكمل لكيفية تطور النظام المناخي.

أجهزة الاستشعار البصرية والمتعددة الأطياف

أما السواتل مثل سواتل ناسا MODIS] (على تيرا وAqua) و]VIIRS] (بشأن Somi NPP و NOAA-20) فتظهر ضوء الشمس في النطاقات القطبية المرئية وشبه الحمراء، وتظهر هذه المستشعرات صورة عالية الاستبانة من الجليد البحري.

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 التمتري

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 تقديرات غير مسبوقة لأرصدة الأراضي المتجمدة الجنوبية - 2 ، وتحتوي على مقياس للجدارس على أمثل للمناطق القطبية، بينما تستخدم تقديرات ناسا .

أجهزة لاسلكية تعمل بالموجات الدقيقة

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

أجهزة الاستشعار الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء

فالأدوات الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء، مثل ]MODIS ] band 31 and the ECOSTRESS on the International Space Station, measure surface temperature. In the polar regions, deriving accurate surface temperature from space requires careful correction for atmospheric effects and changing emissivity. Nevertheless, these data reveal warming trends in both the Arctic and Antarctic, especially during winter months.

المؤشرات الرئيسية للتحولات المناخية القطبية

وقد كشفت البيانات الساتلية عن حدوث تحولات لا لبس فيها في مؤشرات المناخ المتعددة عبر 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 من العام الأدنى 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 شملت أدنى درجات أيلول/سبتمبر، وبالإضافة إلى ذلك، فإن سميك الجليد قد انخفض إلى مستوى الرصد الديناميكي - CryoSat-2، يشير إلى أن حجم الجليد البحري في القطب الشمالي خلال الشتاء قد انخفض بأكثر من (40).

الرصيد الكتلي

وتقيس البعثات التالية [الجبهة] لغابات المتجمدة الجنوبية غراتس و [الانكليزية والفرنسية] التغييرات في ميدان الجاذبية الأرضية، التي تتيح للعلماء تقدير الخسارة الجماعية في صحائف الجليد.() ومنذ عام 2002، فقدت غرينلاند حوالي [[الانبعاثتان من طراز FLT:4] 280 بليون طن

درجة الحرارة السطحية

وتكشف سجلات درجة الحرارة السطحية المستمدة من السواتل عن ارتفاع حرارة المنطقة القطبية الشمالية، ولا سيما في منطقة بارنتس وبحر كارا )المحطة الساخنة " تضخم 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 أكثر من ٠٠٠ ٣.

سنو كوفر وألبيدو

وقد انخفض حجم الغطاء الشمسي في المناطق الشمالية من الكرة الأرضية - التي تخضع للقياس بواسطة السواتل مثل الساتل AVHRR-Hs AVHRR AVA الذي يتكون من حوالي ١,٥ في المائة في العقد في حزيران/يونيه، وهذا الانخفاض شديد الوضوح في الربيع، عندما يكشف الجليد السطحي في وقت سابق، ويقلل من الألبدو الإقليمية، مما يؤدي إلى حدوث تفاعل دفء ثلجي أكبر ]ت امتصاص سطحي: ١[:

دائرة المحيطات وتخزين المياه العذبة

وترصد التأشيرة الساتلية (مثلاً من سلسلة " كريوسات-2 " ، سلسلة جيسون) ارتفاع سطح البحر، الذي يرتبط ارتباطاً وثيقاً 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 أيضاً على اللون الفوقي المحيطي المحيطي المحيطي.

اكتشاف الاتجاهات والأنواه

(ب) إن عمليات الرصد بواسطة السواتل تكون أقوى عندما تحلل كسلسلة زمنية.() ومن بين هذه الأساليب تحليل الاتجاهات السطرية والانحراف عن المتوسطات المناخية، تسمح للعلماء بتحديد الاتجاهات المناخية الطويلة الأجل فحسب، بل أيضاً الأحداث المتطرفة، فعلى سبيل المثال، تم بوضوح استخلاص فقدان الجليد في منطقة القطب الشمالي خلال الشتاء 2015-2016 من خلال درجات الحرارة السطحية ومنتجات التركيز الجليدي البحري.() كما أن البيانات الساتلية تستند إلى تقييمات سنوية مثل [FLT:]

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 تكون جهود التبادل وإعادة المعالجة، مثل تلك التي يقوم بها النظام العالمي لمراقبة المناخ ، تصحيح هذه التحيزات لإنتاج سجلات بيانات المناخ المتجانسة، دون أن يكون هذا التنسيق الدقيق، تحولات الظاهرية في المؤشرات الساتلية.

Global Impacts of Polar Climate Changes

ولا تقتصر النوبات التي كشفتها السواتل على الأعمدة، بل لها عواقب بعيدة المدى على الكوكب بأكمله.

مستوى سطح البحر

وتسهم الخسائر الكبيرة من صحائف الجليد في غرينلاند وأنتاركتيكا الآن في ارتفاع مستوى سطح البحر العالمي، حيث توفر الطوابق الساتلية من سلسلة جيسون وكريوسات-2 أساسا لرصد هذه المساهمة، وإذا ما أصبح مستجمع الجليد في أنتاركتيكا غير مستقر، فإن مستوى سطح البحر يمكن أن يرتفع بعدة علامات على سطح الساتل على مدى قرون.

التغيرات في دائرة الغلاف الجوي

ويؤثر انخفاض درجة الحرارة بين القطب الشمالي وخط العرض المتوسط على موقع وقوام مجرى الطائرات، وتشير بعض الدراسات التي تستخدم الريح المستمد من السواتل وملامح درجات الحرارة إلى تدفق طائرات متحرك أكثر تواتراً، 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.

اختلال النظام الإيكولوجي

كما أن النظم الإيكولوجية القطبية تُعاد تشكيلها بسبب فقدان الجليد البحري ودرجات الحرارة المدفأة، وتظهر بيانات لون المحيط بواسطة السواتل تحولات في توقيت الإنتاجية الأولية وموقعها، ففي القطب الشمالي، أدى معتكف الجليد في الربيع إلى حدوث انخفاض في الأورام الجليدية القديمة، مما يؤثر على شبكة الأغذية بأكملها من زوبلانتون إلى الأسماك، والأختام، والدببة القطبية، كما أن فقدان الجليد في أنتاركتيكا يؤثر على مجموعات من الكولونات الجليدية الرئيسية التي تُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتُتَتَتُتُتَتَتَتُتَتَرَرَتَرَرَتَتَتَتَتَرَتَتَتَتَتَتَتَتَتَتَرَتَتَتَتَبَبَرَر

التحديات في مجال رصد السواتل

وعلى الرغم من قوة 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 يمكن أن 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 بالطاقة الشمسية - وخلال أشهر الشتاء، لا يمكن للفرق المرئية والشبه الحمراء أن تجمع البيانات، 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 لا يمكن أن نقدر على رصد التغيرات في حجم الجليد، ومدة الذوب، وطول الألب.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

وسيؤدي هذان الساتلان الجديدان والطرق التحليلية إلى زيادة تشديد وجهة نظرنا بشأن تغير المناخ القطبي، ويحملان جهاز الاستشعار المتطور للون المحيط الذي سيحسن رصد النظم الإيكولوجية البحرية القطبية واستيعاب الكربون في المستقبل (Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem) الذي بدأ في عام 2024، جهازا متطورا لون المحيطات من شأنه أن يحسن رصد النظم الإيكولوجية البحرية القطبية ومستقبل الكربون.

ويتزايد استخدام التعلم في مجال الآلات في تجهيز أحجام البيانات الضخمة من مجموعات السواتل، ويمكن أن تصنف نماذج التعلم العميق تلقائيا أنواع الجليد البحري، وكشف البراعم المذوبة، وتتبع عجلات الجليد بسرعتها واتساقها أكبر من الترجمة الشفوية اليدوية، كما أن السواتل الصغيرة، مثل السواتل الموجودة في المناطق الساحلية [(FLT:0)] Planet]، تقوم أيضا بإضافة منتديات كبيرة تقليدية مستمد منها الاستبانة.

وأخيراً، تعمل هيئات التنسيق الدولية مثل اللجنة المعنية بسواتل رصد الأرض (الفريق العامل المعني بسواتل رصد الأرض) [(FLT:1]) و] المنظمة العالمية للأرصاد الجوية ] لضمان استمرار عمليات الرصد القطبي وإمكانية الوصول إلى البيانات بحرية، وسيشهد العقد القادم ثروة غير مسبوقة من المعلومات الساتلية عن القطبين، مما يعطي العلماء الثقة في استمرار وجود أنماط من هذا القبيل.