تحليل التغيرات الساحلية والخطية عن طريق البيانات الساتلية

خطوط ساحل الأرض هي واجهات دينامية حيث الأرض تلتقي بالبحر وتُعاد تشكيلها باستمرار بواسطة الموجات، والتيارات، والعواصف، والنشاط البشري، فهم سرعة ونمط التحات الساحلي، أمر أساسي لحماية المجتمعات والهياكل الأساسية والنظم الإيكولوجية، بينما توفر الدراسات الاستقصائية الأرضية التقليدية والصور الجوية طلقات قمرية قيمة، غالبا ما تكون محدودة في النطاق المكاني وتواتر زمني،

أساسيات الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل للمناطق الساحلية

وتحتوي السواتل على أجهزة استشعار تسجل الطاقة الكهرومغناطيسية التي تنعكس أو تنبعث من سطح الأرض، وبالنسبة للتطبيقات الساحلية، يستخدم نوعان أوليان من أجهزة الاستشعار: رادار بصري وجهاز اصطناعي، ويعتمد الاختيار بينهما على الظروف البيئية والسمات المحددة التي يجري رصدها.

أجهزة الاستشعار الساتلية البصرية

وتقدم أجهزة الاستشعار الضوئية، مثل تلك الموجودة على متن سلسلة لاندسات (USGS/NASA) و Sentinel-2 (وكالة الفضاء الأوروبية)، صوراً في مجموعات مرئية وشبه خاضعة للأشعة تحت الحمراء، وصور متعددة الأطياف ممتازة لتمييز المياه عن الأرض، كما أن لدى سجلات قياسية غير قابلة للكشف عن الغطاء النباتي والماء المسيلي علامات مميزة لعام 1972.

جهاز الاستشعار الساتلية في رادار

(د) نظم الرادار الاصطناعي، مثل نظام سيتينيل-1، وأجهزة الموجات الدقيقة لقياس التخلف، ومقياس التراجع الذي يعود من سطح الأرض، وخلافاً للمستشعرات البصرية، يمكن أن تخترق منطقة الساحل الغيوم وتلتقط الصور في النهار والليل، وهذا ميزة كبيرة في المناطق الساحلية الغائمة، مثل المناطق المدارية ومناطق التحلل العالية.

الاعتبارات المتعلقة بالقرارات المكانية والتزمنية والاختيارية

ويتوقف اختيار البيانات الساتلية على التطبيق المحدد، إذ يلزم إيجاد حل مكاني رفيع (مثلا 0.3-1م من السواتل التجارية) لدراسة التآكل على الشواطئ الضيقة أو على طول الهياكل الهندسية، ويسمح القرار الحديث (10-30 متر من سيتينيل-2 ولاندسات) بتحديد خطوط الأنابيب على الصعيد الإقليمي.() ويقرر القرار المؤقت، أو الترددات المسترجعة، مدى سرعة اكتشاف التغيرات في الرقم القياسي لحجم الساتل.

الطرائق: استخراج شوارب من بيكسل

ولا يمكن استخدام الصور الساتلية المتحركة مباشرة كخرائط ساحلية، بل يجب تجهيزها لاستنباط شاطئ ناقل يمكن أن يكون مدخلا في أدوات تحليل التغيير، وقد وضعت عدة طرق قوية لهذا الغرض.

حساب مؤشرات المياه الحشرية

أما المناطق الأكثر شيوعاً فتشمل حساب مؤشر المياه الطيفية، مثل مؤشر المياه المُعادَل أو مؤشر المياه المُعادَل المُعَدَّل، فهي تُحدِّد أعلى درجة من انعكاسات أجسام المياه في النطاق الأخضر، بينما تُحدِّد هذه الأرقام في إطار النطاقات القريبة من الحمراء أو القصيرة الأجل.

Automated Shoreline Malkits

(أ) أن تكون هذه الأدوات ذات القدرة على إحداث تغيير في الحجم الإجمالي (النظام المتكامل لرصد الأرض) (النظام المتكامل لتحديد المواقع) غير عملي.

معالجة آثار المد والمستوى المائي

ومن التحديات الهامة التي تواجه التحليلات البحرية التي تستخدمها السواتل أن الساتل يلتقط خط المياه في مرحلة محددة من الزمن، وأن وضع هذا الخط المائي يتأثر بشدة بتركيب المد والموجات المحلية، ولحساب معدلات التحات الطويلة الأجل ذات المغزى، يجب تصحيح السواحل المستخرجة في مرحلة المد، وهذا يتطلب فترة اقتناء السواتل مع نموذج محلي للماء أو بيانات قياسية.

التغيير الكمي: من شرايلين إلى معدلات التآكل

وبعد تجميع سلسلة زمنية من المواقع الساحلية، تتمثل الخطوة التالية في تحديد مدى سرعة تحرك الساحل، وتتمثل أداة قياس مستوى الصناعة في هذا النظام في نظام تحليل الأحذية الرقمية ، وهو توسيع برمجياتي متاح بحرية لدائرة نظم المعلومات الجغرافية أو نسخة من نظام " Python " (SUSGS).

القياسات الرئيسية لتغير شريان

(أ) يحسب نظام " السحب " (DSight) معايير إحصائية متعددة تصف حركة الشواطئ بمرور الوقت، أما الأكثر شيوعاً فيمكنه من إجراء [التغيير التدريجي] في حدود النطاق الحساس [المتوسط] [المتوسط] من حيث التوقيت [المتوسط] من حيث الجودة إلى المدى الساحلي (المتوسط) (المتوسط) (المتوسط) من حيث التوقيت (المتوسط) (المقياس المرجعي)

أهمية التنسيب عبر المسار

وتحسب دائرة السلامة والأمن معدلات التداخل على طول الشواطئ الشواطئ التي تُستَلَد من خط أساس محدد للمستعملين، وتُعتبر المباعدة بين هذه الحركات وطولها أمراً حاسماً، إذ أن التحولات المترابطة (مثلاً 10.5 متر) تُسجِّل الاختلافات المحلية في التآكل والتراكم، مثل منطقة التحات القصوى على أرض رئيسية، وتُسلِّط النتائج الفضائية الواسعة النطاق على التقلبات المحلية وتُبرز الاتجاهات الإقليمية.

تقييم عدم اليقين والآلام

وينشأ هذا الشك في تحليل الشواطئ بواسطة السواتل من عدة مصادر: الدقة الجيولوجية للصورة الساتلية )التوزيع الجغرافي(، ودقة الخوارزمية لاستخراج السواحل )التصنيفات الثابتة(، ودقة تصحيح المد والجزر، وينبغي أن يقي ِّم تقييم دقيق لهذه الأخطاء كميا وأن ينشرها من خلال التحليلات التي تؤدي إلى حدوث نقاط عدم يقين فيما يتعلق بمعدلات التحلل المحسوبة.

دراسات الحالة العالمية والإقليمية

وقد وفر الرصد بواسطة السواتل نظرة متعمقة إلى التغير الساحلي عبر بيئات متنوعة، وتبين هذه الدراسات مدى قوة النهج وقابليته للتأثر في مختلف البيئات الجيولوجية والمناخية.

The Mississippi River Delta Plain: A Hotspot of Land Loss

وتشهد دلتا نهر ميسيسيبي واحدا من أعلى معدلات فقدان الأراضي الرطبة والتراجع الساحلي في الولايات المتحدة، وقد أدى مزيج من التخريب وارتفاع مستوى سطح البحر وانخفاض إمدادات الرواسب من هندسة الأنهار إلى فقدان الأراضي بسرعة، وقد استخدم الباحثون محفوظات تحويل الأراضي لوضع خرائط مفصلة لتغير المياه البرية يعود تاريخها إلى عام 1972، وأظهر التحليل باستخدام معامل السحب الخاصة بالسواحل في ما يتجاوز 10 مناطق.

خط الساحل الشمالي: سرعة التهديد

وتتأثر شوارع المنطقة القطبية الشمالية، التي تتألف من عظمة ثلجية، بشكل استثنائي بالتآكل، وقد كشفت بيانات السواتل أن معدلات التآكل في المنطقة القطبية الشمالية هي من أعلى المعدلات على الأرض، حيث تبلغ في المتوسط 0.5 متر في السنة، ولكنها تصل إلى أكثر من 20 مترا في السنة في بعض المواقع، ومع تدهور الجليد البحري وطول موسم المياه المفتوحة، فإن الموجات أكثر جذبا نحو تآكل السواحل.

الدول الجزرية الصغيرة النامية: مواجهة ارتفاع مستوى سطح البحر

وبالنسبة لبلدان مثل توفالو وكيريباس وملديف، يهدد التحات الساحلي مباشرة السلامة الإقليمية والقدرة على السكن، ويوفر التحليل الساتلي سجلا موضوعيا وطويل الأجل لكيفية استجابة هذه الجزر لارتفاع مستوى سطح البحر، وقد أظهرت الدراسات أن العديد من الجزر شديدة الدينامية، بعضها الآخر مستقر أو حتى متراكم، وهذا يشير إلى أن قدرة الجزر على التكيف تتوقف على العوامل المحلية مثل العرض العرضي، وتوقعات التكيف الموجي، والتدخلات البشرية الهامة.

The Gold Coast, Australia: Managing a Dynamic Sediment System

والساحل الذهبي هو وجهة سياحية عالمية الشواطئ التي تدار إدارة كبيرة، ويجري القيام بانتظام بتربية الشاطئ للحفاظ على شاطئ واسع النطاق من أجل السياحة وحماية العواصف، وتستخدم بيانات السواتل لتتبع الاحتفاظ بالرمل المغمور وتقييم أثر أحداث تآكل العواصف، ويسترشد هذا التحليل بتوقيت وتنظيم حملات التغذي في المستقبل، ويفضي إلى استخدام الأموال العامة على الوجه الأمثل.

إدماج البيانات الساتلية في إدارة السواحل

والهدف النهائي من تحليل التغيير الساحلي هو توفير معلومات عن الإدارة الفعالة القائمة على الأدلة للمناطق الساحلية، وتعد البيانات المستمدة من السواتل أداة عملية لاتخاذ قرارات صعبة بشأن استخدام الأراضي والهياكل الأساسية والسلامة العامة.

تحديد مواقع ساخنة للعمل ذي الأولوية

وكثيرا ما تكون ميزانيات المديرين الساحليين محدودة، إذ تتيح لهم البيانات الساتلية أن يرسموا بصورة موضوعية معدلات التآكل عبر مئات الكيلومترات من الساحل، وأن يحددوا أكثر المجالات حرجا التي تتطلب التدخل، وهذا النهج القائم على المخاطر يضمن توجيه الموارد إلى المواقع التي تنطوي على أكبر قدر من الإمكانات للخسارة الاقتصادية أو الإيكولوجية، وهذا أكثر كفاءة بكثير من الاعتماد على الأدلة غير القابلة للتدنيس أو الدراسات الاستقصائية المحلية المتناثرة، على سبيل المثال، تستخدم شركة " ستباك " شمال كارولينا " معدلات التغير في بناء السواحل.

Informing Strback Lines and Managed Retreat

ومن أقوى تطبيقات بيانات معدلات التحات الطويلة الأجل إنشاء خطوط الانتكاسات الساحلية، ومن خلال عرض اتجاهات التآكل التاريخية إلى الأمام باستخدام مقاييس مثل الحد من مخاطر الكوارث، يمكن للمخططين تحديد المناطق التي ينبغي فيها تقييد التنمية أو التخلص منها تدريجيا، وتنظر استراتيجية " التراجع عن الأداء " هذه على نحو متزايد إلى أنها حل طويل الأجل أكثر استدامة وفعالية من الهندسة الصلبة، وتوفر البيانات الساتلية الأساس القانوني والعلمي لهذه القرارات السياسية الصعبة والضرورية.

رصد أداء الدفاعات الساحلية

والبيانات الساتلية أداة فعالة لتقييم أداء الهياكل الهندسية مثل الجدران البحرية والأشجار والمياه الكاسحة، ويمكن للمديرين، من خلال مقارنة مواقع السواحل قبل وبعد التشييد، أن يقيّموا ما إذا كان الهيكل يقلل من التحات كما هو مصمم، وما إذا كان يسبب تآكلاً غير مقصود، وقد وثقت الصورة بوضوح أثر الأشجار، مما يدل على تراكم الرمال على جانبي التصاعدي والتحات على جانب التكييف.

الحدود الحالية والطريق إلى الأمام

وفي حين أن الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل أداة قوية، فإنه ليس رصاصة فضية، ففهم حدوده ضروري لتفسير البيانات المستمدة واستخدامها على نحو سليم.

حدود النظم الحالية

فالتسوية المكانية المتوسطة لسواتل الوصول الحر (Landsat في 30 متراً، وسينتيل-2 في 10 متر) تحد من القدرة على دراسة الشواطئ الضيقة، أو السمات الساحلية الصغيرة، أو التغيرات الخفية، ولا يزال الغطاء السحابي يشكل مسألة هامة بالنسبة للمجسات البصرية، ولا سيما في المناطق المدارية، مما يؤدي إلى ثغرات في البيانات الموسمية، ويلتقط الساتل خط المياه الفوري وليس خط السواحل الحقيقي (الذي كثيراً ما يُعرَّف بأنه علامة على ارتفاع الماء).

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

إن مستقبل الرصد الساحلي بواسطة السواتل أمر واعد، إذ أن مجموعات السواتل التجارية ذات الاستبانة العالية (مثل مختبرات الكوكب، ماكسار) تقدم بالفعل صورا يومية وشبه مائية، وإن كانت إمكانية الوصول إلى البيانات يمكن أن تكون حواجز، وستوفر بعثة رصد المياه السطحية ذات الجودة العالية (ناسا - إيسرو) بيانات عالمية ذات استبانة عالية، مع إعادة النظر في نوعية سطح الماء، مما سيحسن كثيرا في رصدها.

دور الاستخبارات الفنية

وربما كان التطور الأكثر تحولا هو تطبيق التعلم العميق، ولا سيما الشبكات العصبية الموالية، على رسم خرائط الشواطئ، ويمكن تدريب نماذج آي إي على أن تقطع تلقائيا المياه من الأراضي بدقة عالية جدا، حتى في البيئات المزعجة أو المعقدة التي تفشل فيها المؤشرات الشفافية (مثل الشواطئ المظلمة أو السواحل الحضرية) كما يجري استخدام هذه النماذج للتنبؤ بمواقف التآكل في المستقبل استنادا إلى الاتجاهات التاريخية والبيئية المحتملة.

وقد تحول تحليل تآكل السواحل وتغير الشواطئ بصورة أساسية عن طريق توافر بيانات ساتلية مجانية ومفتوحة الوصول، وما كان يحدث عندما يكون ميداناً فقيراً للبيانات يتطلب دراسات أرضية تستغرق وقتاً طويلاً هو الآن تخصص غني بالبيانات قادر على رصد كل ساحل على الأرض كل بضعة أيام، ومن شواطئ القطب الشمالي إلى دلتا جنوب آسيا المغرقة، فإن الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل يوفر القرارات الموضوعية والفضائية والزمنية اللازمة.

وللبدء بتحليلك الخاص، والنظر في استكشاف CoastSat ] toolkit or downloading the USGS ]DSAS software.() وقد وضعت هذه الأدوات القوية القدرة على إجراء تحليل شاطئي مهني في أيدي مجتمع إدارة السواحل العالمية مباشرة.