Table of Contents

وقد أصبحت نظم المعلومات الجغرافية أدوات لا غنى عنها لرصد البيئات الحرجية على الصعد المحلية والإقليمية والعالمية، ومن خلال إدماج الصور الساتلية والبيانات الميدانية والمحللات المكانية المتقدمة، تمكن نظام المعلومات الجغرافية الباحثين، وأخصائيي الحفظ، وواضعي السياسات من تتبع التغيرات في الغطاء الحرجي والصحة بدقة وتوقيت غير مسبوقين، وتستكشف هذه المادة التقنيات التأسيسية، وتوضح مختلف التطبيقات، والاتجاهات الناشئة في استخدام نظام المعلومات الجغرافية لكشف الغابات وتقييم الصحة الحقيقية.

دور نظام المعلومات الجغرافية في رصد الغابات

وتشكل نظم المعلومات الجغرافية، في جوهرها، منبرا قويا لإدارة البيانات المكانية المتصلة بالنظم الإيكولوجية الحرجية، وتخيصها وتحليلها، كما أن القدرة على الطبقة المتفرقة من مجموعات البيانات - مثل تصنيفات الغطاء الأرضي، ونماذج الارتفاع، وشبكات الهيدرولوجيا، وقلة المديرين والعلماء في مجال الغابات من الحدود الإدارية - تضعف من أجل إيجاد فهم شامل للديناميات الحرجية.

السياق التاريخي وتطور نظام المعلومات الجغرافية في الغابات

وقد تطور رصد الغابات باستخدام نظام المعلومات الجغرافية تطورا كبيرا منذ السبعينات، عندما كان إطلاق برنامج لانديسات يوفر أول صورة ساتلية منهجية لسطح الأرض، وشملت الجهود المبكرة تفسيرا يدويا للصور المشابهة التي كانت تستغرق وقتا طويلا ومحدودة في النطاق، وكان الانتقال إلى برامجيات نظام المعلومات الجغرافية الرقمية في التسعينات يؤدي إلى إحداث ثورة في رصد الغابات عن طريق تعزيز الدقة والتشغيل الآلي والتكرار.

مصادر البيانات الرئيسية لرصد الغابات

ويعتمد الرصد الفعال للغابات على إدماج مصادر البيانات المتنوعة، ويسهم كل منها في ظهور أفكار فريدة عن أحوال الغابات:

  • ]Satellite Imagery:] Optical sensors like Landsat, Sentinel-2, and MODIS capture multispectral data essential for vegetation analysis. Radar sensors such as Sentinel-1 and ALOS PALSAR penetrate cloud cover, which is especially valuable for monitoring tropical forestsmen. LiDAR instruments, including NASA
  • Aerial Imagery:] High-resolution data collected by drones and manned aircraft complement satellite imagery by offering fine-scale detail, useful for localized forest health assessments and mapping individual tree dates.
  • Field Measurements:] Ground-based data from permanent forest plots, camera pies, acoustic sensors, and biological surveys validate and calibrate remoteens observations, ensuring accuracy in forest condition assessments.
  • Socioeconomic and Infrastructure Data:] Information on roads, land tenure, population density, and land use patterns provides context to understand the drivers of deforestation and forest degradation.

التقنيات اللازمة لكشف الغابات وقياسها

ويشمل رصد إزالة الغابات القائم على نظام المعلومات الجغرافية أساساً عملية كشف التغيير - عملية تحديد الاختلافات المكانية والزمنية في الغطاء الأرضي، وقد وضعت تقنيات تحليلية متعددة وخوارزميات لتعزيز الدقة والتوقيت المناسب لكشف إزالة الغابات.

تحليل الصور الساتلية لتغير الغابات

ولا تزال صور سواتل لاندسات، التي تفصل فيها 30 متراً من حيث المكان، ومحفوظاتها التي تبلغ نحو 50 عاماً، تشكل العمود الفقري للعديد من الدراسات المتعلقة بتغير الغابات، وتشمل المؤشرات التحليلية المشتركة مؤشر اختلال التوازن المُطَوَّل، الذي يحدد الغطاء الحرجي، ومؤشر الاضطرابات، الذي يبرز التغيرات الأخيرة في هيكل الغطاء النباتي، ويقدم الساتل " سينتيل-2 " قدراً صغيراً من الاكتشاف المكاني في 10 أمتار، ويحسن من الأنشطة المشتركة بين فترات زمنية تتراوح بين 5 أيام.

وتقوم برامج مثل منظمة رصد الغابات العالمية بقيادة معهد الموارد العالمية، بتأثير مصادر البيانات هذه لتوفير تنبيهات بشأن إزالة الغابات في وقت قريب من الواقع في جميع أنحاء العالم، وتتيح هذه النظم الاستجابة السريعة لقطع الأشجار غير المشروع، وحرائق الغابات، والتوسع الزراعي.

وفي المناطق المدارية التي يعيق فيها الغطاء السحابي المستمر الاستشعار البصري، فإن الصور الرادارية من " سينتينيل-1 " لا تقدر بثمن، ويمكن أن تخترق إشارات الرادار الغيوم وتوفر تغطية زمنية متسقة، وقد أظهرت دراسة أجريت في عام 2023 في الاستشعار عن بعد للبيئة أن إدماج البيانات البصرية والرادارية يقلل بدرجة كبيرة من الايجابيات الكاذبة في المناطق التي تسيطر عليها زراعة الأحراج ذات الحيازات الصغيرة، مما يؤدي إلى تحسين دقة الكشف عن إزالة الغابات.

تغيير رموز ونهج كشف البيانات

وتستخدم عدة نُهج كيميائية في بيئات نظم المعلومات الجغرافية لكشف التغيرات الحرجية، بما في ذلك:

  • Pixel-Based Comparisons:] simple methods that comparison spectral band values or vegetation indices (e.g., NDVI) between two or more dates to identify changes.
  • Object-Based Image Analysis (OBIA):] Segments imagery into meaningful objects such as tree datess or agricultural fields before analyzing changes, allowing for more context-aware detection.
  • Time-Series Analysis:] Advanced algorithms like Breaks for Additive Season and Trend (BFAST) and Continuous Change Detection and Classification (CCDC) analyze temporal spectories to identify both abrupt disturbances and gradual degradation patterns.

الكمية لإزالة الغابات والأوامر المكانية

وتيسر أدوات نظام المعلومات الجغرافية تحديد كمية إزالة الغابات من حيث الهكتارات التي تضيع سنويا، وتتيح إجراء تحليل مفصل للنمط المكاني، وتساعد قياسات الغطاء الإيكولوجي للأراضي مثل حجم الرقعة، والكثافة الحادة، ومؤشرات التشظّم على تقييم الآثار الإيكولوجية لفقدان الغابات، فعلى سبيل المثال، كشف تحليل الأمازون البرازيلي باستخدام بيانات لاندسات أن إزالة الغابات قد تسارعت بشكل ملحوظ في الفترة 2019-2020، حيث تحدث حوالي 70 في المائة من الآثار القائمة على الغابات في حدود 5.5 كيلومترات.

دراسات حالة في مجال رصد إزالة الغابات

وقد رصدت الغابات الأمازونية المطيرة على نطاق واسع من خلال نظام البرازيل لرصد المنتجات الزراعية (مشروع رصد إزالة الغابات في الأمازون) الذي يُعد صوراً لسواتل لادسات في إطار نظام المعلومات الجغرافية لوضع خرائط سنوية لإزالة الغابات، ويسترشد هذا النظام بإجراءات الإنفاذ وقرارات السياسة العامة الرامية إلى كبح قطع الأشجار غير المشروع.

وفي جنوب شرق آسيا، كشف الرصد القائم على نظام المعلومات الجغرافية لمزارع النخيل النفطية في إندونيسيا أن 23 في المائة من المزارع الجديدة المنشأة بين عامي 2008 و 2015 قد اخترقت الأراضي الحرجية سابقاً، وقد أدت هذه النتائج إلى إصلاحات في السياسات ترمي إلى حماية غابات الباتلاند والحد من انبعاثات الكربون المرتبطة بإزالة الغابات.

تقييم صحة الغابات مع نظام المعلومات الجغرافية

وبالإضافة إلى تتبع إزالة الغابات، يؤدي نظام المعلومات الجغرافية دوراً حاسماً في تقييم صحة الغابات من خلال تقييم مؤشرات حيوية، والإجهاد، وتفشي الآفات، والتعافي بعد الاضطرابات، وتسترشد هذه التقييمات باستراتيجيات الإدارة التكيّفية للحفاظ على القدرة على مواجهة الغابات.

مؤشرات لرصد حالة الغابات

ويظل مؤشر الحرق المطهر أحد أكثر المؤشرات استخداماً لخضرة النباتات والنشاط الاصطناعي الضوئي، حيث يحسب على أنه (NIR- Red)/(NIR+R) من النطاقات المدارية الساتلية، ويمكن أن تشير انخفاضات الأشعة دون الحمراء إلى الإجهاد الناتج عن الجفاف أو المرض أو التلف الحشري.

وفي كاليفورنيا، تستخدم دائرة الغابات بالولايات المتحدة خرائط شاذة للأشعة دون الحمراء تستند إلى نظام المعلومات الجغرافية خلال سنوات الجفاف، وذلك لإعطاء الأولوية لعمليات تنقية الغابات وإنقاذها، ونشرت دراسة في عام 2021 في ] فورست Ecology and Management ] جمعت بين مادة NDVI التي استخرجت من لاندسات وبيانات الأرصاد الجوية للتنبؤ بالمناطق المعرضة لخطر كبير من جراء وفيات الأشجار بتدخلات الاستباقية تبلغ 85%،

رصد الآفات والأمراض التي تستخدم نظام المعلومات الجغرافية

ويُعد نظام المعلومات الجغرافية عاملاً أساسياً في تتبع تفشي الآفات والأمراض في الغابات، ففي كولومبيا البريطانية، على سبيل المثال، استخدمت الدراسات الجوية المقترنة بصور لاندسات في رسم خرائط للوفيات الناجمة عن خنافس الصنوبر الجبلية، واستخدمت نماذج الباحثين على مسافات الرحلة وكثافة الأشجار المضيفة، لتسترشد بها استراتيجيات إدارة الغابات مثل عمليات الحصاد المستهدفة وتطبيق مبيدات الآفات لاحتواء الآفات.

وبالمثل، يستخدم المعهد الأوروبي للغابات بيانات " سينتينيل-2 " لكشف حالات غش خنفساء الحبار في مناطق النرويج، ويمكِّن نهجها من الكشف المبكر عن هذه الأعراض قبل أسبوعين أو ثلاثة أسابيع من ظهور الأعراض البصرية على أرضية الغابات، مما يتيح بذل جهود التخفيف في الوقت المناسب.

تقييم شدة الحرائق والإنعاش بعد انتهاء الخدمة

وتستخدم تقييمات ما بعد إطلاق النار التي تستند إلى نظام المعلومات الجغرافية النسبة المتغيرة المطهرة للحرق (DNBR) لرسم خرائط شدة حروق المعالم المتأثرة، وتسترشد هذه الخرائط بتدابير مكافحة التحات، والتخطيط لإعادة التحريج، وإزالة الأشجار الخطرة، وتستفيد من سلسلة الرصد الطويل الأجل للانتعاش من أجل تقييم قدرة الغابات على التكيف؛ وتُعتبر الغابات التي تستعيد مستويات ما قبل إطلاق النار في غضون خمس سنوات مرنة، في حين تشير بطءة الانتعاش إلى احتمال حدوث تدهور التربة أو تجدد.

تقييم آثار تغير المناخ على الغابات

ويُتوقع أن تُوزع الغابات في المستقبل من خلال إدماج خرائط نطاق الأنواع، وخصائص التربة، والإسقاطات المناخية لدرجات الحرارة والتنبؤات المتساقطة، ويستخدم مؤشر الضعف في النظام الإيكولوجي في الولايات المتحدة التحليل المكاني لنظام المعلومات الجغرافية لتحديد الغابات المعرضة لخطر التحولات النظامية بسبب حرارة الأنواع ونظم حرائق متغيرة، وتُرصد الغابات الساحلية للمانغروف، التي تعد حيوية لحماية العواصف، مع تغيرات الساتلية العالية الاستبانة والمتصلة بالبيان.

إدماج نظام المعلومات الجغرافية في التكنولوجيات الناشئة

الاستشعار عن بعد وأجهزة التعلم الآلاتي

وقد أصبحت خوارزميات التعلم الماكنة، مثل الغابات العشوائية وشبكات الظواهر العصبية الملتوية، جزءا لا يتجزأ من تدفقات العمل في نظام المعلومات الجغرافية، مما أدى إلى تحسين دقة التصنيف بالنسبة للغطاء الأرضي وكشف الاضطرابات.() وقد أظهرت دراسة أجريت في عام 2022 نشرت في الاتصالات غير المنتظمة أن شركة CNN قد دربت على صور فونتوغرافية ذات استبانة عالية الدقة رصدت أنشطة انتقائية في الكونغو.

مركبات جوية غير مأهولة (الدنيا) لرصد المركبات الصغيرة

وتوفر الطائرات الآلية المجهزة بمستشعرات متعددة الأطياف والليدرات بيانات عالية الاستبانة (الحل المكاني لـ 2 إلى 5 سنتيمتر)، مما يتيح إجراء دراسات استقصائية مفصلة عن صحة الغابات وهيكلها، كما أن عمليات برمجيات نظام المعلومات الجغرافية تبث صوراً غير مسدودة في نماذج الأشعة المكشوفة والزجاج، مما ييسر إجراء تقييمات دقيقة.

منصات نظام المعلومات الجغرافية المزودة بأجهزة مدمجة

وقد قامت منابر حاسوبية مركبة مثل غوغل إيلاند إينيين (GEE) بإضفاء الطابع الديمقراطي على إمكانية الوصول إلى رصد الغابات القائم على نظام المعلومات الجغرافية عن طريق توفير فهرس بيانات ساتلية على نطاق صغير، ومقاييس تحليلية مدمجة يمكن تنفيذها دون وجود بنية أساسية حاسوبية ذات أداء عال محليا، كما أن مبادرات الفريق العامل المعني بالقوى مثل رصد الغابات على الصعيد العالمي، ودعم النظم الوطنية لرصد الغابات في بلدان مثل كولومبيا ونيبال.

التطبيقات في مجالات الحفظ والسياسات والإدارة المستدامة

نظم رصد الغابات في الوقت الحقيقي

وتوفر برامج الرصد في الوقت الحقيقي، مثل رصد الغابات في العالم، إنذارات بالإزالة على نحو شبه ثابت من إزالة الغابات مستمدة من بيانات لاندسات وسينتنيل-1، ويمكن للمستعملين أن يصمموا تنبيهات حسب المنطقة الجغرافية، مما يمكّن الحكومات والمنظمات غير الحكومية والمجتمعات المحلية من كشف قطع الأشجار غير المشروع والتعدين والزراعة المتناقلة في غضون أيام من حدوث ذلك، وعلى سبيل المثال، تستخدم الحكومات في بيرو وجمهورية الكونغو الديمقراطية هذه الإنذارات لإنفاذ أنشطة حماية الغابات ومكافحة الاستخدام غير المشروع للأراضي.

دعم المبادرة المعززة لخفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها في البلدان النامية ومحاسبة الكربون

(أ) يركز إطار الأمم المتحدة لخفض الانبعاثات الناجمة عن إزالة الغابات وتدهورها (إعادة بناء الانبعاثات الناتجة عن إزالة الغابات وتدهورها) على نظم رصد وإبلاغ والتحقق الصارمة لمخزونات الكربون الحرجية (MRV) () وتدمج محاسبة الكربون الحرجية القائمة على نظام المعلومات الجغرافية خرائط الكتلة الأحيائية المستمدة من البيانات الخاصة بسجلات تغير المناخ والبيانات المتعددة الأطياف لتقدير تخزين الكربون والانبعاثات، وقد وضعت بلدان مثل إندونيسيا منابر وطنية للمركبات الكربونية المتعددة الفلور تستخدم بيانات نظام المعلومات الجغرافية للإبلاغ الدولي الشفاف.

تحقيق الحد الأمثل من جهود إعادة التحريج وإعادة التحريج

وتؤدي نظم المعلومات الجغرافية دورا محوريا في التخطيط لإعادة التحريج عن طريق تحديد المواقع المثلى من خلال إجراء تحليلات مطولة لأنواع التربة، ودرجات المنحدرات، وأنماط سقوط الأمطار، والاستخدام الحالي للأراضي، وتستعين مشاريع إعادة البناء بنظام المعلومات الجغرافية لرصد البقاء على قيد الحياة، ومعدلات النمو، وتنمية النسيج عبر الزمن، وتعتمد مبادرة بون الدولية الرامية إلى استعادة 350 مليون هكتار من الأراضي المتدهورة بحلول عام 2030 على فرص الترميم في نظام المعلومات الجغرافية.

واستخدمت دراسة حالة في غابة المحيط الأطلسي في البرازيل بيانات " سينتينيل - 2 " المستمدة من الدراسة الاستقصائية الوطنية لدراسة المحيطات والغلاف الجوي لتقييم صحة وبقايا المناطق المزروعة، وحققت المواقع التي لديها استراتيجيات إصلاح جيدة التخطيط معدلا ملحوظا لبقاء البذور بنسبة 96 في المائة، مقارنة بنسبة 40 في المائة فقط في المناطق التي تفتقر إلى التخطيط الملائم، مما يدل على الدور الحاسم الذي يؤديه صنع القرار على أساس المعلومات الجغرافية.

التحديات والاتجاهات المستقبلية في رصد الغابات القائم على نظام المعلومات الجغرافية

حدود البيانات وشواغل الاستحقاق

ورغم التقدم المحرز، لا تزال هناك تحديات عديدة، فالغطاء السحابي المستمر في المناطق المدارية يحد من توافر البيانات البصرية، رغم أن أجهزة الاستشعار الرادارية تخفف جزئيا من هذه المسألة، ولا تزال الصور العالية الاستبانة مكلفة، مما يحد من إمكانية وصول العديد من البلدان النامية إلى هذه البلدان، كما أن التحقق من صحة المؤشرات هو أمر كثيف العمالة وغير ممكن على الدوام على نطاق واسع، علاوة على أن الخوارزمات التي تم تدريبها في مجال أحيائي حرجي قد لا تعمم الآخرين، مما يتطلب التحقق من صحة المنطقة.

بناء القدرات في المناطق النامية

ويتطلب تطبيق نظام المعلومات الجغرافية الفعال توفير موظفين ذوي مهارات ودعم مؤسسي، إذ أن مبادرات مثل برنامج العلوم التطبيقية التابع للناسا وشبكة سيرفير توفر التدريب والبرامجيات المفتوحة المصدر والوصول إلى البيانات لبناء الخبرة المحلية، وقد أدى تزايد توافر البيانات الساتلية المجانية من خلال منابر مثل مركز كوبرنيكوس للنفاذ المفتوح إلى خفض الحواجز المالية، ولكن تفسير البيانات المعقدة لا يزال يشكل عقبة تتطلب التعليم المستمر وبناء القدرات.

التكنولوجيات والابتكارات الناشئة

وتتعهد التكنولوجيات الناشئة بزيادة تعزيز رصد الغابات، وتقدم أجهزة الاستشعار من خلال الأطياف مثل PRISMA و EnMAP معلومات عن الطيف التفصيلي يمكن أن تكشف عن الإجهاد الفيزيولوجي في النباتات قبل أن تظهر في مؤشرات ذات نطاق واسع مثل NDVI. Integration of GIS with Internet of things (IoT) devices - مثل أجهزة حظر الطوابق التربية، والأجهزة الاستشعارية المحلية، والمايكروسيلي.

وتتوفر نماذج استخباراتية ذات خبرة فنية تبث الصور الساتلية مع مصادر البيانات الإضافية، بما في ذلك وسائط الإعلام الاجتماعية وبيانات مواقع الهواتف المحمولة، إمكانية التنبؤ مسبقاً بأخطار إزالة الغابات، ويمكن أن تتيح هذه التطورات مزيداً من الاستباقية في مجال حفظ الغابات وممارسات الإدارة المستدامة في جميع أنحاء العالم.

خاتمة

وقد أدت نظم المعلومات الجغرافية إلى ثورة رصد الغابات من خلال توفير معلومات عالية الدقة، وقابلة للاتساع، وفي الوقت المناسب، عن إزالة الغابات وصحة الغابات، ومن خلال إدماج مصادر بيانات متنوعة، وتشجيع التحليلات المتقدمة، تمكن نظم المعلومات الجغرافية أصحاب المصلحة من اكتشاف التغيرات، وفهم العوامل الكامنة وراءها، وتنفيذ استراتيجيات فعالة للحفظ والاستعادة، وسيكون من الضروري مواصلة الابتكار وبناء القدرات والتعاون الدولي لتسخير الإمكانات الكاملة لتكنولوجيات نظم المعلومات الجغرافية في حماية الغابات في العالم.