مقدمة: الأهمية الحاسمة لرسم خرائط المياه المتجمدة

ومن ثم، فإن المعالم الجليدية وصحائف الجليد تخزن مجتمعة نحو 69 في المائة من المياه العذبة في الأرض، مما يجعلها عناصر حيوية في الدورة الهيدرولوجية العالمية، وتنظم هذه الخزانات المجمدة مستويات سطح البحر، وتؤثر على نظم المناخ، وتدعم النظم الإيكولوجية الفريدة، ومع ارتفاع درجات الحرارة العالمية بسبب تغير المناخ، فإن الجليديات وورقات الجليد تتضاءل وتخفف بمعدلات غير مسبوقة، وتساهم المياه العذبة الناتجة في ارتفاع مستويات المياه الساحلية في الوقت المناسب.

وقد أحدثت نظم المعلومات الجغرافية ثورة في البحوث المتعلقة بالغلاف الجوي بتوفير أدوات قوية لجمع البيانات المكانية المتعلقة بكتلة المياه المجمدة ودمجها وتحليلها وتصويرها، ودمج الصور الساتلية والدراسات الجوية والملاحظات الأرضية والنماذج الرقمية في إطار موحد، مما يتيح الرصد الشامل لديناميات الجليد وصحائف الجليد على المستويات المحلية والإقليمية والقارية.

دور نظام المعلومات الجغرافية في رسم الخرائط في غلاسير

ويستخدم نظام المعلومات الجغرافية كمنبر مركزي ينسق مجموعات البيانات المتنوعة - التي تبث من الصور الساتلية إلى الطبقات المكانية المتسقة - وهذا القدرة ضرورية لوضع خرائط مفصلة لمدى الجليد والخصائص السطحية والتغيرات في الارتفاع على مر الزمن، ومن خلال الإفراط في البيانات التاريخية لرسم الخرائط بمنتجات الاستشعار عن بعد الحديثة، يمكن للباحثين أن يقيّموا كمياً مع تراجعات الحرارة الجليدية، وتصلباتات ما قبل التحلل.

تغيير كشف البيانات وتحليلات الوقت

ويكمن أحد العناصر الأساسية لنظام المعلومات الجغرافية في قدرته على إجراء تحليلات متعددة المراحل - دراسة كيفية تطور الجليد على مر السنين أو العقود، حيث يستخدم المحللون مجموعات بيانات ساتلية طويلة الأجل، مثل صور لاندسات تعود إلى عام 1972 وبيانات سيتينيل-2 ابتداء من عام 2015، لحشد ومقارنة الصور من المناطق المتطابقة التي تم الحصول عليها في أوقات مختلفة.

فعلى سبيل المثال، استخدمت دراسة تاريخية في الألب الأوروبية بيانات لاندسات في بيئة نظام المعلومات الجغرافية لتبين أن مساحة الجليد تتقلص بنسبة 50 في المائة تقريبا بين عامي 1850 و 2015، وتتطلب هذه التحليلات تسجيلا متقنا للصورة لضمان المواءمة بين مستوى البكسل وإزالة الغطاء الجليدي الموسمي العابر لعزل الحدود الجليدية الدائمة، ومن خلال قياس حجم هذه التغيرات، يكتسب العلماء نظرة ثاقبة إلى سرعة وسائقي.

Flow Velocity and Surface Displacement Mapping

ويمتد نظام المعلومات الجغرافية إلى ما هو أبعد من رسم الخرائط الثابتة عن طريق إتاحة قياس كمية حركة الجليد عبر الزمن، وتقنيات تتبع الأنظار التي تستخدم في كثير من الأحيان صورا ساتلية متتالية شاملة للتبريد من المعالم السطحية، وتنتج خرائط مفصلة للسرعة، وتكشف هذه الخرائط عن تفاوتات مكانية في سرعة تدفق الجليد، وتشكيل ونشر المحركات الرئيسية، والتفاعلات بين المعالم الثلاثية.

وفي الهيمالايا، أبرزت مجموعات بيانات السرعة التي استُحدثها نظام المعلومات الجغرافية أن الجليديات التي تغطى الحطام تتحرك ببطء أكبر بكثير من نظائر الجليد، وهذا التباطؤ يؤثر على توقيت وحجم إطلاق المياه المميتة، مع ما يترتب على ذلك من آثار بالنسبة لإمدادات المياه في المجرى السفلي وخطرها، وعلاوة على ذلك، تتيح منابر نظام المعلومات الجغرافية هذه النواقل السريعة أن تكون نماذج متداخلة على ثلاثة مستويات من الازلة الرقمية المتطورة.

تحليل أشعة السينية الكبيرة

وتحتوي صحائف الجليد في غرينلاند وأنتاركتيكا على أغلبية الجليد الجليد الجليدي للأرض وتمثل أكبر المساهمين المحتملين في ارتفاع مستوى سطح البحر في المستقبل، وتؤدي نظم المعلومات الجغرافية دورا محوريا في تقييم توازنها الجماعي - صافي كسب أو فقدان الجليد عن طريق إدماج التأشيرات الساتلية، والمقاييس الجاذبية، والنواتج النموذجية للمناخ، وتسترشد هذه التحليلات بالتوقعات المتعلقة باستقرار الصفائح الجليدية والسينات العالمية لمستوى البحر.

قياس القدّم باستخدام الرادار الاصطناعي المتداخل

(أ) جهاز رادار ذو فتحة تداخلية (إنسار) هو تكنولوجيا استشعار عن بعد متطورة تُقيس التشريد الأرضي بدقة عالية بمقارنة الاختلافات في المراحل بين زوجات الصور الرادارية، وتوفر البعثات الساتلية مثل الساتل " سينتينيل-1 " عمليات اقتناء رادارية متكررة، مما يتيح لأخصائيي نظم المعلومات الجغرافية إيجاد حقول سرعة مفصلة لصحائف الجليد.

وقد كشفت خرائط السرعة هذه عن ظواهر ملحوظة؛ فعلى سبيل المثال، يمكن أن تتسارع المعالم المنتشرة في غرينلاند إلى تجاوز سرعة 40 مترا في اليوم أثناء أحداث الذوبان الصيفية، وتيسر برامجيات نظام المعلومات الجغرافية استخراج بيانات السرعة عن طريق المصيد من الجليد، وحساب التدفقات الجليدية في خطوط الأساس، واكتشاف أحداث السرعة العابرة التي غالبا ما تفترض سعر الجليد.

ارتفاع سطح الأرض والمرض الجليدي

ويستلزم تقدير سميك الجليد وحجمه الجمع بين بيانات الارتفاع السطحي مع طبوغرافيا الصخور. وتستمد نماذج الارتفاع الرقمي من الصور المصورة بواسطة السواتل (مثل الساتل " آستر " أو " WorldView " )، ومسح التأشيرات المحمولة جوا، والدراسات الاستقصائية لرادارات شبكة الجليد (مثلا، نموذج " إيسيبريدج " ).

وتكتسي تقديرات السميكة هذه أهمية حاسمة في حساب الحجم الجليدي الكلي والمكافئ المحتمل لمستوى البحر، ففي أنتاركتيكا، كشفت خرائط السميك القائمة على نظام المعلومات الجغرافية عن جدل عميق وقنوات دون إقليمية تسمح لمياه المحيط الدافئ بالوصول إلى المناطق السفلية من أرففة الجليد، والتعجيل بالذوبان الصلدي وترفيع الجليد، وهذه البصيرة حيوية لفهم استقرار الغطاء الجليدي وآليات التغذية المرتدة التي تؤدي إلى فقدان الجليد.

المصادر الرئيسية للتكنولوجيات والبيانات في رسم الخرائط في غلاسير وصحائف الثلج

ويعتمد رسم الخرائط في الغلاف الجوي الحديث على مجموعة متنوعة من تكنولوجيات المراقبة، ويسهم كل منها في معلومات مكانية وزمنية فريدة، ويعمل نظام المعلومات الجغرافية كمنبر تكاملي ينسق مسارات البيانات هذه في تحليلات متسقة.

  • () توفر أجهزة الاستشعار الضوئية مثل لاندرسات، و Sentinel-2، وMODIS بيانات متعددة الأطياف عن السطح تتضمن قرارات مكانية تتراوح بين 10 و250 متراً، وتصبح النطاقات شبه الحمراء فعالة بشكل خاص في التمييز بين الجليد والغطاء السحابي للثلوج والسحاب.
  • ] Aerial Surveys and Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)] - Manned aircraft and drones equipped with cameras, LiDAR, and ice-penetrating Radio complement satellite data by providing high-resolution cross-sectional and surface measurements. NASA’s Operation IceBridge campaign exemplifies this approach Greenland
  • GPS و Stake Networks ] - تؤدي محطات النظام العالمي لتحديد المواقع الدائمة وموازين التجميع في الموقع إلى قياسات دقيقة لنقطة الجليد، وتغير الارتفاع السطحي، والتوازن الجماعي، وهذه البيانات الأساسية حيوية لتحديد وتثبيت المنتجات المحسوسة عن بعد في بيئات نظام المعلومات الجغرافية.
  • تقدم نماذج الارتفاعات الرقمية (DEMs) - نظم الإدارة البيئية العالمية والإقليمية مثل بعثة تضاريس الرادار المكوكية (SRTM، 30 m resolution)، ومنطقة القطب الشمالي (قراران متران)، ونموذج الارتفاع المرجعي في أنتاركتيكا (REMA، 8 m قرار) بيانات أرضية أساسية، وهذه النماذج تتيح التصوير أو التقلبات الجليدية، ومسح حركة الجليد.
  • ]] Gravity Data from GRACE-FO] - The Gravity Recovery and Climate Experiment Follow-On (GRACE-FO) mission measures temporal variations in Earth’s gravity field caused by ice mass redistribution. GIS tools interpolate gravity anomalies to generate monthly mass change maps over ice sheets, revealing continental trends.

ويتباين كل مصدر بيانات في نظم مرجعية منسقة، وحل مكاني، وتواتر زمني، ودقة، وتدير منابر نظام المعلومات الجغرافية هذه الاختلافات إدارة ملائمة، وتؤدي عمليات تحويل وتنسيق، وإعادة أخذ العينات، والمواءمة المكانية لإنتاج طبقات لا تحصى من أجل التحليل، والمكتبات الجغرافية المكانية المفتوحة المصدر مثل GDAL و PROJ، إلى جانب بروتوكولات رسم الخرائط على شبكة الإنترنت مثل نظام الرصد العالمي ونظام WFS، وتيسر تبادل البيانات، وقابلية التشغيل المتبادل بين مختلف مؤسسات البحوث في جميع أنحاء العالم.

دراسات الحالات: بيان تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في مجال علم الجليد

Jakobshavn Isbræ, Greenland

إن جاكوبشافن إسبراه أحد أسرع الأنهار الجليدية تدفقاً عالمياً، وهو مساهم رئيسي في تصريف الجليد في غرينلاند، وقد قامت تحليلات نظام المعلومات الجغرافية المكثفة باستخدام صور لاندسات من عام 1985 إلى عام 2020 بتوثيق تراجع يزيد على 20 كيلومتراً في فترة صلاحيته، مصحوبة بتضاعف سرعة تدفق الجليد، وتقابل التسارع تفكك الزهرة.

ومن خلال إدماج خرائط السرعة، وبيانات الارتفاع، والتغيرات في مواقع النمل الأبيض في نظام المعلومات الجغرافية، قام الباحثون بتنقيح نماذج الغطاء الجليدي للتنبؤ على نحو أفضل بمساهمات غرينلاند في مستوى البحر في المستقبل، كما دعمت هذه البيانات المكانية تقييمات المخاطر للمجتمعات المحلية وأبلغت التقارير الدولية عن المناخ.

بليزر من جزر بيني، أنتاركتيكا

إن غلاف جزيرة بيني هو المحرك الحاسم للخسائر الجماعية في أنتاركتيكا وارتفاع مستوى سطح البحر، وقد كشف التحليل القائم على نظام المعلومات الجغرافية الذي يجمع بين بيانات الرادار الساتلي وخرائط قياس الأعماق وميادين الجليد عن تراجع خط الأرض في الجليد بعشرات الكيلومترات منذ التسعينات، ويرتبط هذا التراجع باقتحام تيارات المحيط الحارة تحت الجليد، مما يعجل بالثلج.

وقد كشفت الطبوغرافيا دون الإقليمية التي لها سُبل تدفق الجليد في نظام المعلومات الجغرافية عن قنوات تُستخدم فيها المياه الدافئ في الداخل، وتُضخم عمليات الذوبان، وقد أُدرجت هذه النتائج، المنشورة في ] ، في تقييمات الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ، مما يؤكد أهمية نظام المعلومات الجغرافية في ترجمة البيانات المكانية المعقدة إلى سياسات عامة.

غلاسير في منطقة آسيا الجبلية المرتفعة

وتحتوي منطقة هندو كوش هيمالايا على أكبر حجم من الجليدات خارج المناطق القطبية، وهي مصدر حرج للمياه لملايين من المناطق الواقعة في أسفل النهر، وقد كان نظام المعلومات الجغرافية مفيدا في تجميع مخزن راندولف غلاسير، وقاعدة بيانات شاملة لمخططات الجليد، والمنطقة، والمنحدرات، والجانب في جميع أنحاء هذه المنطقة، وباستخدام صور الأنقاض الأرضية والآسترات، اكتشف الباحثون أن المكثفات.

وقد طبقت دراسة عام 2019 نشرت في تقارير علمية كشفاً عن تغير قائم على نظام المعلومات الجغرافية لربط الخسائر الجماعية في الجليد بارتفاع درجات الحرارة الصيفية وانخفاض الثلوج، وهذه البصيرة المكانية حاسمة في التنبؤ بتوافر المياه وإبلاغ استراتيجيات التكيف الإقليمية في مواجهة تغير المناخ.

التحديات والاتجاهات المستقبلية في رسم الخرائط الجغرافية العالمية

وعلى الرغم من تأثيره التحويلي، يواجه رسم خرائط الجليد القائم على نظام المعلومات الجغرافية عدة تحديات، وكثيرا ما يحجب الغطاء النثري على سطح الجليد الحدود الجليدية في الصور البصرية، ويعقد الترسيم الآلي، وفي حين أن الأشعة تحت الحمراء والرادارات تؤدي إلى تحسين التمييز، فإن الصقل اليدوي لا يزال ضروريا.

كما أن منابر حاسوبية مُزدحمة مثل محرك غوغل الأرضي تعتمد بشكل متزايد لإجراء تحليلات على نطاق القارة للمعلومات الجغرافية دون تخزين البيانات المحلية، وإضفاء الطابع الديمقراطي على إمكانية الوصول إلى مجموعات بيانات واسعة، علاوة على ذلك، فإن التقدم في مجال التعلم الآلي يوفر سبلا واعدة لرسم خرائط الجليد الآلية، كما أن الشبكات العصبية التعاونية التي يتم تدريبها على تركيبات لاندرسات المُصنفة يمكن أن ترسم باستمرار تطبيقات جليدية

وسيوفر برنامج السواتل الجديد مثل " الرادار الاصطناعي " الذي يُعتزم إطلاقه في عام 2024، مسارات بيانات رادارية عالية الاستبانة، وستُجهز هذه البيانات في شكل مواصفات سريعة ومنتجات عالية الجودة، وسيزيد من تعزيز قدرات الرصد المؤقت.

وأخيراً، هناك تركيز متزايد على إيجاد تطبيقات تفاعلية على شبكة الإنترنت لنظام المعلومات الجغرافية من أجل التواصل الفعال مع واضعي السياسات وعامة الجمهور بشأن تغير الجليد، وتستعمل منابر مثل الموقع الشبكي لشبكة أنتاركتيكا وبورت غيورتر البحر، خرائط على الشبكة العالمية وخرائط القصص من أجل تصور المعتكف وأنماط السرعة والمساهمات المتوقعة على مستوى البحر، وتتيح هذه الوصلة البينية سهلة الاستعمال إمكانية الوصول إلى بيانات مكانية معقدة وغير متخصصة للتخفيف من آثار تغير المناخ.

خاتمة

وقد حولت نظم المعلومات الجغرافية بصورة أساسية علم الجليديات وصحائف الجليد، مما أتاح الانتقال من عمليات المسحوق، والرصد على أساس نقطة إلى تحليلات شاملة ودينامية ومرئية، ومن خلال إدماج البيانات الساتلية والمتنقلة جواً والأرضية ضمن إطار مكاني، فإن نظام المعلومات الجغرافية يخول الباحثين رصد التغيرات المناخية ذات الحل الزمني والمكاني غير المسبوق.

ومع تزايد حجم البيانات الساتلية ونضج تقنيات التعلم الآلات، سيصبح نظام المعلومات الجغرافية أكثر أهمية من أي وقت مضى لفهم الغلاف الجوي المتطور والاستجابة له، وبالنسبة للعلماء والمخططين والمواطنين على السواء، يشكل رسم خرائط الجليد والجليد القائمين على نظام المعلومات الجغرافية أداة لا غنى عنها لفهم سرعة وآثار تغير المناظر الطبيعية المتجمدة لكوكبنا.