مقدمة: الدور الحاسم للسواتل في علوم مستوى البحر

إن ارتفاع مستوى سطح البحر هو أحد أكثر المؤشرات الملموسة والمترتبة على كوكب مسخن، ومنذ أوائل التسعينات، قدمت تكنولوجيا السواتل سجلا ثابتا عالميا لم يسبق له مثيل لكيفية تغير محيطات العالم، وقبل عصر الساتل، كانت قياسات مستوى سطح البحر تعتمد على شبكة من مقاييس المد الساحلي، التي توفر تغطية جغرافية محدودة، وكانت خاضعة لحركات أرضية عمودية محلية، وكشفت عن وجود بيانات ساتلية ذاتية عالية في الميدان.

واليوم، فإن أسطولا من البعثات الساتلية - بما في ذلك سلسلة جيسون، وسينتيل - ٦ مايكل فريليتش، وكريو سات التابع لوكالة الفضاء الأوروبية - يتكون من العمود الفقري لرصد مستوى سطح البحر التشغيلي، وتقيس هذه السواتل المسافة بين المركبة الفضائية وسطح البحر، باستخدام الرادار أو النبضات الليزرية، وتظهر الدقة في عدد قليل من أجهزة قياس درجة حرارة من البعثات المتعددة وتصحيح ارتفاع قياسات قياسات قياسية في المدارات.

How Satellite Technology Measures Sea Levels

Radar Altimetry: The Primary Technique

والطريقة الأساسية لقياس مستوى سطح البحر من الفضاء هي التأمترات الرادارية الساتلية، ويحمل الساتل جهازاً للرادارات يبث نبضات قصيرة من الإشعاعات الميكروويف باتجاه سطح المحيط، ويقاس هذا الجهاز الوقت الذي يستغرقه كل نبض ليخرج من المحيط ويعود إلى الساتل، ونظراً إلى أن سرعة الضوء في الفراغ، فإن وقت السفر عبر الغلاف الجوي الممتد إلى مسافة قصيرة بين الساتل والموجات.

ويحدَّد مدار الساتل بدقة باستخدام أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع، والليزر الساتلية، وتصوير مدار دوبلر، وبإخضاع النطاق المقاس من الارتفاع المعروف للسواتل (المسافة من الساتل إلى مركب مرجعي)، يحصل العلماء على طول سطح البحر مقابل ذلك النوع من النسيج، ويكشف هذا المقياس عن وجود ملامح عالية الاستبانة عن طول سطح البحر على امتداد السلسلة الأرضية.

Laser Altimetry: A Complementary View

وفي حين أن أجهزة التأجير بالرادارات هي أقصر أجهزة التأجير في المحيطات، فإن أجهزة التأجير بالليزر (الغطاء) تستخدم أيضا، ولا سيما في المناطق المغطى بالجليد، كما أن بعثة ناسا الدولية - إسات - 2 التي أطلقت في عام 2018، تستخدم جهازا للليزر مجهزا بالتصوير الضوئي يمكن أن يقيس ارتفاعا في خطوط الجليد البحرية ومياه المفتوحة مع وجود خمرات للثلجية أعلى من الرادار ذي مقياس.

البعثات الساتلية الهامة ومساهماتها

وقد بدأ سجل مستوى البحر الحديث ببعثة توبكس/بوسيدون (1992-2006)، وهي جهد مشترك بين ناسا والوكالة الفضائية الفرنسية التابعة للشبكة الوطنية للسواتل، وحددت هذه البعثة معيار الدقة والاستقرار في التأشيرات الرادارية، وتليها سلسلة جيسون (Jason-1, Jason-2, Jadon-3)، التي توفر كل منها الاستمرارية والتحسينات التدريجية في قياس الدقة.

وبالإضافة إلى هذه المعالم المخصصة للمحيطات، يحمل CryoSat-2 (2010 حتى الآن) جهازاً مركباً للبرادار ذي الفتحة الاصطناعية (SIRAL) يستخرج من قياس سطح البحر المتجمد البحري ومستويات البحر الساحلية، كما أن بعثة " ناسا " (Surface Water and Ocean Topography) التي أطلقت في عام 2022) توفر مواضعاً فضائية غير مسبوقة.

ألف - مزايا رصد السواتل من أجل مستوى سطح البحر

التغطية العالمية والوحدة المكانية

وربما كانت أكبر ميزة في رصد مستوى سطح البحر بواسطة السواتل هي قدرتها على تغطية جميع المناطق القطبية النائية والمحيطات المفتوحة والمناطق الساحلية التي يصعب الوصول إليها بواسطة السفن أو قياس المد والجزر، وتتركز مقاييس المد والجزر على طول خطوط السواحل المتقدمة، وتغيب تقريبا عن المحيط الجنوبي والمنطقة القطبية الشمالية والعديد من الدول الجزرية، كما أن السواتل تسد هذه الثغرات وتوفر صورة عالمية حقا لتغير مستوى سطح البحر، علاوة على ذلك، لا توجد أدوات قياسية.

الدقة العالية والقابلية للطول

ويقاس جهاز التأجير بالرادارات الحديثة المسافة إلى سطح البحر بدقة تبلغ حوالي 2 إلى 3 سنتيمترات قياسات فردية، وعندما يكون متوسطها على مر الزمن ومتوسط المساحة، يمكن تحديد الاتجاه الطويل الأجل في مستوى البحر المتوسط على الصعيد العالمي مع عدم يقين من أن أقل من 0.3 ميليميتر في السنة، وقد كشف هذا المستوى الدقيق أن مستوى سطح البحر المتوسط العالمي قد ارتفع بمعدل متوسطه نحو 3.3 ميلليمتر في السنة بين عامي 1993 و 2023.

القرار المؤقت وتغطية التفاوت بين البحار والمحيطات

كما أن تكرار تصاريح المرور عبر السواتل كل عشرة أيام )أو أقل بالنسبة للتجمعات( يتيح للعلماء استخلاص دورات موسمية، والتغيرات التي تحدث كل سنة عن ظواهر مثل النينيو - جنوبي التذبذب، وتوقعات المياه السطحية في المحيط الهادئ، وآثار ارتفاع كثافة الغلاف الجوي على نطاق واسع، مثل التحولات التي حدثت في الفترة ٢٠١٥-٢٠١١، التي أدت إلى حدوث انخفاض مؤقت في عدد الباحثين في خرائط البحر على الصعيد العالمي)١٠(.

تطبيقات البيانات على مستوى البحر: من العلم إلى السياسة العامة

Climate Research and Attribution

إن سجل مستوى سطح البحر الساتلي هو مدخل أساسي لفهم مكونات ارتفاع مستوى سطح البحر، وباستخدام البيانات المستمدة من التألق، إلى جانب درجات حرارة المحيطات وملامحها من عوامات أرغو وقياسات الجاذبية من بعثات GRACE وGRACE-FO، يمكن للعلماء أن يفصلوا المحركين الرئيسيين: التوسع الحراري )الارتفاع العادي( والإضافة الجماعية من تذوب الجليد الأرضي )الارتفاع العمراني(.

التخطيط والتكييف الساحليين

وبالنسبة للمجتمعات الساحلية، تستخدم اتجاهات مستوى سطح البحر المستمدة من السواتل لتحديث خرائط مخاطر الفيضانات، وتصميم دفاعات ساحلية، ووضع معايير لارتفاع مستوى الأرض للتشييد الجديد، وكثير من المدن - من ميامي إلى جاكرتا - ريلي على توقعات مستوى البحر الإقليمي التي تدمج الاتجاهات الساتلية مع معدلات الانحدار المحلي من النظام العالمي لتحديد المواقع والمرفق الدولي للمحيطات، كما يساعد السجل الساتلي على تحديد المناطق التي تشهد ارتفاعاً أسرع من المتوسط، مثل الأجزاء الجنوبية الشرقية.

التأهب للكوارث والإنذار المبكر بها

وتزيد بيانات مستوى سطح البحر من التنبؤ بالفيضانات الساحلية خلال العواصف، وتحسن الطوابق الساتلية، عندما تقترن ببيانات قياس المد والجزر ونماذج الطفرة العواصف، السد الرأسي المستخدم لرسم خرائط التخصيب، علاوة على ذلك، عمليات رصد الموجات الأرضية من سطح البحر - مثل مجمعات المياه الدافئة التي تسبق التنبؤات بالنينيو - التوقعات التي ترتفع مستويات المياه الساحلية في المحيط الهادئ.

التأمين والهياكل الأساسية وإدارة الموارد

وتستخدم صناعة التأمين بصورة متزايدة بيانات عن مستوى سطح البحر بواسطة السواتل لتقييم المخاطر التي تتعرض لها الممتلكات والهياكل الأساسية الساحلية، وتدمج شركات إعادة التأمين الاتجاهات الطويلة الأجل في مستوى سطح البحر في نماذج الكوارث التي تُسترشد بها الأقساط والاحتياجات الاحتياطية، وبالمثل، تستخدم الموانئ والمرافئ منتجات سطح البحر الساتلية لتعظيم الجداول الزمنية للتنقية وضمان عمق الملاحة.

التحديات والحدود المتعلقة بتوقيت الساتل

وعلى الرغم من نقاط القوة العديدة التي يتمتع بها التألق الساتلي، فإن لديه قيود يجب فهمها عند تفسير البيانات، ومن التحديات الرئيسية قياس مستوى سطح البحر القريب جدا من الساحل، وتعاني أجهزة الرادار التقليدية من التلوث بالأرض في نطاقها الواسع (تراوح بين 5 و 10 كيلومترات) ولا تزال الخطوط الساحلية ذات أهمية إنسانية عالية، ومع ذلك فإن سجل التواريخ هناك كثيرا ما يتدهور.

وثمة قيد آخر هو تصحيح التأخيرات في الغلاف الجوي، ولا سيما تصحيح التروبوسفير الرطب، الذي يعتمد على نماذج بخار المياه، ويمكن أن تُحدث الأخطاء في هذه التصويبات اتجاهات تصاعدية بمرور الزمن، وبالإضافة إلى ذلك، يتطلب استقرار المدار الساتلي على مدى عقود مناورة دقيقة للغاية للتتبع والمقاييس، وأي انجراف في تحديد المدار أو كسب للصك يمكن أن يُعد بمثابة بروتوكولات للسلامة البحرية.

وأخيراً، فإن قياس طول سطح البحر قياساً إلى ارتفاع سطح سطح البحر مقارنةً بنقطة مرجعية لا تتعلق بسطح الأرض المحلي، ومن ثم، من أجل تقييم الأثر الفعلي على السواحل - مستوى البحر النسبي - يجب أن يوحد واحد مستوى سطح البحر المطلق المستمد من السواتل مع الحركة الأرضية الرأسية من النظام العالمي لتحديد المواقع أو المسح الجيودي، وفي المناطق التي يوجد فيها تناقص سريع (مثلاً، فإن متوسط نظم التكييف في منطقة شرق آسيا) يمكن أن يكون مرتفعاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاًاً.

الاتجاهات المستقبلية وتكنولوجيات الجيل القادم

وسيشهد العقد القادم توسعا كبيرا في القدرات الساتلية لرصد مستوى سطح البحر، ومن المقرر أن تكفل سلسلة " سينتينيل - ٦ " المقبلة للجيل الاستمرارية خلال الثلاثينات، وفي الوقت نفسه، فإن التغييرات التي أدخلت على التأشيرات العالية الاستبانة في المياه تكشف بالفعل عن الديناميات الدقيقة لبضائع المحيطات، التي يعتقد أنها تؤدي دورا رئيسيا في اختلاط المحيطات وعمليات النقل الحراري التي تؤثر على مستوى البحر على النطاق الإقليمي " GASA " )٢(.

ويمكن للتكنولوجيات الناشئة مثل كبسات ومحلات السواتل الصغيرة أن توفر عينات من الكثافة وزمن إعادة النظر بسرعة، وعلى سبيل المثال، يمكن لبرنامج ناسا/CNES " علم السطح السطح السطحي وتداول المحيطات " استكشاف مفاهيم لشعلة من السواتل الصغرى يمكن أن تقدم خرائط عالمية يومية للمرتفعات السطحية.

وبالإضافة إلى ذلك، فإن أوجه التقدم في التعلم الآلي واستيعاب البيانات تحسن طريقة إدماج بيانات التأشيرات الساتلية في نماذج المحيطات، ويمكن للشبكات العصبية الآن ملء البيانات المفقودة الناجمة عن الغطاء السحابي (للريدار) أو الثغرات في قاع البحار، مما يؤدي إلى استمرار وجود حقول بحرية عالية الاستبانة، وهذه المنتجات قيمة خاصة بالنسبة للتطبيقات التشغيلية مثل تعقب الحطام البحري والبحث والإنقاذ البحريين، مما يجعل الجمع بين أجهزة الاستشعار الأفضل وتغطية الكثافة أكثر ذكاءا ومقياسا.

الخلاصة: السواتل كمراقبين لبحار متغيرة

وقد حولت التكنولوجيا الساتلية فهمنا لتغير مستوى سطح البحر من عدد قليل من الطلقات الساحلية إلى نظام رصد عالمي مستمر، وقد وثق سجل ثلاثي الأبعاد لبعثات التأجير ارتفاعا متسارعا، وفر قاعدة الأدلة التي تنسب إلى حدوث تغير المناخ الذي يسببه الإنسان، وجهود التكيف المستنير في جميع أنحاء العالم، حيث تواصل مستويات سطح البحر ارتفاعها وتهديد بلايين الناس الذين يعيشون في المناطق الساحلية، والحاجة إلى رصد ساتلي أقوى ودقيقا ومستمرا.

إن الشراكة الدولية وراء بعثات مثل تيبكس/بوسيدون وجيسون وسينتيل-6 نموذج لرصد الأرض التعاوني، ويتطلب الحفاظ على هذا الإرث الاستثمار المستمر في الهياكل الأساسية الساتلية، وسياسات البيانات المفتوحة، وأنشطة المعايرة/التخليص، ولن تؤدي التطورات المقبلة إلى زيادة قياساتنا فحسب، بل ستتيح لنا أيضا التنبؤ على نحو أفضل بالتغيرات الإقليمية في مستوى البحر وتأثيراتها على المجتمعات والنظم الإيكولوجية، وفي عصر يشهد تغيرا بيئيا متسارعا، تظل السواتل أقوى السواتل التي أرسلتها.

External Links:]