عالم الجيوش المفترس والمناطق القطبية

وقد أصبحت نظم المعلومات الجغرافية لا غنى عنها لاستكشاف وفهم وإدارة أكثر البيئات النائية والتطرفة في الأرض: المناطق القطبية، وهذه الحدود المجمدة - التي تشمل القطب الشمالي في المنطقة الجنوبية والجنوبية - تمر بتحولات سريعة محركة من تغير المناخ، مما يجعل الرصد والتحليل الدقيقين أكثر إلحاحا من أي وقت مضى، وتوفر تكنولوجيا المعلومات الجغرافية التحليل المكاني الحاسم، وقدرات رسم الخرائط، وأدوات تكامل البيانات اللازمة لرصد ديناميات الجليد.

دور نظام المعلومات الجغرافية في البحوث القطبية

إن نظام المعلومات الجغرافية أكثر بكثير من مجرد رسم الخرائط؛ وهو بمثابة نظام شامل لدعم القرارات المكانية يجمع بين مصادر مختلفة للبيانات - من السواتل والطائرات والطائرات والطائرات والمجسات الأرضية - لإنتاج أفكار قابلة للتنفيذ، وتطرح المناطق القطبية تحديات فريدة لجمع البيانات وتحليلها: درجات الحرارة الباردة المطولة، وفترات الظلمة خلال الشتاء القطبي، وطول المناظر الطبيعية التي تتغلب على العقبات التي تعترض الوصول إلى نظم المعلومات الجغرافية.

فعلى سبيل المثال، يستخدم المركز الوطني لبيانات الثلج والثلج نظام المعلومات الجغرافية لمحفوظات ونشر مجموعات البيانات الحيوية عن تركيز الجليد البحري، وتغيرات ارتفاع الغطاء الجليدي، ونطاق الغطاء الجليدي، وهذه البيانات هي أساس فهم ردود كتل الجليد القطبية على درجات الحرارة، كما يدمج نظام المعلومات الجغرافية البيانات الزمنية ويتيح للعلماء رصد التغيرات على مدى عقود أو حتى أيام، وهو أمر حيوي للتمييز بين الاتجاهات المناخية الطويلة الأجل.

وبالإضافة إلى البحوث العلمية البحتة، يؤدي نظام المعلومات الجغرافية دورا حيويا في التطبيقات العملية مثل تيسير الملاحة الآمنة للسفن من خلال ازدياد عدم التنبؤ بالجليد البحري وتخطيط البعثات العلمية وإدارة المناطق المحمية، وتعتمد الحكومات والمنظمات الدولية على نظام المعلومات الجغرافية لتحديد المناطق الاقتصادية الخالصة، ورصد الامتثال للمعاهدات الدولية مثل نظام معاهدة أنتاركتيكا، وتنسيق جهود البحث المتعددة الجنسيات، وقدرة التكنولوجيا على التعامل مع مجموعات البيانات الحديثة المتعددة المستويات.

التطبيقات الرئيسية لنظام المعلومات الجغرافية في المناطق القطبية

إن تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية في البحوث القطبية متنوعة، تمتد من رصد الغلاف الجوي إلى حفظ التنوع البيولوجي وتقييم آثار تغير المناخ، ونستكشف فيما يلي بعض أهم المجالات التي يقود فيها نظام المعلومات الجغرافية اكتشافات جديدة ويعزز استراتيجيات الإدارة.

Ice Sheet and Glacier Monitoring

ومن أهم الاستخدامات التي تستخدمها نظم المعلومات الجغرافية في المناطق القطبية تتبع التغيرات في صحائف الجليد في غرينلاند وأنتاركتيكا، وتحتوي هذه الكتلة الجليدية على ما يكفي من المياه المجمدة لرفع مستويات البحر العالمية بعشرات من المترات إذا ما ذبذبت تماما، مما يجعل رصدها أولوية عالمية، وتدمج البيانات المستمدة من التأشيرات الأرضية (مثلاً في قياسات الجليد السطحي في ناسا) (مثلاً، قياس الجليد العالمي).

ويضع الباحثون في مؤسسات مثل مركز العلوم القطبية خرائط مفصلة للسلاسل الزمنية تكشف عن تسارع تدفق الجليد في الجليديات الضعيفة مثل ثويتز وجزيرة بين، فمثلاً، تُعد دراسة محورية منشورة في The Cryosphere] تستخدم نظام المعلومات الجغرافية لتحليل البيانات الساتلية التي تبين أن أنتاركتيكا فقدت ما يقرب من 3 تريليونات من التواؤم في تحليلات الفضائية في الفترة 1992 و2017.

وتتزايد استخدام البيانات الساتلية المكمِّلة، والدراسات الاستقصائية القائمة على الطائرات بدون طيار لسد الثغرات في التغطية المكانية، وتلتقط المركبات الجوية غير المأهولة صورا ذات استبانة عالية، وتُدرج في قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية، مما يتيح رسم خرائط مفصلة لملامح مثل المحرقة، ومواطن المياه المذوفة، وخطوط الأساس، وهذه المعلومات الدقيقة تعزز الدقة النموذجية وتساعد على التنبؤ بالتغيرات في الأجل القريب في غلاسير.

تحليل الجليد البحري والملاحة

ويغطي الجليد البحري في المنطقة القطبية الشمالية ملايين الكيلومترات المربعة والمعارض التي تُعلن عن تفاوت موسمي، وقاعدة المعلومات الجغرافية أساسية لرصد مدى الجليد، والتركيز، والسماكة، والحركة، وهي أمور حاسمة بالنسبة لنموذج المناخ والملاحة البحرية الآمنة، ويقوم مركز الثلج الوطني في الولايات المتحدة بإعداد خرائط ثلجية يومية عن طريق إدماج صور رادارية ساتلية مثل الساتل " سينتيل-1 " ، والشبكة البحرية، التي تستخدم نماذج مستمدة.

كما أن تغير ظروف الجليد البحري له آثار عميقة على مجتمعات الشعوب الأصلية والحياة البرية في القطب الشمالي، إذ تجمع طبقات نظام المعلومات الجغرافية بين البيانات الجليدية وطرق هجرة الحيوانات، مثل الكاريبو أو الدببة القطبية، والمستوطنات البشرية لتقييم أوجه الضعف البيئية ودعم الإدارة التكييفية، فعلى سبيل المثال، استخدمت البحوث التي أجرتها جامعة مانيتوبا نظام المعلومات الجغرافية لربط معتكف الجليد البحري مع انخفاض إمكانية وصول الدببة القطبية إلى السكان الفقمة في خليج هدسون، مما أبرز العواقب الإيكولوجية الناجمة عن فقدان الماشية.

وتدمج برامج نظام المعلومات الجغرافية الحديثة في الوقت الحقيقي البيانات المستمدة من الطوافات العائمة، وأجهزة الجليد، والسواتل، والمجسات المستقلة لتوفير خرائط دينامية ومستكملة لظروف الجليد، وهذه الأدوات لا غنى عنها لعمليات البحث والإنقاذ، وأنشطة استخراج الموارد، ودعم سلامة الممرات البحرية في القطب الشمالي مع زيادة حركة المرور التجارية والعلمية في المنطقة.

تعقب الحياة البرية ورسم خرائط الموئل

ويمكن للعلماء من الباحثين أن يتتبعوا تحركات الحيوانات عن طريق وضع علامات على الأفراد بواسطة طاقات النظام العالمي لتحديد المواقع أو بطاقات ساتلية، ورسم خرائط لسلوكهم المكاني عبر الزمن، وذلك عن طريق الإفراط في استخدام بيانات الحركة ذات المتغيرات البيئية مثل النطاق الجليدي، ودرجة الحرارة، والممرات الحرجة،

ويستخدم المعهد النرويجي لل القطبية، على سبيل المثال، نظام المعلومات الجغرافية لدراسة الدببة القطبية في سفالبارد، مع الجمع بين القياس عن بعد بواسطة السواتل وخرائط جليدية مفصلة لفهم كيفية تكيف الدببة مع تقلص منابر الجليد، وفي أنتاركتيكا، تستخدم الصور الساتلية العالية الاستبانة التي يتم تجهيزها في نظام المعلومات الجغرافية لرصد المستعمرات عن طريق الكشف عن البقعات - وهي طريقة مبتكرة وغير متوافرة في مجال المسح.

وتؤدي نظم المعلومات الجغرافية أيضا دورا حاسما في تخطيط الحفظ عن طريق تحديد المناطق ذات التنوع البيولوجي العالي التي تتداخل مع الأنشطة البشرية مثل طرق الشحن البحري أو المناطق السياحية، وتسترشد هذه التحليلات المكانية بتعيين المناطق البحرية المحمية وتساعد على تحقيق التوازن بين الحفاظ على البيئة والتنمية الاقتصادية، وكفالة التعايش المستدام في النظم الإيكولوجية القطبية الهشة.

Climate Change Impact Assessment

ونظراً لأن نماذج المناخ تنطوي في جوهرها على التقلبات المكانية، فإن نظام المعلومات الجغرافية يوفر الإطار الأساسي لتصوير وتحليل وتفسير النواتج النموذجية في المناطق القطبية، وظاهرة التوسع القطبي - حيث تحدث زيادات في درجات الحرارة مرتين تقريباً في المتوسط العالمي، وهو أمر واضح بوجه خاص في المنطقة القطبية الشمالية، كما أن أدوات نظام المعلومات الجغرافية ترسم اتجاهات الحرارة السطحية وأنماط التهطالية، والثبات الجامدة لتوفير تقييمات واضحة مكانياً.

وتطرح منظمة بيرموفروست مخاطر بيئية واجتماعية واقتصادية كبيرة، وتدمج نظام المعلومات الجغرافية البيانات الحرارية وتصنيفات الغطاء الأرضي وخرائط تكوين التربة ومواقع الهياكل الأساسية للتنبؤ بالمناطق التي يكون فيها تدهور الأحواض أشد حدة، وهذه التنبؤات حاسمة لتقييم المخاطر التي تتعرض لها شبكات النقل والمباني والإفراج عن الكربون بسبب التحلل الميكروبي للخامات العضوية المتجمدة.

وتدعم هذه التقييمات المكانية وضع السياسات على الصعيد الدولي، وتعتمد منظمات مثل الفريق الحكومي الدولي المعني بتغير المناخ على الخرائط والتصورات التي تُنشئها نظم المعلومات الجغرافية من أجل الإبلاغ عن مخاطر الاحترار القطبي ووضع استراتيجيات للتكيف مع المجتمعات المحلية الساحلية الضعيفة في جميع أنحاء العالم.

علم الجيولوجيا والهيدرولوجيا

وتحافظ مياه الأمطار الجليدية على الأنهار والبحيرات في المناطق القطبية، وتؤثر على النظم الإيكولوجية والأنشطة البشرية حتى خلال أشهر الشتاء، وتسهم نظم المعلومات الجغرافية في رسم خرائط لنظم الصرف هذه وفهم تقلباتها الموسمية، وفي غرينلاند، تشكل البحيرات السطحية السطحية الجليدية كل صيف، ويمكنها فجأة أن تستنفد من خلال التحلل الهيدرولوجي وتسريع تدفق الجليد وفقدان الجليد.

ومن الصعب جداً ملاحظة تدفق المياه الجوفية تحت الجليد، ولكن يمكن وضع نماذج لها باستخدام نظام المعلومات الجغرافية، وذلك بدمج بيانات الارتفاع السطحي الجليدي، ورسم الخرائط الطبوغرافية الصخرية التي يتم الحصول عليها من أجهزة الرادار، وتقديرات معدل الذوبان، يقوم أخصائيو الهيدرولوجيا بتحفيز مسارات تدفق المياه في إطار النظير الفرعي، مما يؤدي إلى تحسين فهم ديناميات الجليد ويساعد على التنبؤ بالاستجابات للاحترار المستمر.

التحديات في جمع بيانات نظام المعلومات الجغرافية القطبي

وعلى الرغم من أن نظام المعلومات الجغرافية قد أحدث ثورة في البحوث القطبية، فإن هناك تحديات كبيرة لا تزال قائمة في جمع البيانات وتجهيزها، إذ أن البيئة القصوى تجعل العمل الميداني مكلفا ومعقدا من الناحية اللوجستية، وأحيانا خطرة، وتقتصر بعثات البحث عادة على نوافذ صيفية قصيرة عندما تكون ظروف الطقس أقل حدة، وكثيرا ما تعطل المعدات في درجات حرارة دون صفر.

ويقيد الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل الغطاء السحابي المستمر الذي يمكن أن يحجب أجهزة الاستشعار البصرية لفترات طويلة، وبالإضافة إلى ذلك، توفر المدارات القطبية تغطية مؤقتة محدودة، لا سيما بالقرب من القطبين اللذين لا يمكن أن تعمل بهما السواتل الثابتة بالنسبة للأرض بفعالية، مما يؤدي إلى ثغرات في استمرارية البيانات وفي إيجاد حل مكاني.

ويطرح تكامل البيانات تحديات أخرى، إذ أن مجموعات البيانات القطبية تأتي من من منابر متنوعة ذات قرارات مكانية مختلفة، وتنسق النظم المرجعية، والتواتر الزمني، وتستلزم مواءمة مجموعات البيانات هذه في نظام المعلومات الجغرافية إثراء الأرض، وتحويلات الإسقاط، ومراقبة الجودة، وفي أنتاركتيكا، فإن المساحات الواسعة والنائية تعني أن أقل من 1 في المائة من القارة قد تم أخذ عينات مباشرة من أجل العديد من المعايير البيئية، وفقا لما ورد في الدراسة الاستقصائية البريطانية.

وعلاوة على ذلك، فإن سرعة وتيرة التغير البيئي في المناطق القطبية تجعل الخرائط الثابتة عتيقة بسرعة، ومنابر نظم المعلومات الجغرافية الدينامية القادرة على تحديثها في الوقت القريب، ضرورية ولكنها تتطلب هياكل أساسية قوية للاتصالات الساتلية وموارد حاسوبية عالية الأداء، وفي القطب الشمالي، يمكن للتعقيدات الجيوسياسية، ومحدودية الوصول إلى مناطق معينة أن تعوق تبادل البيانات وجهود البحث التعاونية.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

إن مستقبل نظام المعلومات الجغرافية في العلوم القطبية أمر واعد، مدفوع بالتطورات التكنولوجية والتعاون الدولي المتزايد، وهناك عدة اتجاهات ناشئة ستحول كيفية رصدنا وفهمنا للمناطق القطبية.

إدماج الاستخبارات الفنية والتعلم الآتي

ويتزايد إدماج المعلومات الاستخبارية الفنية وأجهزة التحصيل الآلي في نظام المعلومات الجغرافية من أجل التشغيل الآلي لتحليل محفوظات وأجهزة الاستشعار الساتلية الواسعة، وتسمح نماذج التعلم العميق الآن بالتصنيف الآلي لأنواع الجليد، وكشف أحداث الاحترار الجليدي، وتحديد الكسور من صور الرادار بسرعة ودقة غير مسبوقة، وينتج برنامج " الطاقة " الأول من خلال التصوير العالي للجليد.

كما أن التعلم في مجال الآلات يعزز رصد الحياة البرية، إذ يمكن للتعرف الآلي على الصور أن يعد الختم والبطريق أو الحيوانات الأخرى في صور الطائرات بدون طيار أو صور السواتل، مع اقتراب الدقة من صورة الخبراء البشريين، مما يقلل كثيرا من تكاليف المسح ويتيح إجراء تقييمات سكانية متكررة.

شبكات رصد الزمن الحقيقي والتوائم الرقمية

ومن المفاهيم التي تكتسب من خلال التحولات الآخذة في الظهور إنشاء " توأم رقمي " من النماذج البائية للمناطق القطبية التي تدمج بيانات الاستشعار الحي مع محاكاة حاسوبية متوقعة لتوفير بيانات مكانية مستكملة باستمرار، وتهدف مبادرات مثل " التوأم الرقمي " في المنطقة القطبية الشمالية، كجزء من مشروع الأرض المتجهة إلى أوروبا، إلى تطوير أنماط عالية من التكوين، وبيئات حركة المرور في الوقت الحقيقي بالنسبة للشحن البحري في المنطقة القطبية الشمالية.

وتوفر مجموعات السواتل الناشئة في المدار الأرضي المنخفض، مثل ستارلينك وشبكة ويب، وصلة واسعة النطاق على شبكة الإنترنت لمراكز البحوث القطبية لأول مرة، مما يتيح نقل البيانات بسرعة وتجهيز نظم المعلومات الجغرافية القائمة على الغيوم، وتفتح هذه الربطة آفاقا جديدة للعمل الميداني عن بعد، وتقاسم البيانات في الوقت الحقيقي، ومبادرات علم المواطنين التي تشمل مجتمعات الشعوب الأصلية ومستكشفي القطب.

سواتل عالية الاستصلاح وأجهزة الاستشعار المتقدمة

وتُقدم مجموعات السواتل التجارية الجديدة التي تديرها شركات مثل مختبرات بلانيت وماكسار صورا بصرية دون مقادير ذات طابع يومي، وتُقدم فيها خدمات غير مسبوقة في الوقت المناسب وفي المكان، وتُمكِّن هذه البيانات الباحثين من رصد التغييرات التي تحدث على نطاق كل من المنحدرات الجليدية، أو على مستوى الأعمدة المميتة، أو على شكل سحابة من طراز SyntheSAT AperdeROS-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S-S

وسيؤدي دمج هذه المجموعات من البيانات ذات الاستبانة العالية في منابر نظام المعلومات الجغرافية إلى تعزيز الكشف المبكر عن التغيرات البيئية الخفيفة، مثل التخريب في قاع المحيط، أو كسر الجرف الجليدي، أو بداية الطفرة الجليدية، مما سيمكن من وضع استراتيجيات أكثر فعالية للتخفيف والتكيف.

خاتمة

إن نظام المعلومات الجغرافية أكثر بكثير من أداة لرسم الخرائط في المناطق القطبية - وهو يوفر عدسة قوية يمكن من خلالها للعلماء وواضعي السياسات والمجتمعات المحلية أن يفهموا النظم المعقدة والمترابطة التي تميز هذه البيئات الهشة، ومن رصد ديناميات الجليد إلى تتبع الحياة البرية المسببة للتوتر وتقييم آثار تغير المناخ، فإن نظام المعلومات الجغرافية يمكِّن أصحاب المصلحة من اتخاذ قرارات مستنيرة في مواجهة التحول البيئي السريع، بما أن الابتكارات التكنولوجية ستظل تقدم وأطراً تعاونيةً.