الأقمار الصناعية الكربونية: "تشم" الكربون من بعيد، وتراقب بدقة انبعاثات الكربون العالمية.

مع التطور السريع لتقنيات رصد الغلاف الجوي ونمذجته، يُعدّ تتبع انبعاثات الكربون من خلال رصد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي طريقة فعّالة لتقييم إنجازات خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. في 22 ديسمبر/كانون الأول 2016، أطلقت بلادي أول قمر صناعي تجريبي علمي لرصد ثاني أكسيد الكربون، وهو القمر الصناعي "تانسات"، لتصبح بذلك ثالث دولة في العالم تُقدّم بيانات الأقمار الصناعية الخاصة بالكربون.

مراقبة تركيزات ثاني أكسيد الكربون العالمية، مع إجراء الملاحظات والمحاكاة في وقت واحد.

يرصد قمر الكربون الصناعي، المسمى رسميًا "القمر الصناعي العالمي التجريبي لرصد ثاني أكسيد الكربون"، تركيزات ثاني أكسيد الكربون عالميًا باستخدام أساليب قياس تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. ويعتمد هذا القمر على الرصد والمحاكاة المتزامنين، بهدف معالجة تغير المناخ العالمي ورصد التوزيع العالمي لتركيزات ثاني أكسيد الكربون.

فيما يتعلق بالرصد، يمكن للاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية أن يلعب دورًا هامًا في رصد ثاني أكسيد الكربون عالميًا، نظرًا لمواقع الرصد الفريدة وأساليبه المتميزة، لا سيما في عمليات الرصد عالية الدقة ذات التغطية العالمية، حيث يمكنه رصد نطاق واسع بوضوح. أما المحاكاة، فتعتمد بشكل أساسي على نماذج النقل الجوي والحواسيب فائقة الأداء لمحاكاة عملية نقل ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ومحتواه في كل لحظة ومكان، وتتكامل مع عمليات الرصد بالأقمار الصناعية للحصول على قيمة تدفق الكربون الأقرب إلى الواقع.

بفضل نظام "الرؤية بعيدة المدى" المصمم خصيصًا، فإنه يوفر دعمًا حاسمًا للبيانات.

يوجد حاليًا بضع مئات فقط من محطات رصد ثاني أكسيد الكربون الأرضية حول العالم، وهو عدد غير كافٍ لتلبية احتياجات الرصد. وتقدم الأقمار الصناعية المتخصصة في رصد الكربون حلاً جزئيًا لهذه المشكلة، إذ يمكنها جمع بيانات رصد ثاني أكسيد الكربون على مستوى العالم.

تحديد الغازات التي هي ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي السميك المحيط بالأرض، وحتى إنشاء "خرائط ديناميكية" - تم تجهيز قمر الكربون الصيني بـ "رؤية بعيدة المدى" مصممة خصيصًا.

يحمل قمر تانسات الكربوني كاشفًا فائق الطيف وعالي الدقة المكانية لثاني أكسيد الكربون. يعمل هذا الكاشف باستخدام خطوط الامتصاص الجزيئي في نطاقات الطيف المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة لرصد تركيز ثاني أكسيد الكربون، ما يتيح مراقبة التغيرات في تركيزه في الغلاف الجوي العالمي بدقة وفي الوقت الفعلي. يدور القمر حول الأرض حوالي 14 مرة يوميًا، بعرض نطاق رصد يبلغ 20 كيلومترًا. وخلال دورانه حول قطبي الأرض، يجمع معلومات عن تركيز ثاني أكسيد الكربون العالمي، ما يُظهر بدقة كيف تُطلق الأنشطة البشرية والأنظمة الطبيعية هذا الغاز الدفيئي وتمتصه.

من خلال تحليل تسلسل تركيز العمود العالمي واستخدام سلسلة من النماذج من نظام استيعاب البيانات، يمكن استنتاج التغير العالمي في تدفق ثاني أكسيد الكربون (إجمالي كمية ثاني أكسيد الكربون التي تمر عبر وحدة مساحة لكل وحدة زمنية)، وهو أساس البيانات الأساسية لأبحاث دورة الكربون.

△ قارن البيانات التي تم الحصول عليها من قمر الكربون الصناعي،

يمكنه حساب مستويات ثاني أكسيد الكربون في مناطق مختلفة من العالم.

إلى جانب قدراته الأساسية، يحمل قمر الكربون الصناعي أداةً فعّالة أخرى، وهي جهاز تصوير متعدد الأطياف لاستقطاب السحب والهباء الجوي. يقيس هذا الجهاز معلومات إضافية كالسحب والجسيمات العالقة في الغلاف الجوي، مما يساعد العلماء على تحديد تركيزات ثاني أكسيد الكربون بدقة من خلال استبعاد العوامل المؤثرة. كما يُسهم في تحسين دقة التنبؤات الجوية، ويوفر بيانات بالغة الأهمية لدعم الأبحاث المتعلقة بأسباب تلوث الهواء، مثل الجسيمات الدقيقة PM2.5. تُحدَّث بيانات قمر الكربون الصناعي يوميًا، ويمكن للمستخدمين تخصيص البيانات العالمية وتنزيلها من القمر حسب التاريخ والمنطقة.

أول خريطة عالمية لتوزيع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من قمر صناعي صيني للكربون

△من خلال الملاحظات المتكررة،

بإمكان الأقمار الصناعية الكربونية توفير خريطة كاملة لتوزيع ثاني أكسيد الكربون على مستوى العالم.

يدور قمر الكربون، وهو قمر صناعي قياسي شبه قطبي متزامن مع الشمس، حول القطبين الشمالي والجنوبي للأرض على ارتفاع 700 كيلومتر، مُكملاً ما بين 14 و15 دورة يوميًا. ويقوم جهازه العالمي لرصد ثاني أكسيد الكربون بجمع معلومات فائقة الدقة الطيفية للغلاف الجوي للأرض ضمن دائرة نصف قطرها 20 كيلومترًا من الشرق إلى الغرب في كل دورة. وبذلك، يستطيع قمر الكربون جمع بيانات تغطي مساحة تقارب 300 كيلومتر يوميًا، أي ما يعادل (14 إلى 15) × 20 كيلومترًا. ونظرًا لأن محيط خط استواء الأرض يبلغ حوالي 40,000 كيلومتر، فمن الناحية النظرية، فإن الحصول على بيانات رصد من حوالي 140 يومًا و2000 دورة سيُمكّن من إنشاء خريطة رصد متكاملة وشاملة لثاني أكسيد الكربون تغطي العالم بأسره.

△ أول خريطة عالمية لتوزيع ثاني أكسيد الكربون من الصين، ملتقطة بواسطة قمرها الصناعي المخصص لرصد الكربون

في سبتمبر/أيلول 2017، نُشرت أول خريطة عالمية لتوزيع ثاني أكسيد الكربون، بدقة متوسطة بلغت 2.11 جزء في المليون. تُظهر الخريطة نمطًا من ارتفاع تركيزات ثاني أكسيد الكربون في نصف الكرة الشمالي وانخفاضها في نصف الكرة الجنوبي خلال فصل الربيع، نتيجةً للانبعاثات البشرية المنشأ. وبمقارنة خرائط التوزيع من أبريل/نيسان ويوليو/تموز 2017، يظهر اتجاه واضح لانخفاض تركيزات ثاني أكسيد الكربون في نصف الكرة الشمالي من الربيع إلى الصيف، مما يدل على وظيفة عزل الكربون الموسمية للنظم البيئية. كما تعكس الخريطة ارتفاع تركيزات ثاني أكسيد الكربون في المناطق التي تشهد نشاطًا بشريًا مكثفًا.

مجموعة بيانات تدفق الكربون العالمي

△مخطط توضيحي لمصادر ومصارف الكربون العالمية التي يرصدها القمر الصناعي الصيني للكربون (تانسات)

في الخامس عشر من أغسطس/آب 2021، استخدم باحثون من معهد فيزياء الغلاف الجوي التابع للأكاديمية الصينية للعلوم، ومؤسسات أخرى، نظامًا متطورًا لحساب تدفق الكربون، للحصول على أول مجموعة بيانات عالمية لتدفق الكربون من القمر الصناعي الصيني للكربون، وهو أول قمر صناعي تجريبي علمي لرصد ثاني أكسيد الكربون عالميًا في الصين. يُعد هذا إنجازًا بارزًا، إذ يُؤكد امتلاك الصين القدرة على الرصد الكمي المكاني لتوازن الكربون العالمي، لتصبح بذلك ثالث دولة في العالم، بعد اليابان والولايات المتحدة، تمتلك هذه التقنية.

يساعد الجرد العالمي على فهم تأثير الإجراءات مثل خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وعزل الكربون على اتجاهات تغير المناخ، وسيلعب الاستشعار عن بعد بالأقمار الصناعية دورًا مهمًا في المحاسبة العالمية الموحدة وغير المتحيزة للكربون.

يُعدّ قمر الصين لرصد الكربون أول قمر صناعي مخصص لرصد غازات الاحتباس الحراري في البلاد، وثالث قمر صناعي عالمي لرصد الكربون بعد اليابان والولايات المتحدة. وقد مكّن تطويره الناجح من رصد غازات الاحتباس الحراري من الفضاء بدقة عالية منذ البداية. وسيسهم تشغيله المستقر في مداره في سدّ الفجوة التكنولوجية في قدرات بلادي على رصد غازات الاحتباس الحراري. وتُعدّ إنجازاته ذات أهمية بالغة لفهم أنماط تغير الاحتباس الحراري وتوزيع انبعاثات الكربون العالمية، ولتعزيز دور بلادي الدولي في التصدي لتغير المناخ العالمي.
في المستقبل، واستناداً إلى نتائج أبحاث الأقمار الصناعية الخاصة بالكربون، ستقوم بلادي بتطوير جيل جديد من الأقمار الصناعية لمراقبة غازات الاحتباس الحراري لخدمة تحقيق الأهداف المزدوجة العالمية والوطنية المتعلقة بالكربون.

(بعض محتوى هذه المقالة مأخوذ من الإنترنت. في حال وجود أي انتهاك، يرجى الاتصال بنا لحذفه.)