[تطبيقات الطيف الفائق] رصد البكتيريا الزرقاء في بحيرة تاي هو باستخدام القمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao)

مقدمة معلومات أساسية

تلعب تقنية الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية دورًا محوريًا في رصد جودة المياه الداخلية، إذ تُمكّن من استخلاص مؤشرات جودة المياه الرئيسية على مساحة واسعة، بسرعة نسبية، وبتكلفة منخفضة. مع ذلك، يفرض رصد جودة المياه الداخلية متطلبات عالية على هذه التقنية: فالمسطحات المائية الصغيرة تتطلب دقة مكانية عالية؛ وتغير جودة المياه السريع يستلزم دقة زمنية عالية؛ والخصائص البصرية المعقدة والمتغيرة للمسطحات المائية تتطلب دقة طيفية عالية. لذا، فإن بيانات الأقمار الصناعية التي تجمع بين الدقة المكانية والزمنية والطيفية العالية تُعدّ ذات مزايا كبيرة في رصد جودة المياه الداخلية.

الفيكوسيانين (PC) هو صبغة مشتركة شائعة في البكتيريا الزرقاء. تتركز ذروة امتصاصه في نطاق حوالي 620-650 نانومتر، لذلك سيكون هناك انخفاض موضعي في الامتصاص (أو انعكاس منخفض نسبيًا) في هذا النطاق.

عندما تتواجد أعداد كبيرة من البكتيريا الزرقاء على سطح الماء، تكون قيمة Rrs(l) منخفضة نسبيًا في نطاق الامتصاص هذا، وعادةً ما يكون الامتصاص ضئيلاً أو معدومًا على جانبي النطاق. وبناءً على مبدأ "الانخفاض الموضعي"، يمكن تحديد عمق الامتصاص باستخدام طريقة "ارتفاع الذروة/خط الأساس"، مما يجعله مؤشرًا على وجود وتركيز البكتيريا الزرقاء.

الأساليب والمبادئ

تم اختيار بيانات انعكاس سطح الأرض من القمر الصناعي Sentinel-2 L2C والقمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpei) اللذين مرا فوق المنطقة حوالي 18 يونيو 2025 لإجراء الحسابات. وكانت نسبة الغطاء السحابي أقل من 10%، وكان الطقس صافيًا قبل وبعد مرور القمرين الصناعيين فوق المنطقة.

الجدول 1. معلمات القمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpei)

الجدول 2: معلمات نطاق Sentinel-2

مؤشر الفيكوسيانين (PCI)

يُعدّ النطاق الطيفي الأمثل 620-650 نانومتر. ويتم إجراء استيفاء خطي بين 600 نانومتر و650 نانومتر كخط أساس. ثم يُستخدم الفرق بين قيمة خط الأساس عند 620 نانومتر وقيمة Rrs(620) الفعلية كمؤشر لشدة الامتصاص. وعندما يكون الفرق سالبًا (امتصاصًا)، تُستخدم القيمة المطلقة أو الإشارة المعاكسة عادةً للتعبير عن "شدة الامتصاص".

تحليل النتائج

تستخدم هذه المقارنة بيانات من القمر الصناعي Xiguang-1 05 (المعروف أيضًا باسم Tianxianpei) والقمر الصناعي Sentinel-2. وفيما يلي نتائج المقارنة:

الشكل 1. صورة مركبة من صور Sentinel-2 RGB بتاريخ 20250616

الشكل 2. تركيب RGB لنجمة شيغوانغ رقم ​​1 05 (تيانشيانبيهاو) 20250618

الشكل 3: توزيع بيانات Sentinel-2 PCI (20250616)

الشكل 4. خريطة توزيع PCI للقمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpei) 20250618

تُظهر مقارنة خرائط التوزيع المذكورة أعلاه أن اتجاهات التوزيع المكاني لصور القمر الصناعي Xiguang-1 05 (تيانشيانبي) والقمر الصناعي Sentinel-2 PCI متسقة ومتشابهة إلى حد كبير. تشهد منطقة غرب بحيرة تاي هو ازدهارًا حادًا للبكتيريا الزرقاء، يُعزى على الأرجح إلى تركيز الأنهار المتدفقة إلى البحيرة، والتي تجلب كميات كبيرة من المغذيات التي تُعزز نمو الطحالب، مما يؤدي إلى ازدهار البكتيريا الزرقاء وزيادة تركيز الكلوروفيل أ. أما منطقتا وسط وشرق بحيرة تاي هو فهما أقل تأثرًا، مما ينتج عنه جودة مياه أفضل من المنطقة الغربية. تنمو النباتات المائية في الجزء الشرقي من البحيرة، ويكون تركيز الكلوروفيل أ أقل. تُعد منطقة وسط البحيرة منطقة انتشار واسعة النطاق للازدهار؛ فبمجرد حدوث ازدهار في الصيف، فإنه يغطي مساحة كبيرة. نادرًا ما يحدث الازدهار في منطقة جنوب غرب البحيرة، ويكاد ينعدم في شرق بحيرة تاي هو، مما يشير إلى بيئة أفضل في شرق بحيرة تاي هو. توجد بعض الاختلافات في منطقة وسط البحيرة، ويرجع ذلك أساسًا إلى الاختلافات في أوقات عبور القمر الصناعي. تُظهر ازدهارات البكتيريا الزرقاء الصيفية في بحيرة تاي هو اختلافات زمنية كبيرة.

بشكل عام، يحافظ مؤشر PCI الخاص بالقمر الصناعي Xiguang-1 05 (Tianxianpeihao) على درجة عالية من الاتساق وسهولة الاستخدام مع نتائج بيانات Sentinel-2.