رصد الضباب الدخاني في شيآن باستخدام تقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف

مع التطور الاقتصادي والتسارع في التصنيع والتوسع الحضري، أصبح تلوث الهواء مشكلة خطيرة تؤثر على صحة الناس وتنميتهم الاجتماعية والاقتصادية. في السنوات الأخيرة، استمر الضباب الدخاني في بلادي بالانتشار والتفاقم، مُظهرًا اتجاهًا متسارعًا. في عام 2013، أثر الضباب الدخاني على 25 محافظة وأكثر من 100 مدينة كبيرة ومتوسطة الحجم، حيث بلغ متوسط ​​عدد أيام الضباب الدخاني على مستوى البلاد 29.9 يومًا، وهو أعلى مستوى له منذ 52 عامًا. أصبح الضباب الدخاني ظاهرة مستمرة على مدار العام في بلادي، وقد يستمر لعقود قادمة.

تكوين ورصد الضباب الدخاني

الهباء الجوي عبارة عن أنظمة تشتت مختلطة، تتكون من جزيئات سائلة صغيرة، أو جزيئات صلبة صغيرة، أو خليط من المواد الصلبة والسائلة في حالة غروانية. وهي أنظمة متعددة الأطوار تتكون من غازات وتعلق في الوسط الغازي الجوي. أما الضباب في الضباب الدخاني فهو نظام هباء جوي يتكون من قطرات ماء دقيقة أو بلورات جليدية في الهواء.الضباب الدخاني هو نظام رذاذ يتكون من مواد غير مائية في الهواء، مثل الغبار وحمض الكبريتيك وحمض النيتريك والهيدروكربونات العضوية، مما يشكل تهديدًا خطيرًا لصحة الإنسان.غالباً ما تفشل أساليب الرصد الجوي التقليدية في رصد تكوّن الضباب وتغيراته بدقة، بينما تتميز تقنية الاستشعار عن بُعد بالأقمار الصناعية بمزايا عديدة، منها سرعة الاستجابة، والتغطية الواسعة، والدقة العالية، مما يُتيح رصد ظروف الهباء الجوي بسرعة وعلى مساحات شاسعة. ولذلك، أصبحت أداةً بالغة الأهمية لرصد الضباب على نطاق واسع.

مبادئ وأساليب الرصد عن بعد للضباب الدخاني

تركز الأبحاث والتطبيقات الحالية لتقنية الاستشعار عن بُعد في مجال الضباب الدخاني بشكل أساسي على العمق البصري للهباء الجوي، ومعامل الاستجماتيزم، والتركيب، والتوزيع الرأسي، وتقنيات إزالة الضباب الدخاني من الصور أثناء الطقس الضبابي. ومن بين هذه التقنيات، يُعد العمق البصري للهباء الجوي كمية فيزيائية تُستخدم لقياس أهم الخصائص البصرية للهباء الجوي، إذ يصف تأثيره على امتصاص الضوء. ويُعرَّف بأنه تكامل معامل امتصاص الهباء الجوي على طول مساره العمودي على اتجاه انتقال الإشعاع.

تعتمد عملية الرصد عن بعد للضباب الدخاني بشكل أساسي على بيانات الاستشعار عن بعد للحصول على بيانات مثل سمك الهباء الجوي البصري وتحليل العلاقة بين سمك الهباء الجوي البصري وتركيز الضباب الدخاني.تتضمن خوارزميات عكس سمك الهباء الجوي الأكثر نضجًا حاليًا ما يلي: طريقة الهدف المظلم القائمة على العلاقة بين قناة الأشعة تحت الحمراء المتوسطة (2.12 ميكرومتر) والقنوات الحمراء (0.66 ميكرومتر) والزرقاء (0.47 ميكرومتر)، وطريقة دالة البنية القائمة على انعكاس السطح، وطريقة عكس الهباء الجوي الاستقطابي (POLDER) القائمة على معلومات الاستقطاب، وخوارزمية الأزرق العميق القائمة على انعكاس النطاق الأزرق، وما إلى ذلك.

شركة شيان للفضاء الجوي - انعكاس تركيز الهباء الجوي في شيان

في الاستشعار البصري عن بعد، وبسبب قصر الطول الموجي، تكون انعكاسية السطح في النطاق الأزرق أقل عمومًا، بينما يكون الانعكاس والتشتت الجوي أكبر نسبيًا. لذلك، عادةً ما يتم استخلاص السماكة البصرية للهباء الجوي عن طريق عكس النطاق الأزرق.

شهدت مدينة شيآن مؤخراً انتشاراً متكرراً للضباب الدخاني، مما أثر بشكل كبير على الإنتاج الاقتصادي للمدينة وحياة سكانها. واستناداً إلى أساليب الرصد والاستشعار عن بعد المذكورة آنفاً، قام فريق شيآن للفضاء التابع للأكاديمية الصينية للعلوم برصد واستخراج بيانات سمك الهباء الجوي وتوزيع تركيزه في شيآن، وحصل على نتائج الاستخراج التالية:

شركة شيان للفضاء الجوي - انعكاس تركيز الهباء الجوي في شيان

كما يتضح من الشكل،أظهر سمك الهباء الجوي في ثلاثة أوقات مختلفة اتجاهات مختلفة، حيث كان أعلى تركيز في 27 ديسمبر وانخفاض في سمك الهباء الجوي في 3 يناير، وهو ما يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالوضع الفعلي في شيآن.  

مع التطورات التكنولوجية المتواصلة وانتشار استخدامها، ستحظى تقنية الرصد عن بُعد باهتمام متزايد في مجال تلوث الهواء. وعلى وجه الخصوص، ستتسع آفاق تطبيق هذه التقنية في رصد الضباب الدخاني. وباستخدام بيانات ونماذج الرصد عن بُعد، يمكن تقييم التغيرات المكانية والزمانية ونطاق تأثير تلوث الضباب الدخاني بشكل شامل، مما يوفر أساسًا لاتخاذ القرارات المناسبة.