رصد الكربون العضوي عن بعد - توفير بيانات مهمة لأبحاث المناخ البحري

يلعب دورة الكربون البحرية اليوم دورًا محوريًا في تنظيم تغير المناخ العالمي تحت تأثير ثاني أكسيد الكربون، وقد أصبحت موضوعًا رئيسيًا للبحوث الدولية. تشير الدراسات إلى أن حوالي نصف ثاني أكسيد الكربون المنبعث في الغلاف الجوي سنويًا من قِبل البشر يمتصه المحيط ويتحول إلى كربون عضوي جزيئي (POC) من خلال عملية التمثيل الضوئي للعوالق النباتية، والذي يُثبَّت بعد ذلك عن طريق الترسيب. يُعد الكربون العضوي الجزيئي مادة عضوية جزيئية تنتجها عمليات الأيض للكائنات البحرية، وإعادة تعليق الرواسب، والمدخلات الأرضية، بما في ذلك خلايا العوالق النباتية والبكتيريا والحطام العضوي، وهو الشكل الرئيسي لعزل الكربون وهجرته خارج مياه البحر. للكربون العضوي الجزيئي البحري أهمية بالغة في دورة الكربون البحرية وفي تنظيم تغير المناخ العالمي تحت تأثير ثاني أكسيد الكربون.

مراقبة الكربون العضوي البحري عن بعد

في أبحاث دورة الكربون البحرية، تُعدّ تقنية الاستشعار عن بُعد أسلوبًا بالغ الأهمية للحصول على معلومات حول الكربون العضوي الجزيئي في مياه البحر. وقد أصبح رصد الكربون العضوي الجزيئي عن بُعد ونمذجته المكانية من القضايا العلمية الهامة في المجال البحري. وتستطيع أقمار رصد لون المحيطات مراقبة الكتلة الحيوية للعوالق النباتية البحرية وإنتاجيتها الأولية على مستوى العالم. ويُعدّ تركيز الكلوروفيل وتركيز الكربون العضوي الجزيئي على سطح البحر، وهما تركيزان يتأثران بالطيف، من النتائج الروتينية لتحليل لون المحيطات. ومع التحسين المستمر لمواصفات أجهزة قياس الطيف التصويرية، ارتفعت الدقة المكانية والزمانية والطيفية لأقمار رصد لون المحيطات بشكل ملحوظ، مما يوفر دعمًا تقنيًا أفضل لعملية عكس البيانات عن بُعد.

خوارزمية عكسية للاستشعار عن بعد للكربون العضوي البحري

تشمل أهم معايير جودة المياه التي يمكن الحصول عليها حاليًا من خلال الاستشعار عن بُعد للون الماء: الكلوروفيل، والرواسب العالقة، والمواد العضوية الذائبة الملونة. ومن بين هذه المعايير، ترتبط بعض العمليات البيوجيوكيميائية للمواد العضوية الجسيمية بالكلوروفيل، والمواد العالقة، ومواد أخرى، فضلًا عن خصائص بصرية كامنة مثل معامل امتصاص الضوء ومعامل التشتت العكسي للمواد الجسيمية. وتُشكل هذه المعلومات أساسًا للاستشعار البصري عن بُعد، مما يُتيح عكس بيانات المواد العضوية الجسيمية عن بُعد.هناك نوعان من خوارزميات عكس الاستشعار عن بعد POC: أحدهما خوارزمية تجريبية تعتمد على الكميات البصرية الظاهرية، والآخر خوارزمية شبه تحليلية تعتمد على الكميات البصرية الكامنة.  

شركة شيان للبصريات والفضاء التابعة للأكاديمية الصينية للعلوم - تحويل الكربون العضوي البحري

استنادًا إلى مجموعة بيانات POC المسترجعة من بيانات الاستشعار عن بعد، يمكن تحليل أنماط التباين المكاني والزماني لتركيز POC في بحر جنوب بلدي.كما يتضح من مخطط الانعكاس، فإن قيم POC مرتفعة نسبياً على طول ساحل بحر الصين الجنوبي، وخاصة بالقرب من مضيق تايوان وبحر تشيونغهاي.  

تشير نتائج التقييم الشامل للاستشعار عن بعد لمعلمات الكربون البحري إلى أنه مع ارتفاع الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بسرعة، يزداد الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في مياه البحر أيضًا، ولكن بمعدل أقل من معدل ارتفاع الضغط الجزئي لثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.لذلك، أظهر بالوعة الكربون في المحيطات العالمية اتجاهاً متزايداً عاماً بعد عام، ولكن المناطق البحرية المختلفة لها أيضاً خصائص إقليمية مهمة.في ظل التغيرات العالمية، تتسم استجابة المضخات البيولوجية البحرية بتعقيد بالغ. فعلى الرغم من الانخفاض الملحوظ في تركيز الكلوروفيل والإنتاجية الأولية في معظم المناطق البحرية خلال العشرين عامًا الماضية، لم يُظهر انخفاض إنتاج الكربون العضوي الجزيئي اتجاهًا واضحًا، مما يشير إلى انفصال التغير بين الإنتاج الأولي والإنتاج الرأسي.

أصبح الاستشعار عن بُعد للكربون العضوي الجسيمي (POC) أداةً بالغة الأهمية لدراسة هذا الكربون في المحيطات. ويُعدّ إنشاء نموذج رصد عن بُعد أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق رصد دقيق للكربون العضوي الجسيمي. كما يُمكن للبحوث المعمقة في آلية الاستشعار البصري عن بُعد للكربون العضوي الجسيمي أن تُحسّن فهمنا لخصائصه البصرية في مختلف المناطق البحرية. ويُمثّل إنشاء نظام رصد بحري ثلاثي الأبعاد يجمع بين التوزيع السطحي والرأسي للكربون العضوي الجسيمي التوجه المستقبلي لرصد الكربون العضوي الجسيمي عن بُعد.