توفر تقنية الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية أدلة علمية على احتجاز الكربون في الأراضي الرطبة.

تقدير امتصاص الكربون

في دورة الكربون العالمية، تلعب النظم البيئية للأراضي الرطبة، باعتبارها نوعًا مهمًا من النظم البيئية، دورًا محوريًا في دراسة التغيرات الديناميكية في دورة الكربون وميزانية الكربون، مساهمةً بشكل كبير في التوازن الكربوني العالمي. وتُعدّ الأراضي الرطبة، على الرغم من أنها لا تشكل سوى 6% تقريبًا من مساحة اليابسة، من أهم خزانات الكربون في النظم البيئية الأرضية، إذ تحتوي على ما بين 10% و30% من إجمالي مخزون الكربون في التربة. ويمكن لمخزون الكربون فيها أن يخفف من ارتفاع نسبة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، ما يؤدي دورًا حيويًا في استقرار المناخ العالمي والحد من ظاهرة الاحتباس الحراري.

في السنوات الأخيرة، وبسبب تغير المناخ والأنشطة البشرية، تقلصت مساحات الأراضي الرطبة بشكل كبير، كما شهدت عمليات دورة الكربون الطبيعية في أنظمتها البيئية تغيرات ملحوظة. يُعدّ البحث المعمق في قدرة الأراضي الرطبة على عزل الكربون وتأثيرها على البيئة الإقليمية ذا أهمية بالغة لتحديد وظيفة عزل الكربون في النظم البيئية للأراضي الرطبة في المناطق الحساسة في ظل ظروف تغير المناخ العالمي. وفي ظل تغير المناخ العالمي، أصبح البحث في عزل الكربون وخفض الانبعاثات في النظم البيئية للأراضي الرطبة موضوعًا ذا أهمية عالمية متزايدة.

تُعدّ بلادي من بين أكثر دول العالم تنوعًا في أنواع الأراضي الرطبة، وأكبرها مساحةً، وأوسعها انتشارًا. إذ تغطي مساحة 0.65 مليار هكتار، ما يُمثّل 10% من إجمالي مساحة الأراضي الرطبة في العالم، وتحتل المرتبة الأولى في آسيا والرابعة عالميًا. وتمتلك إمكانات هائلة لعزل الكربون، إلا أن قدرة عزل الكربون تختلف اختلافًا كبيرًا بين أنواع الأراضي الرطبة المختلفة.

تُعدّ الأراضي الرطبة القصبية من أكثر أنواع الأراضي الرطبة انتشارًا في العالم، ولذا فهي تلعب دورًا هامًا في أبحاث ميزانية الكربون للأراضي الرطبة. تتناول هذه الورقة البحثية نظامًا بيئيًا للأراضي الرطبة القصبية كموضوع للدراسة، وتستخدم مزيجًا من تقديرات الانعكاس عن بُعد والاستعانة بالبيانات الميدانية لتقدير وتحليل قدرة الأراضي الرطبة على عزل الكربون بيولوجيًا، مما يوفر أساسًا علميًا لحماية موارد الأراضي الرطبة واستخدامها الرشيد، ولمواجهة تغير المناخ العالمي.

حل تقني

المسار التقني

في تقدير عزل الكربون في الأراضي الرطبة، تُعدّ صور الأقمار الصناعية متعددة الأطياف عالية الدقة المصدر الرئيسي للبيانات، مع معالجة مسبقة تشمل القياس الإشعاعي والتصحيح الهندسي. تُستخدم تقنيات موجهة نحو الكائنات لاستخراج الأراضي الرطبة المغطاة بالقصب تلقائيًا، مما يكشف عن نطاق توزيعها في منطقة الدراسة. بعد ذلك، تُعكس معلمات الاستشعار عن بُعد المتعلقة بعزل الكربون في هذه الأراضي، ويتم الحصول على خريطة التوزيع المكاني لعزل الكربون في منطقة الدراسة من خلال نموذج العكس.

المعالجة المسبقة لصور الاستشعار عن بعد

قبل استخدام صور الاستشعار عن بعد متعددة الأطياف كمصدر بيانات لاسترجاع مصارف الكربون، من الضروري إجراء عمليات مثل التصحيح الإشعاعي، والمعايرة الإشعاعية، والتصحيح الجوي، والتصحيح الإسقاطي، وتجميع الصور، والقص على البيانات.

• تصحيح الإشعاع

يُستخدم التصحيح الإشعاعي بشكل أساسي لإزالة الفروقات بين قيم القياس المستهدفة التي يحصل عليها المستشعر والكميات الفيزيائية، مثل الانبعاثية الطيفية أو الإشعاع الطيفي للهدف، والناتجة عن عوامل مثل ظروف المستشعر نفسه، والظروف الجوية، وموقع الشمس وزاويتها، وبعض التشويش الذي لا مفر منه. يتضمن التصحيح الإشعاعي جزأين رئيسيين: المعايرة الإشعاعية والتصحيح الجوي.

• معايرة الإشعاع

تُحوّل المعايرة الإشعاعية بيانات الاستشعار عن بُعد المُستلمة، والتي عادةً ما تكون قيم تدرج الرمادي للصور، إلى كميات فيزيائية فعلية (مثل قيم الإشعاع، وانعكاسية الأرض، وما إلى ذلك). والهدف الرئيسي منها هو التخلص من الأخطاء الكامنة في المستشعر نفسه وتحديد القيم الإشعاعية الدقيقة عند مدخل المستشعر. وتنقسم المعايرة الإشعاعية إلى معايرة إشعاعية مطلقة ومعايرة إشعاعية نسبية.

• تصحيح الغلاف الجوي

تتضمن عملية تصحيح الغلاف الجوي بشكل أساسي إزالة أخطاء الإشعاع الناتجة عن تأثيرات الغلاف الجوي للحصول على الانعكاسية الحقيقية للأرض. ولا يمثل إجمالي إشعاع الهدف الذي يستقبله المستشعر الأرضي في النهاية الانبعاثية السطحية الحقيقية، إذ يتأثر بعوامل مثل تشتت الهباء الجوي في الغلاف الجوي وضوء الشمس.

• معايرة الإملاء المتعامد

التصحيح الإسقاطي هو عملية تصحيح التشوهات المكانية والهندسية للصورة، وإزالة ميل الصورة وأخطاء الإسقاط، وبالتالي إخراج صورة إسقاطية متعددة المراكز.

• تجميع الصور واقتصاصها

باستخدام برنامج معالجة ENVI، تم تجميع صور الاستشعار عن بعد من نفس مصدر البيانات التي تغطي منطقة الدراسة، وتم قص الصور المجمعة وفقًا لنطاق المتجهات لمنطقة الدراسة للحصول على صورة منطقة دراسة القصب.

▲ خريطة توزيع القصب في صور الاستشعار عن بعد متعددة الأطياف

أساليب البحث

في هذه الدراسة، استُخدم نهجٌ كائني التوجه بشكل أساسي لاستخراج الأراضي الرطبة القصبية تلقائيًا من صور الاستشعار عن بُعد. قُسّمت الأراضي الرطبة إلى مناطق قصبية طبيعية ومناطق قصبية اصطناعية. استُخدمت المعلومات الطيفية لصور الاستشعار عن بُعد لعكس عوامل الاستشعار عن بُعد المتعلقة بمستودع الكربون داخل منطقة الدراسة، وقُدّر مستودع الكربون الشامل من خلال دمج معايير عوامل الاستشعار عن بُعد المتعددة.

نتائج الانعكاس عن بعد للاستشعار عن بعد

توزيع مصارف الكربون في عام 2022

تم حساب عزل الكربون في منطقة الدراسة بناءً على بيانات مسح قطع العينات. واختيرت بيانات الاستشعار عن بُعد لأشهر يناير ويونيو وسبتمبر من عام 2022. وأُجري تحليل ارتباط بين مؤشرات الغطاء النباتي (NDVI، MSAVI، RVI، SAVI، وDVI) وعزل الكربون في قطع العينات، وذلك لإنشاء نموذج انحدار أمثل لتقدير عزل الكربون في الأراضي الرطبة القصبية. وتم الحصول على التوزيع المكاني لعزل الكربون الشهري في منطقة الدراسة خلال الفصول المختلفة باستخدام نموذج تقدير الاستشعار عن بُعد، كما هو موضح في الشكل أعلاه. ويعكس هذا توزيع عزل الكربون في القصب خلال أشهر الفصول الثلاثة في عام 2022. وتتأثر قدرة القصب على عزل الكربون بشكل كبير بالعوامل الموسمية؛ فخلال فصل الربيع في يناير، تكون قدرة عزل الكربون ضعيفة، تكاد تكون معدومة؛ وخلال فصل الصيف في يونيو، تزداد قدرة عزل الكربون تدريجيًا مع نمو القصب؛ ومن سبتمبر فصاعدًا، تبدأ قدرة عزل الكربون في القصب بالضعف.

تستخدم هذه الدراسة النظم البيئية للأراضي الرطبة المغطاة بالقصب كموضوع بحثي، وتوظف مزيجًا من المسوحات الميدانية وتحليل بيانات الاستشعار عن بُعد لتقدير وتحليل قدرة هذه الأراضي على عزل الكربون. علاوة على ذلك، تتنبأ الدراسة بإمكانية امتصاص الكربون بناءً على ظروف التنمية المحلية والتنمية الاقتصادية والاجتماعية الوطنية، مما يوفر أساسًا علميًا لحماية موارد الأراضي الرطبة المغطاة بالقصب واستخدامها الرشيد، ولمواجهة تغير المناخ العالمي.