عندما يلتقي رصد حبوب اللقاح بالتصوير الطيفي الفائق

مع حلول الربيع، تتجلى الأزهار الجميلة والألوان الزاهية، ولكن قد تظهر أيضاً بعض الأعراض المزعجة والحساسية. قد يكون سبب هذه الأعراض حبوب اللقاح، وهي جزيئات دقيقة تتكون من الخلايا التناسلية الذكرية للنباتات، والتي تنتشر عبر الرياح أو الحشرات أو غيرها من الحيوانات لتلقيح النباتات الأخرى. توجد حبوب اللقاح في الهواء، وقد تدخل إلى الجهاز التنفسي، مما قد يؤثر على صحتنا.

تُعد مؤشرات مراقبة تركيز حبوب اللقاح والعوامل المؤثرة فيها معقدة للغاية، فهي لا تشمل فقط تركيز حبوب اللقاح وحجم جزيئات حبوب اللقاح والمسافة من مصادر انبعاث حبوب اللقاح، ولكن تشمل أيضًا سرعة الرياح المحلية واتجاه الرياح ومدة سطوع الشمس ونوع الهطول وشدته واستقرار الغلاف الجوي.يرتبط هذا الأمر بالعوامل المناخية.

يستخدم رصد حبوب اللقاح التقليدي بشكل رئيسي المراقبة اليدويةو مراقبة الأجهزة الآليةهناك طريقتان رئيسيتان. تستخدم مكاتب الأرصاد الجوية في الغالب أجهزة الرصد.

في معظم الممارسات، تُجرى قياسات حبوب اللقاح باستخدام أجهزة أخذ عينات فيزيائية، مثل أجهزة القضبان الدوارة أو مصائد الأبواغ من نوع هيرست. تلتقط هذه الأجهزة حبوب اللقاح من الهواء ثم تحللها تحت المجهر لحساب عدد حبوب اللقاح الفردية. ورغم أن هذه العملية تُعدّ ممارسة معيارية منذ عقود، إلا أن اعتمادها على التدخل البشري يحدّ من دقتها وتغطيتها الجغرافية.

نطاق أنواع حبوب اللقاح التي يغطيها محدود:نظراً لتعدد استخدامات الطرق التقليدية، فإن بيانات مستوى حبوب اللقاح المقاسة باستخدام هذه الطرق تعاني من قيود كبيرة. ففي كثير من الحالات، تركز محطات الرصد على أنواع قليلة فقط من حبوب اللقاح، مما يؤدي إلى ثغرات في البيانات.

 قضايا التوزيع الجغرافي:تتركز محطات رصد حبوب اللقاح التقليدية في مناطق محددة، لا سيما المناطق الحضرية، بينما لا يوجد رصد في المناطق الريفية أو الضواحي. ويؤدي هذا التوزيع المحدود إلى ضعف التغطية الجغرافية.

العد اليدوي:يُعدّ العدّ اليدوي تحت المجهر عملية شاقة وعرضة للخطأ البشري. علاوة على ذلك، يعتمد هذا الأسلوب بشكل كبير على توافر الكوادر المؤهلة، مما يؤثر على الجداول الزمنية وبالتالي على موثوقية البيانات وصحتها.

تباين العينات: يؤثر موضع أجهزة جمع حبوب اللقاح بشكل كبير على القراءات. حتى تحريك الجهاز بضعة أمتار أو تغيير اتجاهه قد يُغير النتائج. تستخدم المواقع المختلفة أعمدة أو ألواحًا بأحجام مختلفة، مما يؤثر على عدد حبوب اللقاح التي يتم جمعها. قد تؤدي هذه المتغيرات إلى تباينات في البيانات التي يتم جمعها من مناطق مختلفة.

العوامل البيئية والتكنولوجية:قد تؤثر العوامل الخارجية (مثل المطر أو الرياح أو أعطال الآلات) على عملية جمع البيانات. إضافةً إلى ذلك، فإن عدم القدرة على التنبؤ بأعطال الآلات أو التأخيرات البشرية في جمع البيانات قد يؤدي إلى فقدان البيانات أو عدم دقتها.

دقة زمنية غير متسقة:تُجرى عمليات عدّ حبوب اللقاح التقليدية عادةً بشكل يومي أو أسبوعي، مما لا يوفر معلومات فورية تُذكر. وفي كثير من الحالات، لا تُبلغ محطات الرصد عن أعداد دقيقة، بل تُصدر تصنيفات عامة مثل "منخفض" أو "متوسط" أو "مرتفع" لمستويات حبوب اللقاح، وهو تصنيف قد لا يكون مفصلاً بما يكفي للأشخاص الذين يعانون من حساسية شديدة.

نطاق خاص بالموقع:تكون نطاقات عدد حبوب اللقاح أحيانًا خاصة بالموقع وقد تختلف عن المعايير الوطنية أو الدولية، مما يجعل من الصعب مقارنة مستويات حبوب اللقاح في مناطق مختلفة.

بيانات نقطية محدودة:تغطي كل محطة رصد حبوب اللقاح نقطة جغرافية صغيرة محددة. ومع ذلك، يمكن أن تنتشر حبوب اللقاح لمسافات طويلة، مما يعني أن القياسات النقطية لا يمكنها أن تأخذ في الحسبان العوامل البيئية الأوسع التي تؤثر على انتشار حبوب اللقاح.

الشكل 1. رصد حبوب اللقاح في مدينة يولين (المصدر: مكتب الأرصاد الجوية في يولين)

تستطيع تقنية التصوير الطيفي الفائق التقاط البيانات الطيفية للضوء المنعكس من السطح في نطاقات ضيقة متعددة ومتصلة، وتتميز بتغطية واسعة ومعلومات طيفية غنية. كما يمكنها رصد حبوب اللقاح من خلال تحديدها أو رصد الإشارات النباتية المرتبطة بها. 

الشكل 2. المنحنيات الطيفية لحبوب اللقاح من أشجار مختلفة.

تطلق النباتات المختلفة أنواعًا مختلفة من حبوب اللقاح خلال فترة إزهارها، وهذه... يمكن الحصول على خصائص الانعكاس الطيفي للنباتات (مثل الكلوروفيل والكاروتينات ومحتوى الماء) من خلال تحليل البيانات الطيفية الفائقة.يمكن للأقمار الصناعية رصد الإشارات الطيفية للنباتات، بالإضافة إلى بيانات الرصد الأرضية (مثل أخذ عينات حبوب اللقاح). تحديد نوع حبوب اللقاح وخصائصها الطيفية العلاقة بين العلامات。

بالإضافة إلى ذلك، يمكن دمجه مع أجهزة الاستشعار الأرضية、 صور الأقمار الصناعية للاستشعار عن بعدو شبكة استشعار عالمية خاصةتتيح وظائفها الحصول على بيانات موثوقة من مصادر متعددة. من خلال... قياس النموذج、 المعالجة والفرز تحليلتضمن كميات هائلة من البيانات من مصادر مختلفة دقة رصد النموذج.

الشكل 3. رصد حبوب لقاح الأشجار باستخدام صور الأقمار الصناعية (منطقة شيآن)