دراسة مسارات السفن لفهم تأثيرات العادم على المناخ

طور علماء أدوات كمبيوتر لدراسة سطوع السحب البحرية غير المقصود، لفهم كيفية تحرك مسارات السفن هذه وتبددها، أنشأ العلماء نموذجًا رياضيًا لمسارات السفن ومدة استمرارها، والتي شاركوها في ورقة نُشرت مؤخرًا في علم البيانات البيئية.

قال ليندسي شاند، خبير الإحصاء في مختبرات سانديا، وقائد المشروع: “عادم السفن هو مثال على حقن الهباء الجوي في الغلاف الجوي السفلي، مما يؤثر على البيئة المحلية، وهو حدث يومي”.

وأضاف، “لقد طورنا أدوات تحليلية لفهم تأثيرات العادم على السحب من بيانات الرصد التي تم جمعها بواسطة الأقمار الصناعية، على سبيل المثال، يمكننا تحديد مسار سفينة تم تشكيله حديثًا ومتابعة تطوره لفهم كيفية تأثيره على البيئة البحرية المحلية بشكل أفضل بمرور الوقت، وجدنا أن مسارات السفن تستمر لأكثر من 24 ساعة ، أطول مما تم توثيقه سابقًا”.

تكوين غيوم المحيطات لإبطاء تغير المناخ

تعد مسارات السفن مثالًا غير مقصود على سطوع السحب البحرية، وهي مجموعة من التقنيات التي يتم النظر فيها لإبطاء تغير المناخ وتأثيراته، يعمل سطوع السحابة البحرية عن طريق تكوين غيوم محيطية تعكس بعض ضوء الشمس إلى الفضاء قبل امتصاص حرارته في الغلاف الجوي أو عن طريق سطح الأرض.

مجموعة أخرى مماثلة من تقنيات التدخل المناخي تسمى الهباء الجوي الستراتوسفير أو حقن الغاز، يتضمن ذلك إضافة جزيئات صغيرة، تسمى الهباء الجوي، أو غازات عالية في الغلاف الجوي العلوي، لمحاكاة تأثيرات ثوران بركاني كبير، لعكس بعض ضوء الشمس وتقليل تغير المناخ.

هاتان المجموعتان من التقنيات لديهما القدرة على مواجهة تأثير غازات الاحتباس الحراري، والتي تعمل عن طريق حبس الحرارة، ولكن يمكن أن يكون لها آثار جانبية سلبية.

قالت إريكا روسلر، عالمة الغلاف الجوي في سانديا والتي تشارك بشدة في المشروع، إن علماء المناخ ، في جميع أنحاء البلاد وحول العالم، يرغبون في فهم كيفية تأثير سطوع السحابة البحرية وتقنيات التدخل المناخي الأخرى على المناخ المحلي والعالمي لإعلام صناع القرار بشكل أفضل.

يأمل باحثو سانديا في فهم الآثار المحتملة لإشراق الغيوم البحرية على هطول الأمطار العالمي، والاختلافات الإقليمية في درجات الحرارة، وأكثر من ذلك قبل إجراء أي تجارب واسعة النطاق على الكوكب الذي نطلق عليه جميعًا الوطن، كما قال شاند ورويسلر.

تتبع الغيوم وتقليل عدم اليقين

كان تركيز مشروع شاند على تطوير أدوات تحليلية لفهم تشكيل وسلوكيات مسارات السفن، كان الهدف هو أن تكون قادرًا على تحديد متى تتشكل مسارات السفن ومدة استمرارها باستخدام صور الأقمار الصناعية المتاحة للجمهور ومعلومات موقع الشحن.

وقالت روسلر، إن مسارات السفن، التي تشكلت بفعل تكثف بخار الماء في الهواء حول انبعاثات السفن، تعكس ضوء الشمس. تم رصد مسارات السفن في جميع أنحاء العالم، بشكل متكرر أكثر مما كان يعتقد سابقًا، مما يوفر تجارب غير مكلفة وغير مقصودة لفريق البحث.

قال شاند: “إن فهم كيفية تأثير الهباء الجوي من السفن ومحطات الطاقة والأنشطة البشرية الأخرى على المناخ هو أحد أكبر مصادر عدم اليقين في نماذج المناخ”،”إذا تمكنا من فهم هذه التأثيرات بشكل أفضل، فيمكننا تقليل عدم اليقين في نماذج المناخ ، ونؤدي إلى تحسين عملية صنع القرار لدى صانعي السياسات.”

من خلال هذا المشروع، يمكن للفريق الآن تحديد مسار سفينة تم تشكيله حديثًا ومتابعته أثناء تحركه مع الطبقة السحابية، بينما تستمر السفينة التي أنتجتها في التحرك في اتجاه آخر، وتشكيل مقاطع مسار جديدة، كما قال شاند، هذا مهم لفهم التأثيرات طويلة المدى لعادم السفن على السحب المحيطة بشكل أفضل، وأضافت أن هذه المعرفة يمكن أن تساعد المجتمع العلمي على صقل وتحسين النماذج المناخية.

صور الأقمار الصناعية والخوارزميات المبتكرة

في هذه الدراسة، استخدم الباحثون بيانات من الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي والأقمار الصناعية البيئية التشغيلية الثابتة بالنسبة إلى الأرض التابعة لناسا، يأخذ كل قمر صناعي لقطة لمنطقة ثابتة من الأرض كل خمس إلى 15 دقيقة.

قال شاند إن كل بكسل في لقطة واحدة يمثل منطقة من 500 متر مربع إلى 2 كيلومتر مربع، أو حوالي خمس ميل مربع إلى ثلاثة أرباع ميل مربع.

ركز الفريق على صور الأقمار الصناعية من ثلاث فترات لمدة ثلاثة أيام في عام 2019 لشمال المحيط الهادئ من باجا كاليفورنيا حتى ألاسكا، كما لاحظوا مسارات السفن في جنوب المحيط الهادئ قبالة سواحل تشيلي وفي بحر الصين الشرقي من شنغهاي إلى اليابان.

قال شاند : “في الورقة، قدمنا ​​خوارزميتين جديدتين لمتابعة تشكيلات مسار السفن”، “تستخدم إحدى الخوارزميات الصور المرصودة ، وتستخدم إحدى الخوارزميات ظواهر فيزيائية، مثل سرعة الرياح واتجاهها المعروفين. تسمح لنا الخوارزميتان بتحديد المدة التي تستغرقها مسارات السفن، ولكن أداء الخوارزمية القائمة على الصورة أفضل بكثير للمسارات التي تستمر لأكثر من ثمانية ساعات، وهذا يمكننا من دراسة كيفية تبديد عادم السفن في بنك السحابة والوقت الذي يستغرقه الاختفاء عن الأنظار”.

قال شاند، إنه باستخدام الخوارزمية الجديدة القائمة على الصور، تمكن فريق البحث من متابعة سلوك مسارات السفن لأكثر من 12 ساعة وأحيانًا تصل إلى 29 ساعة،هذا أطول بكثير من معظم نماذج محاكاة الغلاف الجوي، التي تدرس مسارات السفن لمدة ست إلى ثماني ساعات، إنها أيضًا أطول من معظم موانع الطائرات الأخيرة، والتي تم إنشاؤها فوق مكان تشكل مسارات السفن، والتي يمكن أن تظل مرئية لمدة تصل إلى أربع إلى ست ساعات، في الظروف المناسبة.

لإجراء مثل هذا التحسين الكبير في الأداء، كان الفريق بحاجة إلى التغلب على تحديين رئيسيين، أولاً ، قاموا بتكييف خوارزمية تتبع الحركة لتتبع مسارات السفن منخفضة التشكيل، على ارتفاع أقل من 3000 قدم فوق سطح المحيط. تعد السحب المنخفضة أكثر صعوبة في تتبعها من السحب الأكبر والأسرع على ارتفاع يزيد عن 30000 قدم.

ثانيًا، يمكن للخوارزمية الجديدة أيضًا تتبع المسارات من خلال تغييرات الضوء الصعبة عند غروب الشمس وشروقها، قال شاند: “أحد الأشياء الرائعة حقًا في هذا المشروع هو أنه يمكننا متابعة المسار من خلال دورة يومية كاملة”.

بالإضافة إلى تتبع مسارات السفن، يجب أن تكون الخوارزميات مفيدة في دراسة أي تجارب مستقبلية متعمدة لإضاءة السحابة البحرية. يعمل الفريق على جعل خوارزمياته متاحة للباحثين الآخرين.

قال شاند إن هذا المشروع أدى إلى تعاون ومحادثات مع باحثين اتحاديين وأكاديميين، يتم توسيع الأدوات التي تم تطويرها خلال هذا المشروع كجزء من العديد من المشاريع التي بدأت العام الماضي.

قالت روسلر: “هناك مخاطر في القيام بهذا النوع من التدخلات المناخية”، “إن دور مجتمع علوم المناخ هو فهم هذه التقنيات الناشئة، ومخاطرها وفوائدها، وإبلاغ صانعي القرار بشكل أفضل في المستقبل، إذا كان التدخل المناخي ضروريًا لإنقاذ الكوكب”.

تابعنا على تطبيق نبض