الأقمار الصناعية لمراقبة خزانات المياه حول العالم من الفضاء

يتم وضع معظم الأقمار الصناعية في المدار في مهمات تتراوح مدتها من 5 إلى 10 سنوات لإنجاز العديد من المهام. إحدى الوظائف العديدة للأقمار الصناعية التي تحمل مقياس الطيف التصويري متوسط ​​الدقة (MODIS) هي مراقبة خزانات المياه حول العالم. ويوجد جزء كبير من المياه العذبة في العالم في هذه الخزانات.

يعد الاستشعار عن بعد مهمًا في مراقبة المياه العالمية لأنه لا تقوم جميع البلدان بتسجيل مستويات المياه لديها بانتظام أو تختار مشاركة تلك البيانات إذا فعلت ذلك. إن البيانات الدقيقة لرصد المياه لا تساعد في إدارة الموارد المائية فحسب، بل تساعد أيضًا في اتخاذ القرارات المتعلقة بالسياسات.

وقد خدمت الأقمار الصناعية التي تحمل MODIS هذه الوظيفة على مدار الـ 24 عامًا الماضية. تم إطلاق الأقمار الصناعية التي تحمل مجموعة قياس إشعاع التصوير بالأشعة تحت الحمراء المرئية (VIIRS) التي تم إطلاقها في عام 2011، نسخة أحدث من التكنولوجيا.

مع اختلاف التقنيات قليلاً في كل مستشعر، تعد استمرارية البيانات من MODIS إلى VIIRS ذات أهمية حيوية ليس فقط للتحقق من البيانات الجديدة ولكن أيضًا للحفاظ على البيانات التاريخية .

تطوير منتج خزان المياه العالمي

تعاون طالب الدكتوراه ديب شاه، وعالم الأبحاث الدكتور شواي تشانج ومستشار هيئة التدريس الدكتور هويلين جاو، الأستاذ في قسم الهندسة المدنية والبيئية بجامعة تكساس إيه آند إم، مع وكالة ناسا في الأبحاث التي تركز على تطوير منتج خزان المياه العالمي (GWR) باستخدام الملاحظات من VIIRS، مما جعله خليفة لمقياس الطيف الإشعاعي للتصوير متوسط ​​الدقة (MODIS) الأقدم. كان الهدف الأساسي هو ضمان استمرارية البيانات بين MODIS وVIIRS.

نُشرت أعمالهم مؤخرًا في مجلة Nature الفرعية، Scientific Data .

وقال شاه: “نريد استخدام هذه الفترة المتداخلة لتحديد ما إذا كان بإمكاننا استخدام VIIRS بعد إيقاف تشغيل MODIS”، “من عام 2000 إلى عام 2012، استخدمنا ملاحظات MODIS، ومن عام 2012 إلى 2021، استخدمنا ملاحظات VIIRS. ثم قمنا بدمج البيانات من كلا المستشعرين ومقارنتها بملاحظات MODIS من 2000 إلى 2021 لمعرفة ما إذا كانت الاتجاهات ظلت ثابتة.”

في السابق، كانت الأقمار الصناعية تقيس البحيرات والخزانات فقط من حيث حجمها وحجم المياه. تقدم هذه الدراسة ممارسة قياس فقدان المياه من خلال التبخر، وتقدم صورة أكثر اكتمالا للديناميكيات المرتبطة بالموارد المائية.

تفاصيل المنطقة والارتفاع والتخزين ومعدل التبخر

كرس فريق جاو البحثي سنوات عديدة لدراسة الخزانات، مما أدى إلى توسيع نطاق أبحاثهم بشكل منهجي عن طريق إضافة المزيد من الخزانات والمزيد من المتغيرات للتوسع في دراساتهم السابقة.

يقدم العمل الأخير مجموعة بيانات تشغيلية مفتوحة الوصول توضح تفاصيل المنطقة والارتفاع والتخزين ومعدل التبخر وحجم التبخر لـ 164 خزانًا كبيرًا على مستوى العالم، بما في ذلك 151 خزانًا من صنع الإنسان و13 بحيرة طبيعية منظمة، تقدم أبحاثهم بيانات قيمة للبحوث البيئية وإدارة المياه.

وقال جاو: “استندت تطورات المنتجات هذه في الأصل إلى بحث كتبته منذ أكثر من 10 سنوات”، “على سبيل المثال، قبل 10 سنوات، كان هناك 34 خزانًا، لكننا واصلنا زيادة الأعداد والمتغيرات والدقة في هذا المنتج”.

قال تشانج، الذي ساعد ديب شاه في تطوير مجموعة البيانات، “هناك حوالي 7000 خزان على مستوى العالم، بما في ذلك الخزانات الصغيرة والكبيرة، إن الخزانات الـ 151 التي صنعها الإنسان والتي جمعنا بياناتها تستحوذ على حوالي 45-46 بالمائة من السعة العالمية.”

قال شاه إن هذا كان الهدف الأول لنيل درجة الدكتوراه، وتشمل خطواته التالية تطوير نظام لرصد الجفاف باستخدام هذه البيانات ودراسة كيفية تأثير الأنشطة البشرية على الجفاف في الخزانات.