توسيع أبحاث الغابات باستخدام تقنية الليدار الأرضية

لماذا تهم الغابات ثلاثية الأبعاد الجميع

الغابات تقدم أكثر من مناظر خشبية ومواد بناء: فهي تخزن الكربون، وتبرد الهواء، وتؤوي الحياة البرية، وتخفف من تقلبات المناخ. ومع ذلك تظل العديد من القرارات المتعلقة بسياسة المناخ والحفاظ على الطبيعة واستخدام الأراضي تعتمد على قياسات شجرية بسيطة إلى حد ما. يشرح هذا المقال كيف أن تكنولوجيا الليدار الأرضي — الليزر الأرضي — تمنح العلماء رؤية ثلاثية الأبعاد أكثر تفصيلاً بشكل جذري للغابات، مما يساعدهم على بناء نماذج رقمية واقعية للأحراش ومتابعة كيف يعيد القطع، والحريق، وتغير المناخ تشكيلها عبر الزمن.

عيون جديدة على الغابة

لعقود، خرائط الأقمار الصناعية والطائرات صورت الغابات من الأعلى، كاشفة أين تنمو الأشجار وكيف تتغير عبر الزمن. يحوّل الليدار الأرضي منظور الرصد إلى أرض الغابة. يرسل ماسح مثبت على حامل ثلاثي قوائم نبضات ليزر سريعة ويقيس الزمن الذي تستغرقه للارتداد من الجذوع والفروع والأوراق وحتى الأخشاب المتساقطة. النتيجة سحابة نقاط كثيفة تلتقط الترتيب ثلاثي الأبعاد الدقيق للكتلة النباتية. مقارنة بقياسات الشريط الميدانية التقليدية أو الصور، تكون هذه المسوحات أسرع وأكثر تفصيلاً وأقل تحيزاً، خاصة في التضاريس الكثيفة أو غير المستوية. كما أن التقدم في الأجهزة جعل الماسحات أصغر وأرخص وأكثر سرعة، ما يفتح الباب أمام عدد أكبر من مجموعات البحث لاستخدامها.

بناء غابات رقمية

بمجرد جمع البيانات، يمكن تحويل نقاط الليدار إلى أشجار رقمية واقعية ومجموعات خشبية. تغلف الخوارزميات النقاط بأشكال بسيطة — غالباً أسطوانات قصيرة — لإعادة بناء كل فرع رئيسي فيما تُسمى نماذج البنية الكمية. في الواقع، يستطيع العلماء وزن وقياس الشجرة دون قطعها، وتقدير إجمالي خشبها وكيفية توزيع هذا الخشب من الجذع إلى القمات. تغذي هذه الأشجار الرقمية "التوائم الرقمية": نسخ حاسوبية مفصلة للغاية من الغابات يمكن استخدامها لمحاكاة كيف يتحرك الضوء عبر المظلة، وكيف تستجيب التركيب الضوئي لتغير الفصول، أو كيف تنشأ أشكال الأشجار بفعل الجينات والبيئة. هذا المستوى من الواقعية يساعد على سد الفجوة بين قطع الحقول الصغيرة وملاحظات الأقمار الصناعية العالمية.

إعادة التفكير في جرد الغابات

تحوّل تقنية الليدار الأرضي أيضاً طريقة عدنا ومراقبتنا للأشجار على نطاق أوسع. تعتمد الجردات الوطنية للغابات تقليدياً على قياس الناس لأقطار الجذوع والارتفاعات في قطع عينات. يمكن لليدار أن يوفر تلك الأرقام الأساسية بدقة السنتيمتر، بينما يلتقط في الوقت نفسه عرض التاج، حجم التاج، المساحة التي تشغلها كل شجرة، ومدى تكتل الأوراق. وبما أن كل هذا مخزن ثلاثي الأبعاد، فيمكن إعادة معالجة المسوحات القديمة بخوارزميات جديدة، ويمكن للمسوحات المتكررة أن تكشف كيف تنمو الجذوع والتيجان وحتى الفروع الدقيقة أو تتشوه بعد التخفيف أو العواصف أو الجفاف. تساعد هذه الصورة الأثرى في تحسين النماذج التي تحول حجم الشجرة إلى حجم خشب وكربون، وتكشف اختلافات مناطقية وتقنية إدارية غالباً ما كانت طرق أقدم تغفلها.

رؤية البنية والموئل والاضطراب

بعيداً عن الأشجار المفردة، يتيح الليدار للعلماء قياس كيف تملأ الأوراق والفروع الفراغ في كامل الوقفة الشجرية. يمكنهم قياس عدد الطبقات في الغابة، مدى انفتاح أو إغلاق المظلة، ومدى تعقيد البنية في الارتفاع والعرض معاً. والأنماط تظهر مرتبطة ارتباطاً وثيقاً بالتنوع البيولوجي والقدرة على الصمود. تميل المظلات المعقدة إلى دعم أنواع أكثر ويمكنها الاستمرار في إنتاج الخشب حتى مع تقدم الغابات في العمر. كما تكشف الخرائط ثلاثية الأبعاد المفصلة كيف تعيد عمليات القطع، والحريق، والتجزؤ، والعواشب الكبيرة تشكيل الغابات. أظهرت دراسات باستخدام الليدار أن الأشجار عند حواف غابات الأمازون تنمو بطريقة مختلفة وتخزن حيوية أقل، وأن ندوب القطع تظل مرئية في البنية العمودية لعقود، وأن الحرائق السطحية تقوّض الغطاء الأدنى بطرق تختلف من موقع لآخر.

التحديات والطريق إلى الأمام

على الرغم من وعودها، لا تشكل تقنية الليدار الأرضي بديلاً سحرياً للأدوات البسيطة. تظل الماسحات المتقدمة مكلفة، وقد يبطئ العمل الميداني بسبب الرياح والمطر والتضاريس الصعبة. لا تزال معالجة أحجام البيانات الهائلة تتطلب برامج وخبرات متخصصة، ومعايير دولية لكيفية المسح ومشاركة البيانات بدأت للتو في الظهور. ومع ذلك، يخفّض التقدم المستمر في الذكاء الاصطناعي، ومجموعات البيانات المشتركة، والشبكات المنسقة هذه الحواجز تدريجياً. يستنتج المؤلفون أن الليدار الأرضي أصبح بالفعل جزءاً رئيسياً من مجموعة الأدوات العالمية لفهم الغابات، مؤكداً التفصيل البنيوي اللازم لربط القياسات الميدانية والنظرية الإيكولوجية والمراقبة عبر الأقمار الصناعية — ومساعدة المجتمع على إدارة وحماية الغابات في عالم يتغير بسرعة.

الاستشهاد: Maeda, E.E., Brede, B., Calders, K. et al. Expanding forest research with terrestrial LiDAR technology. Nat Commun 16, 8853 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63946-6

الكلمات المفتاحية: ليدار أرضي, بنية الغابة, غابات رقمية, اضطراب الغابات, تخزين الكربون