منتج ارتفاع مظلة بدقة عالية 10 م لمدينة نانبينغ بمقاطعة فوجيان، الصين

لماذا يهم تحديد ارتفاع الأشجار من الفضاء

كم يبلغ ارتفاع الأشجار التي تحمي مناخنا ومياهنا؟ في جبال نانبينغ، مدينة غنية بالغابات في جنوب شرق الصين، يصعب الإجابة على هذا السؤال بدقة. تُظهر هذه الدراسة كيف جمع العلماء بين الأقمار الصناعية والطائرات من دون طيار وطرق حاسوبية ذكية لبناء خريطة مفصّلة لارتفاع الغابة، مما يمنح المسؤولين المحليين صورة أوضح بكثير عن كمية الكربون التي يمكن لتلك الغابات تخزينها وعن صحتها الحقيقية.

مدينة جبلية محاطة بالغابات

تقع مدينة نانبينغ في تلال محافظة فوجيان الشمالية وغالبًا ما توصف كدرع طبيعي لجنوب الصين. أكثر من ثلاثة أرباع أراضيها مغطاة بالغابات، تهيمن عليها الأشجار العريضة دائمة الخضرة مع بقع من المخروطيات المزروعة والبانيو. التضاريس شديدة الانحدار، والمناخ حار ورطب، وتعرضت المنطقة متكررًا للأعاصير والآفات وقطع الأشجار. كل ذلك يخلق رقعة من ارتفاعات الأشجار عبر المشهد ويزيد من مخاطر تآكل التربة وتدهور المواطن. ومع ذلك لا تستطيع المسوحات الميدانية التقليدية مواكبة ذلك: فهي دقيقة لكنها بطيئة ومكلِّفة وتغطي مساحات صغيرة فقط، تاركة فراغات كبيرة في المعرفة حول كيفية تغير هذه الغابات من سنة إلى أخرى.

رؤية ارتفاع الغابة من الأعلى

لسد هذه الفجوات، لجأ الفريق إلى جهاز ليزري فضائي يُدعى GEDI، الذي يطلق نبضات ضوئية من محطة الفضاء الدولية ويسجل كيف ترتد عن الأوراق والأرض. يكشف ذلك الملف العمودي للغابة، بما في ذلك ارتفاع الأشجار، عند مليارات المواقع بين نحو 50 درجة شمالًا وجنوبًا. ومع ذلك، يقوم GEDI وحده بارتكاب أخطاء منهجية، خاصة في الغابات العالية أو الكثيفة جدًا وفي الجبال الوعرة، حيث قد يقلل أو يبالغ في تقدير الارتفاع بعدة أمتار. عالج الباحثون ذلك بمزاوجة بيانات GEDI مع قياسات مفصّلة جدًا من ماسحات ليزر مثبتة على طائرات من دون طيار حلقت فوق 30 قطع عينة في نانبينغ خلال 2022 و2023. أنتجت هذه المسوحات الخرائط القريبة من الحقيقة الأرضية لارتفاع الأشجار بدقة متر واحد.

تعليم البيانات كيفية تصحيح نفسها

باستخدام قياسات الطائرات من دون طيار كمرجع موثوق، بنى العلماء نموذج معايرة لتحيّز البيانات مصممًا لتعلُّم كيف تميل قراءات GEDI إلى الخطأ تحت ظروف مختلفة. زودوا النموذج بتقديرات ارتفاع GEDI الأصلية ومعلومات محلية عن التضاريس مثل الارتفاع والانحدار والتعرض والظل المشتقة من خريطة ارتفاع عالية الدقة. تعلّم النموذج، المبني على خوارزمية الغابة العشوائية، أن يتنبأ بقيمة ارتفاع مصححة لكل أثر GEDI. بعد هذه الخطوة، تحسّن التوافق بين بيانات GEDI وبيانات الطائرات من دون طيار بشكل كبير: انخفض الخطأ النموذجي من نحو 12 مترًا إلى أقل من مترين، وتلاشت تقريبًا ظاهرة المبالغة المنهجية في التقدير، حتى في المناطق الجبلية المعقدة.

تحويل النقاط إلى خريطة شاملة

النقاط المصححة من GEDI بمفردها تغطي مسارات ضيقة فقط، لذلك كان التحدي التالي ملء الفراغات بينها. للقيام بذلك، جمع الفريق ارتفاعات GEDI المعايرة مع مجموعة غنية من الدلائل المستمدة من الأقمار الصناعية عن حالة الغطاء الغابي. استخدموا صورًا ضوئية من Sentinel-2 لالتقاط لون النباتات وخضرتها، وصور رادار من Sentinel-1 لاستشعار البنية والرطوبة، وبيانات مناخية وتغطية أرضية لتوفير سياق حول الحرارة وهطول الأمطار ونوع الغابة. من هذه المصادر بنوا اثني عشر ميزة رئيسية، بما في ذلك مؤشرات نباتية محسّنة ومقاييس نسيجية تصف مدى خشونة أو نعومة المظهر. ثم تعلّم نموذج غابة عشوائية ثانٍ كيف ترتبط هذه الميزات بارتفاع الأشجار واستخدم تلك العلاقة لتقدير الارتفاع كل 10 أمتار عبر كامل نانبينغ لكل من 2022 و2023.

ما تكشفه الخرائط الجديدة

المنتجات النهائية هي خرائط ارتفاع المظلة بدقة 10 أمتار متاحة مجانًا للمدينة بأكملها. تظهر الفحوص المستقلة بمقارنة خرائط الطائرات من دون طيار التي لم تُستخدم في التدريب أن الخرائط تلتقط ارتفاعات الأشجار الحقيقية بأخطاء تقارب ثلاثة أمتار، وهو تحسن كبير مقارنة بالمنتجات الإقليمية والعالمية السابقة. معظم غابات نانبينغ يتراوح ارتفاعها بين 10 و20 مترًا، مع عدد قليل نسبيًا من البقع التي تتجاوز 20 مترًا. بين 2022 و2023، زاد متوسط ارتفاع المظلة بحوالي 40 سنتيمترًا، زيادة متواضعة لكنها قابلة للاكتشاف ومتسقة مع النمو المستمر والتغييرات المحلية. رغم بقاء بعض عدم اليقين، خاصة في الأعالي الشاهقة وفي التضاريس الوعرة جدًا، توفر هذه الخرائط أساسًا متينًا لتقدير كتلة الغابات، وتتبع الاضطرابات، والتخطيط لإدارة غابية أكثر دقة.

ماذا يعني ذلك للناس والمناخ

للغير متخصصين، الخلاصة الأساسية هي أننا أصبحنا الآن قادرين على رؤية بنية غابات نانبينغ بتفصيل أكبر بكثير مما كان متاحًا سابقًا من خلال دمج الليزرات الفضائية والطائرات من دون طيار وصور الأقمار الصناعية. يمنح هذا العلماء والوكالات المحلية أداة أكثر وضوحًا لتقدير كمية الكربون المخزنة في هذه الغابات، ومدى فعاليتها في حماية التربة والمياه، وكيفية استجابتها للعواصف والآفات والنشاط البشري. ويمكن تطبيق نفس المنهج على مناطق جبلية غنية بالغابات الأخرى، لتحويل قياسات متناثرة إلى صور مدينة شاملة لصحة الغابات يمكن أن توجه سياسات حفظ واحتواء المناخ بشكل أذكى.

الاستشهاد: Yi, L., Yao, X., Yang, A. et al. A 10 m High-precision Canopy Height Product for Nanping City, Fujian Province, China. Sci Data 13, 710 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06767-6

الكلمات المفتاحية: ارتفاع مظلة الغابة, الاستشعار عن بعد, ليدار GEDI, نانبينغ فوجيان, تخطيط مخزون الكربون