إمكانيات بيانات حصّة تغطية الثلج من Sentinel-3 لتحسين المحاكاة الهيدرولوجية على المقياس الإقليمي

لماذا يهم رصد الثلج من الفضاء

في كثير من المناطق، وخصوصاً الجبلية منها، يشكّل الثلج الشتوي مخزوناً طبيعياً من المياه يطلق ذوبانه تدريجياً مياهاً إلى الأنهار والآبار والمزارع والنظم البيئية. إن التنبؤ بكمية المياه التي ستصل إلى المصبات ومواعيد وصولها أمر بالغ الأهمية لمياه الشرب، والطاقة الكهرمائية، والحماية من الفيضانات، والتخطيط لمواجهة الجفاف. تستكشف هذه الدراسة ما إذا كان نوع جديد من خرائط الثلج من أقمار Sentinel-3 الأوروبية يمكنه تحسين هذه التنبؤات على مستوى بلد كامل—النمسا—عن طريق إظهار ليس فقط أماكن وجود الثلج، بل أيضاً نسبة سطح كل بكسل المغطاة فعلياً بالثلج.

مراقبة الشتاء من المدار

تختزل خرائط الثلج التقليدية من الأقمار الصناعية العالم عادةً إلى «ثلج» أو «بلا ثلج». يوفر Sentinel-3 معلومات أكثر تفصيلاً: حصّة تغطية الثلج، أي نسبة كل بكسل من الخريطة المغطاة بالثلج. لإنشاء هذا، تسجل مجسات القمر الصناعي الضوء المنعكس عن السطح بأطياف متعددة. ثم تفصل طريقة تسمى تفكيك الطيف (spectral unmixing) الإشارة إلى مكونات من السطوح المغطاة بالثلج وتلك الخالية من الثلج مثل العشب والصخور والتربة. وبما أن هذه الطريقة تتكيف مع الإضاءة المحلية والتضاريس، فهي مفيدة بشكل خاص في الجبال الوعرة حيث تحجب الظلال والمنحدرات الحادة خربطة الأساليب الأقدم لرسم خرائط الثلج.

مقارنة بيانات الفضاء مع القياسات الميدانية

لاختبار موثوقية هذه الخرائط الجديدة، قارن الباحثون بينها وبين قراءات عمق الثلج اليومية في 631 محطة مناخية موزعة عبر وديان ومناطق هضابية في النمسا. لكل يوم بين 2017 و2023 طرحوا سؤالاً بسيطاً: هل تتفق قياسات المحطة والقمر الصناعي على وجود الثلج؟ عبر جميع المحطات والسنوات تجاوزت نسبة الاتفاق 95 في المئة، وهو مستوى يعادل أو يتفوق على منتجات أقدم مستخدمة على نطاق واسع مثل بيانات MODIS. كانت الأخطاء تميل إلى تقليل وجود الثلج قليلاً في المناطق المنخفضة خلال منتصف الشتاء، وكانت أصغر في المرتفعات. كان الغطاء السحابي—وهو دائماً تحدٍ للأقمار الصناعية البصرية—مؤثراً لكنه ظل أقل وضوحاً من منتجات ثلج سابقة، لا سيما فوق جبال الألب في فصل الشتاء.

إدخال خرائط ثلج أفضل في نماذج المياه

انتقل الفريق بعد ذلك إلى ما يهم مديري الموارد المائية: جريان الأنهار. استخدموا نموذجاً هيدرولوجياً راسخاً يتتبّع كيف تُنتج الثلوج ورطوبة التربة والمياه الجوفية الجريان السطحي عبر 188 حوض تصريف نهري، تتراوح من سهول منخفضة إلى أحواض ألبية شديدة الانحدار. شغّلوا النموذج بطريقتين مختلفتين. في الأولى، قاموا بضبطه لمطابقة قياسات جريان الأنهار فقط، كما هو شائع في الممارسة. في الثانية، ضبطوه لمطابقة كل من جريان الأنهار وحصّة تغطية الثلج من Sentinel-3. تحاول هذه المقاربة متعددة الأهداف إيجاد إعدادات نموذجية تُعيد إنتاج ما يحدث في الأنهار وعلى المنحدرات على حد سواء.

ما الذي تحسّن وأين

أدّت إضافة معلومات الثلج من الأقمار الصناعية بوضوح إلى جعل التمثيل الداخلي للنموذج للثلج أكثر واقعية. في أحواض تصريف ألبية وسهلية على حد سواء، تطابق محاكاة الثلج بيانات Sentinel-3 بشكل أفضل إلى حد كبير عندما استُخدمت بيانات الثلج أثناء المعايرة. في ما يقرب من جميع الأحواض الألبية تحسّن سلوك الثلج، رغم أن مكاسب التنبؤ بجريان الأنهار كانت متواضعة لأن أداء النموذج هناك كان جيداً بالفعل. بالمقابل، جاءت أكبر مكاسب في توقعات الجريان من الأحواض منخفضة الارتفاع. هناك، حسّنت بيانات حصّة الثلج محاكاة الجريان في أكثر من نصف الأحواض، كما دفعت بعض معاملات النموذج الرئيسية—مثل تلك التي تتحكم في سرعة ذوبان الثلج وتخزين مياه التربة—نحو قيم أكثر تماسكاً من الناحية الفيزيائية.

ما معنى هذا لتخطيط المياه في المستقبل

بعبارة بسيطة، تُظهر الدراسة أن خرائط حصّة تغطية الثلج الجديدة من Sentinel-3 دقيقة وأنها، عند دمجها مع سجلات جريان الأنهار، تساعد النماذج المائية على رسم صورة أكثر وفاءً لكيفية إمداد الأنهار بالمياه من الثلج—خصوصاً في المناطق السهلية والسبخة. ومع أن التنبؤات الجبلية كانت جيدة أساساً، فقد حسّنت بيانات الأقمار الصناعية أيضاً وصف الثلج هناك وقلّلت بعض المشكلات الطويلة الأمد في رسم الخرائط الناجمة عن السحب وظلال التضاريس. مع تغير المناخ الذي يغير أنماط تساقط الثلوج وذوبانها، سيكون توفر رؤى يومية وموثوقة لمستوى القارة من الثلج من الفضاء، مرتبطة مباشرة بنماذج الأنهار، أداة مهمة للتنبؤ بالفيضانات وإدارة الخزانات وتأمين إمدادات المياه.

الاستشهاد: Tanhapour, M., Parajka, J., Schwaizer, G. et al. Potential of Sentinel-3 snow cover fraction data for improving hydrological simulations at the regional scale. Sci Rep 16, 10588 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46403-2

الكلمات المفتاحية: مراقبة الثلج بالأقمار الصناعية, Sentinel-3, النمذجة الهيدرولوجية, جريان ذوبان الثلج, أحواض تصريف النمسا