پرتاب بزرگ‌ترین رادار جهان به فضا برای اندازه‌گیری زیست‌توده جنگل‌های زمین

0 14

آژانس فضایی اروپا با همکاری ایرباس، ماهواره بیومس را برای اندازه‌گیری دقیق زیست‌توده جنگل‌های جهان پرتاب کرده است؛ این ماهواره با نفوذ به زیر پوشش گیاهی، داده‌های سه‌بعدی از ساختار داخلی جنگل‌ها، از جمله ارتفاع درختان و توپوگرافی زمین را جمع‌آوری می‌کند. هدف اصلی آن، ارزیابی ذخایر و جریان‌های کربن در خشکی‌ها است که به درک بهتر تغییرات اقلیمی کمک می‌کند که نویدبخش اطلاعات جدیدی در مورد وضعیت جنگل‌ها و تغییرات آن‌ها است.

جنگل‌ها پس از اقیانوس‌ها، دومین منبع بزرگ ذخیره کربن در جهان هستند. درک بهتر میزان کربن ذخیره شده در جنگل‌ها و تغییرات آن ناشی از عواملی مانند جنگل‌زدایی و آتش‌سوزی، به درک بهتر چرخه کربن جهانی و تاثیر آن بر تغییرات آب و هوایی کمک می‌کند. آژانس فضایی اروپا (ESA) و شرکت اروپایی ایرباس (Airbus) در حال تلاش برای نظارت بر پوشش درختی در سراسر جهان و درک میزان دقیق جذب کربن توسط جنگل‌ها است. این ماموریت از یک فناوری رادیویی جدید برای اندازه‌گیری بیومس جنگل‌ها استفاده می‌کند و به ارزیابی ذخایر و جابه‌جایی کربن زمینی کمک می‌کند.

ماهواره بیومس (Biomass) قرار است در اواخر آوریل از گویان فرانسه پرتاب شود و رکورد بزرگترین رادار فضایی نصب‌شده بر روی یک ماهواره را در اختیار خواهد داشت. این ماهواره با هدف نقشه‌برداری از جنگل‌ها و ارائه نقشه‌های بسیار دقیق از مناطق گرمسیری، معتدله و شمالی طراحی شده است. پیش‌بینی می‌شود که این رکورد با پرتاب ماهواره تصویربرداری نیسار (NISAR) توسط ایالات متحده و هند که در اواخر سال جاری به مدار می‌رود، شکسته شود.

تقریبا نیمی از جرم خشک درختان از کربن تشکیل شده است. اندازه‌گیری دقیق وزن جنگل‌ها می‌تواند میزان جذب دی‌اکسید کربن از جو را نشان دهد؛ زیرا کربن موجود در درختان از این گاز گرفته می‌شود. دانشمندان نمی‌توانند مستقیما این جرم را اندازه‌گیری کنند. برای محاسبه مقدار CO2 جذب شده توسط درخت برای به دام انداختن کربن، کافی است کربن درخت را در ۳.۶۷ ضرب کنیم. این یک محاسبه شیمیایی است. کلاوس سایپال، مدیر ماموریت بیومس، می‌گوید: «برای اندازه‌گیری زیست‌توده باید درخت را قطع و وزن کنید؛ به همین دلیل از روش‌های غیرمستقیم استفاده می‌کنیم.»

روش‌های غیرمستقیم اندازه‌گیری پوشش گیاهی شامل ترکیب نمونه‌برداری میدانی (اندازه‌گیری قطر و ارتفاع درختان) و فناوری‌های سنجش از دور مانند اسکنرهای لایدار است؛ این فناوری‌ها، که بر روی هواپیما یا پهپاد نصب می‌شوند، برای اندازه‌گیری ارتفاع تاج درختان در طول مسیر پرواز استفاده می‌شوند. این روش‌ها در آمریکای شمالی و اروپا که سامانه‌های مدیریت جنگل‌ آنها به‌خوبی توسعه یافته‌اند، عملکرد خوبی داشته‌اند.

سایپال می‌گوید: «مردم هر درختی را می‌شناسند، اندازه‌گیری‌های زیادی انجام می‌دهند [و اطلاعات زیادی از آنها در دست داریم.] بیشتر درختان جهان در مناطقی قرار دارند که به‌خوبی نقشه‌برداری نشده‌اند، مانند جنگل آمازون که کمتر از ۲۰ درصد سطح آن دقیق و میدانی بررسی شده است. در این مناطق دورافتاده و عمدتا دورازدسترس، استفاده از سامانه‌های مبتنی‌بر فضا برای سنجش زیست‌توده تنها گزینه عملی است. مشکل اینجاست که ماهواره‌هایی که ما درحال‌حاضر در مدار داریم، برای پایش درختان تجهیز نشده‌اند.»

ماهواره بیومس برای دیدن عمق جنگل‌ها از راداری با طول موج بلند بهره می‌گیرد

در تصاویر ماهواره‌ای، جنگل‌های استوایی به صورت قالی‌های سبز مخملی دیده می‌شوند؛ زیرا تنها نوک درختان از فضا قابل مشاهده است. این تصاویر اطلاعاتی در مورد ارتفاع یا ضخامت تنه‌های درختان ارائه نمی‌دهند. رادارهای نصب شده بر روی ماهواره‌هایی مانندسنتینل-۱ (Sentinel-1) از امواج رادیویی کوتاه مانند سی-باند (C-band) با طول موج بین ۳.۹ تا ۷.۵ سانتی‌متر استفاده می‌کنند که برای نفوذ به پوشش گیاهی و جمع‌آوری داده‌های مرتبط با ویژگی‌های سطح زمین به کار می‌روند، اما مستقیما ارتفاع تنه‌ها را اندازه‌گیری نمی‌کنند.

آژانس فضایی اروپا از رادار پی-باند (P-band) برای ماموریت بیومس استفاده می‌کند؛ این رادار به دلیل توانایی نفوذ در پوشش گیاهی و تشخیص ساختارهای ضخیم‌تر درختان انتخاب شده است. امواج رادیویی P-band حدود ۱۰ برابر بلندتر از امواج C-band هستند. این فناوری برای اندازه‌گیری زیست توده جنگل و پیش‌بینی تغییرات آب و هوایی بسیار مفید خواهد بود. نصب رادار P-band در ماهواره به دلیل اندازه بزرگ سامانه چالش برانگیز است.

سایپال توضیح می‌دهد: «مقیاس سامانه‌های راداری متناسب با طول موج تغییر می‌کند؛ هرچه طول موج بلندتر باشد، آنتن بزرگ‌تری نیاز است؛ بنابراین، در این پروژه به سازه‌های بزرگ‌تری نیاز است.»

مهندسان ایرباس برای قرار دادن رادار P-band در ماهواره بیومس، مجبور به ساخت بدنه ای با ابعاد ۲ در ۲ در ۴ متر شدند. آنتن رادار نیز قطری ۱۲ متری دارد و بر روی یک بازوی چند مفصلی قرار دارد که برای قرارگیری در ماهواره‌بر Vega C، مانند چتری بزرگ تا می‌شود. باز کردن کامل آنتن پس از رسیدن به مدار، چندین روز زمان می‌برد. این طراحی برای جمع آوری داده‌های SAR با دقت بالا ضروری است.

ممنوعیت استفاده از رادارهای باند P در مدار زمین

موانع استفاده از رادارهای باند P در فضا تنها به اندازه محدود نمی‌شود. به دلیل احتمال تداخل فرکانسی، نصب این سامانه‌ها در مدار زمین توسط مقررات اتحادیه بین‌المللی مخابرات (ITU) ممنوع است. برای دریافت استثنا و اجازه استفاده از این رادارها، آژانس فضایی اروپا مجبور به پذیرش محدودیت‌هایی شد، از جمله خاموش نگه‌داشتن رادار بیومس هنگام عبور از بالای آمریکای شمالی و اروپا تا تداخلی در پوشش رادارهای SOTR ایجاد نشود.

سایپال می‌گوید: «فرکانس اولیه در باند P معمولا به رادارهای ردیابی تک‌هدف (SOTR) بسیار بزرگ تخصیص می‌یابد که آمریکایی‌ها از آن برای تشخیص موشک‌های بالستیک قاره‌پیما استفاده می‌کنند و این موضوع طبیعتا برای ما مشکل‌ساز بود. واقعا ناراحت‌کننده است؛ چون این ماموریتی اروپایی است و می‌خواستیم از جنگل‌های اروپا هم داده جمع‌آوری کنیم، اما به‌جز اروپا و آمریکای شمالی سایر نقاط جهان تحت پوشش کامل این ماموریت قرار خواهند گرفت.»

ماموریت بیومس برای سنجش زیست‌توده
ماموریت بیومس برای سنجش زیست‌توده

ماموریت بیومس برای ۵ سال برنامه‌ریزی شده که ۵ ماه اول به کالیبراسیون رادار و سایر تجهیزات اختصاص دارد. پس از آن، ماهواره وارد فاز توموگرافی می‌شود تا داده‌هایی را برای ساخت نقشه‌های دقیق زیست‌توده جنگلی در مناطقی مانند هند، استرالیا، سیبری، آمریکای جنوبی و آفریقا جمع‌آوری کند. سایپال توضیح می‌دهد: «توموگرافی مثل سی‌تی‌اسکن در بیمارستان عمل می‌کند. ما از هر منطقه از زوایای مختلف تصویر می‌گیریم و درنهایت نقشه سه‌بعدی از ساختار جنگل‌ها تولید می‌کنیم.»

ماهواره بیومس قرار است نقشه‌های سه‌بعدی با وضوح یک هکتار از جنگل‌های استوایی ارائه دهد؛ این نقشه‌ها شامل اطلاعاتی از ارتفاع درختان گرفته تا ارتفاع زمین خواهند بود، داده‌هایی که تاکنون در اختیار نداشتیم. سایپال می‌گوید: «هدف علمی این ماموریت درک عمیق نقش جنگل‌ها در چرخه جهانی کربن است. تمرکز اصلی ما روی مناطق استوایی است؛ چون این جنگل‌ها هم انبوه‌ترین پوشش گیاهی را دارند هم بیشترین خطر نابودی تهدیدشان می‌کند و هم کمترین شناخت را از آنها داریم.»

باوجود چشم‌انداز بلندپروازانه ماموریت بیومس، برخی محدودیت‌ها همچنان باقی خواهند ماند. ایرنا هاینسک، استاد سنجش از دور در موسسه فناوری که در این پروژه مشارکتی ندارد، می‌گوید: «یکی از نقاط ضعف این ماموریت این است که به‌دلیل زمان‌بر بودن پوشش جهانی زیست‌توده، نمی‌توانیم تغییرات فصلی در جنگل‌ها را طی سال رصد کنیم و این ماموریت نمی‌تواند به تمام پرسش‌های ما درباره چگونگی عملکرد منابع جذب کربن پاسخ دهد.»

هاینسک می‌گوید: «در تمام برآوردهایمان از تغییرات اقلیمی، می‌دانیم چه میزان کربن در جو وجود دارد، اما اطلاعات بسیار کمی درباره مقدار کربنی که در خشکی ذخیره شده، داریم.» به گفته او، ماموریت بیومس محدودیت‌هایی دارد؛ ازجمله اینکه نمی‌تواند کربن ذخیره‌شده در خاک مناطق منجمد (Permafrost) را اندازه‌گیری کند، درحالی‌که این نواحی بخش قابل‌توجهی از کربن را در خود نگه می‌دارند.

هاینسک معتقد است داده‌های به‌دست‌آمده از این ماموریت، تحولی مهم در دانش ما از چرخه کربن ایجاد خواهند کرد، چه مقدار کربن در جنگل‌ها ذخیره شده و چه مقدار از آن به‌دلیل عواملی مانند جنگل‌زدایی یا آتش‌سوزی آزاد می‌شود و این دستاوردی بزرگ خواهد بود.

منبع digiato
با اشتراک گذاری مطلب از اسپاش حمایت کنید
https://espash.ir/?p=93516
مطالب پیشنهادی اسپاش
اشتراک در
اطلاع از
guest
0 نظرات
بازخورد (Feedback) های اینلاین
مشاهده همه دیدگاه ها