أحد الدروس التي أراهن أننا يمكن أن نتذكرها جميعًا من المدرسة الابتدائية هو دورة المياه. حتى لو كنت لا تتذكر بالضبط ما تعلمته، فمن المحتمل أن يكون لديك ذكريات من نوع ما من مقاطع الفيديو أو الرسوم البيانية التي كانت ملونة ومبتكرة للغاية مما جعل اليوم يبدو أكثر متعة. بالنسبة للبعض منا (وأنا منهم) من الصعب أن ننسى بصراحة. حتى في عالم البالغين، يبدو الأمر أنيقًا وبسيطًا أن نفكر في مكونات دورة المياه الثلاثة التي، حسب التورية، تشطف وتكرر: التبخر، والتكثيف، وهطول الأمطار.
لا يمكن لكوكبنا البقاء على قيد الحياة بدون الماء، وهي المادة التي تشكل 71% من إجمالي سطح عالمنا، وتحتوي محيطاتها على ما يقرب من 97% من هذا الرقم. ومع ذلك، يمكن أن تصبح العملية معقدة للغاية عندما تختلط بالمناخ المتغير باستمرار، مدفوعًا بالنشاط البشري مثل حرق الفحم، بالإضافة إلى التأثيرات اليومية الأخرى التي نساهم بها كمجتمع. وباعتباري أحد خبراء الأرصاد الجوية، فأنا أعرف التحديات التي نواجهها عندما يتعلق الأمر بالتنبؤ بالكوارث الطبيعية المرتبطة بالمياه، بما في ذلك الفيضانات والانهيارات الأرضية وحالات الجفاف.
متعلق ب: يتتبع “مركز الغازات الدفيئة” الجديد التابع لناسا مساهمة البشرية في تغير المناخ
ولكن لكي يتمكن العلماء من تقديم تنبؤات أكثر دقة ممكنة وفهم كيفية عمل هذه الدورة بشكل أفضل، نحتاج إلى الحصول على ومراجعة النماذج التي تحتوي على أكبر قدر ممكن من البيانات عالية الدقة. ومن المفترض أيضًا أن تغطي هذه البيانات بشكل مثالي كل بوصة من الكوكب، بدءًا من أعلى قمم الجبال وصولاً إلى المياه المدفونة في أعماق الأرض.
وبفضل التمويل الذي قدمته وكالة الفضاء الأوروبية، يعمل العلماء على بناء ذلك بالضبط: توأم رقمي للأرض، وكل مياهها الجميلة، يمكن تفتيشه.
“إن محاكاة الأرض بدقة عالية أمر معقد للغاية، وبالتالي فإن الفكرة الأساسية هي التركيز أولاً على هدف محدد،” لوكا بروكا من المجلس الوطني للبحوث في إيطاليا. قال في بيان. “هذه هي الفكرة وراء ما قمنا بتطويره – دراسات حالة رقمية مزدوجة لدورة المياه الأرضية في حوض البحر الأبيض المتوسط. هدفنا هو إنشاء نظام يسمح لغير الخبراء، بما في ذلك صناع القرار والمواطنين، بإجراء عمليات محاكاة تفاعلية.”
وعمل بروكا، الذي كان المؤلف الرئيسي لمقالة متعمقة حول الدراسة، مع زملائه لإنشاء التوأم الرقمي. من خلال وجود هذا النموذج، يمكن للعلماء إدخال بيانات جديدة باستمرار لمحاكاة أفضل وأسوأ سيناريوهات الكوارث الطبيعية في بيئات مختلفة عبر كوكبنا. على سبيل المثال، من خلال تكرار الانهيار الأرضي، يمكن مراقبة المخاطر والظروف المرتبطة به كما لو كانت تحدث في الوقت الفعلي. يمكن أن يساعد هذا بشكل أكبر في الاستعداد للأحداث المدمرة المحتملة في المستقبل بناءً على ما تم تعلمه من خلال كل اختبار.
إذن كيف يتم إنشاء هذه النماذج؟
لقد تطلب الأمر الكثير من العمل من العلماء لتسخير أكبر قدر ممكن من بيانات الأقمار الصناعية، والتي تم جمعها من خلال العديد من عمليات رصد الأرض. ثم قاموا بدمج قياسات رطوبة التربة، وهطول الأمطار، وعمق الثلوج، والتبخر، وتصريف الأنهار، والتي تم التقاطها في فترات زمنية محددة، لرسم صورة واضحة لديناميات المتغيرات عبر الكوكب. وبعد ذلك، يمكن استخدام البيانات عالية الدقة للنموذج كأداة تفاعلية للعلماء.
وقال بروكا: “هذا المشروع هو مثال مثالي للتآزر بين مهمات الأقمار الصناعية المتطورة والمجتمع العلمي”. “إن مثل هذه التعاونات، إلى جانب الاستثمارات في البنى التحتية الحاسوبية، ستكون حاسمة لإدارة آثار تغير المناخ والآثار البشرية الأخرى.”
كما هو الحال مع أي نوع من النماذج، يتطلب الأمر التدريب للوصول إلى الكمال. يجب عليك البدء من مكان ما.
استخدم بروكا وزملاؤه التوأم الرقمي لوضع نموذج لوادي نهر بو في شمال إيطاليا وأجزاء أخرى من حوض البحر الأبيض المتوسط؛ لديهم خطط مستقبلية لإنشاء نماذج مماثلة في جميع أنحاء أوروبا قبل التعاون مع علماء من قارات أخرى. الهدف الرئيسي لهذا المشروع هو المساعدة في التنبؤ بالأماكن التي يمكن أن تحدث فيها الفيضانات والانهيارات الأرضية ومعرفة كيفية إدارة مواردنا المائية بشكل أفضل.
وقال بروكا: “يجب أن نبدأ بشيء نعرفه جيدًا”. “وادي نهر بو معقد للغاية – لدينا جبال الألب، ولدينا ثلوج، وهو أمر يصعب محاكاته، خاصة في التضاريس غير المنتظمة والمعقدة مثل الجبال. ثم هناك الوادي الذي يضم جميع الأنشطة البشرية – الصناعة والري. ثم نحن “لدينا نهر وأحداث متطرفة – فيضانات وجفاف. ثم انتقلنا إلى البحر الأبيض المتوسط، وهو مكان جيد للتحقيق في الأحداث المتطرفة سواء بالنسبة للكثير من المياه أو القليل منها.”
وبينما تركز نماذج الفريق على منطقة واسعة النطاق، هناك أيضًا خطط للنظر في المزيد من الدراسات المحلية. لكن في الوقت الحالي، يواصل العلماء التركيز على التحديات الأكبر والأكثر إلحاحًا في آليتهم. على سبيل المثال، ستحتاج الخوارزميات المعقدة التي طوروها إلى الاهتمام مع استمرار إضافة كميات كبيرة من البيانات؛ ويقولون إن هناك أيضًا حاجة لمزيد من عمليات المراقبة الأرضية لمواصلة التحقق من بيانات الأقمار الصناعية التي استخدموها.
قصص ذات الصلة:
– يمكن لـ “زجاج التبريد” مكافحة تغير المناخ عن طريق عكس الإشعاع الشمسي إلى الفضاء
– ستذهب المركبة الفضائية التوأم التابعة لناسا إلى أقاصي الأرض لمكافحة تغير المناخ
– إذا كان لدى الفضائيين معدات صيد الحياة الخاصة بنا، فهل يمكنهم العثور علينا؟
وفي السياق نفسه، ولمكافحة أي شكوك قد تنشأ أثناء استخدام بيانات الأقمار الصناعية، يأمل بروكا في دمج الذكاء الاصطناعي في برنامجه لحل بعض مكامن الخلل. بطريقة ما، سيكون الذكاء الاصطناعي بمثابة مجموعة إضافية من العيون، إذا كان من الممكن تدريبه بشكل جيد. كما رأينا مع استخدام الذكاء الاصطناعي في نماذج الطقس، مثل تلك المتعلقة بـ توقعات حرائق الغابات، تشمل فوائد هذا التعاون تقليل الأخطاء التي يمكن أن تحدث أحيانًا بسبب التغيرات في الظروف الجوية أثناء التقاط الصور. يمكن أن يؤدي تطبيق الذكاء الاصطناعي أيضًا إلى توفير الوقت، مما يسمح للمهندسين البشريين بالتركيز على مجالات الاهتمام الأخرى.
وقال بروكا: “إن الجهود التعاونية التي يبذلها العلماء ووكالات الفضاء وصناع القرار تعد بمستقبل توفر فيه الأرض التوأم الرقمية للهيدرولوجيا رؤى لا تقدر بثمن للإدارة المستدامة للمياه والقدرة على مواجهة الكوارث”.
ونشرت الدراسة في 5 مارس في المجلة الحدود في العلوم.