التحيزات في قياس خضرة النباتات باستخدام صور الأقمار الصناعية

“خضرة الغطاء النباتي (غالبًا ما يتم اختصارها إلى “الخضرة”) هي مقياس لمدى كمية الغطاء النباتي في منطقة معينة.

كيف يتم قياس الخضرة؟

في الاستشعار عن بعد، يتم قياس الخضرة باستخدام مؤشرات مثل مؤشر الفرق الطبيعي للغطاء النباتي (NDVI)، الذي يقيس الفرق بين الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة المنعكسة من الغطاء النباتي. تشير قيم مؤشر الفرق الطبيعي للغطاء النباتي الأعلى إلى نمو نباتي أكثر صحة وقوة، في حين تشير القيم المنخفضة إلى قلة الغطاء النباتي أو النباتات المجهدة.

غالبًا ما تُستخدم قيم الخضرة كمقياس لإنتاجية النبات، وصحة النظام البيئي، والتغيرات في الغطاء النباتي بمرور الوقت، وغالبًا ما تكون استجابة لعوامل بيئية مثل تغير المناخ، أو استخدام الأراضي، أو التغيرات الموسمية.

الاستشعار عن بعد والخضرة والتحيز

يستطيع العلماء استخدام بيانات الاستشعار عن بعد من نطاقات صور الأقمار الصناعية لتحديد “الخضرة” في منطقة ما. ومن خلال مقارنة صور الأقمار الصناعية الملتقطة على مدار الوقت، يمكن حساب التغيرات في الغطاء النباتي في منطقة معينة.

مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي هو رقم يتراوح من -1 إلى 1، حيث تشير القيم الأعلى إلى نباتات أكثر خصوبة وصحة. غالبًا ما يستخدم العلماء أقصى قيمة لمؤشر الغطاء النباتي الطبيعي التي تم رصدها في عام واحد لتقدير مدى خضرة المنطقة. ومع ذلك، تعتمد هذه الطريقة بشكل كبير على عدد الملاحظات التي تم إجراؤها على مدار العام.

تمثل صور الأقمار الصناعية من برامج مراقبة الأرض طويلة الأمد، مثل سلسلة أقمار Landsat الصناعية، خيارات شائعة بين العلماء لإجراء قياسات مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي والخضرة.

في المناطق التي يتوفر فيها عدد أقل من الصور، وخاصة في وقت مبكر من تسجيلات Landsat، هناك خطر يتمثل في أن أقصى قيمة مسجلة لمؤشر الغطاء النباتي قد لا تلتقط ذروة موسم النمو بالكامل. ومع توفر المزيد من الصور في السنوات اللاحقة، تزداد فرص التقاط ذروة الخضرة.

نتائج دراسة التحيز نحو الخضرة

وقد بحثت دراسة نُشرت مؤخرًا في مجلة Ecography في إمكانية حدوث هذا التحيز عند مقارنة الخضرة بمرور الوقت في جبال الألب الأوروبية. واستخدم الباحثون بيانات Landsat التاريخية من عام 1984 إلى عام 2021 للتحقيق في كيفية تغير عدد عمليات الرصد عبر الأقمار الصناعية بمرور الوقت وكيف قد يؤثر هذا التغيير على تقديرات خضرة الغطاء النباتي.

وقد وجد الباحثون أنه في المناطق التي يكون فيها موسم النمو قصيرًا وعدد الرصدات عبر الأقمار الصناعية أقل، وخاصة على ارتفاعات أعلى حيث يستمر الغطاء الثلجي لفترة أطول، كانت قيم مؤشر الغطاء النباتي أكثر عرضة للتقليل من قيمتها في السنوات الأولى من تسجيلات Landsat. ومع زيادة عدد الرصدات بمرور الوقت، تحسنت فرص التقاط ذروة موسم النمو الحقيقية، مما أدى إلى ارتفاع قيم مؤشر الغطاء النباتي واحتمال المبالغة في تقدير اتجاهات الاخضرار.

على سبيل المثال، في المراعي المرتفعة في جبال الألب، يمكن أن يُعزى ما يقرب من نصف الزيادة الملحوظة في مؤشر الغطاء النباتي خلال فترة الدراسة إلى هذا التحيز، وليس إلى زيادة فعلية في الغطاء النباتي. وهذه النتيجة بالغة الأهمية لأنها تشير إلى أن بعض اتجاهات التشجير المبلغ عنها في جبال الألب والمناطق المماثلة قد تكون مبالغ فيها بسبب توافر بيانات الأقمار الصناعية بشكل متزايد بمرور الوقت.

مراعاة تحيز سلسلة الوقت لصور الأقمار الصناعية عند حساب درجة الخضرة

تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية مراعاة التغيرات في وتيرة رصد الأقمار الصناعية عند تفسير اتجاهات اخضرار الغطاء النباتي. ففي المناطق الجبلية مثل جبال الألب الأوروبية، حيث يؤدي الغطاء الثلجي ومواسم النمو القصيرة إلى تعقيد قياس ذروة الخضرة، فإن العدد المتزايد من صور الأقمار الصناعية المتاحة بمرور الوقت قد يؤدي إلى المبالغة في تقدير اتجاهات الاخضرار.

الدراسة

بايل، أ.، جاسكوين، س.، بيرنر، إل تي، وتشولر، ب. (2024). اتجاهات التشجير المعتمدة على لاندسات في النظم البيئية الجبلية تضخمت بسبب الزيادات التي حدثت على مدار عدة عقود في عمليات الرصد في الصيف. علم البيئة, غير متاح(غير متاح)، e07394. DOI: 10.1111/ecog.07394