الاستشعار عن بعد وتطبيق نظم المعلومات الجغرافية في الزراعة واقتصاديات إدارة الموارد الطبيعية

إعداد: أ.د.عطية الجيار

أستاذ بمعهد بحوث الأراضي والمياه والبيئة بمركز البحوث الزراعية

إن نظم الإنتاج الزراعي معرضة بشدة للتغيرات في المناخ والتربة والتضاريس في مختلف المناطق، ومن أجل الإدارة الزراعية المستدامة يجب تحليل كل هذه العوامل على أساس مكاني وزماني. يمكن أن تكون التقنيات المتقدمة مثل الاستشعار عن بعد ونظام تحديد المواقع العالمي ونظام المعلومات الجغرافية ذات فائدة كبيرة لتقييمها وإدارتها.

تابعونا على قناة الفلاح اليوم

تابعونا على صفحة الفلاح اليوم على فيس بوك

يعد الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية من الأدوات المهمة جدا التي تحتوي على مجموعة واسعة من التطبيقات لمعالجة هذه المشكلات. ولهذه التقنيات تطبيقات متعددة في الزراعة بما في ذلك تمييز المحاصيل، ومراقبة نمو المحاصيل / اكتشاف الإجهاد، وجرد المحاصيل، وتقدير رطوبة التربة، وحساب تبخر ونتح المحاصيل، والإدارة الخاصة بالموقع / الزراعة الدقيقة، وتقدير مساحة المحاصيل والتنبؤ بالعائد.

يمكن أن تكون المعلومات الموثوقة وفي الوقت المناسب عن مساحة المحاصيل وحالة النمو وتقدير العائد مفيدة للغاية للمنتجين والمديرين ومخططي السياسات لاتخاذ قرارات تكتيكية فيما يتعلق بالأمن الغذائي والاستيراد/التصدير والأثر الاقتصادي. ويمكن توفير هذه المعلومات على المستوى الإقليمي باستخدام تقنيات الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية.

يمكن أيضا استخدام الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية بشكل فعال للغاية في تحليل استخدام الأراضي/الغطاء الأرضي بالإضافة إلى تقييم الأضرار الناجمة عن الجفاف والفيضانات وغيرها من الظواهر الجوية المتطرفة. وقد جرت محاولة في هذه الدراسة لمراجعة أحدث المعلومات وتحليلها وتقييمها فيما يتعلق بتطبيق تقنيات الاستشعار عن بعد لرصد المحاصيل وتقييم حالة المحاصيل وتقدير الغلة من أجل استدامة الزراعة والموارد الطبيعية في ظل السيناريوهات المناخية المتغيرة.

يوفر الاستشعار عن بعد ونظام المعلومات الجغرافية (GIS) فرصة وفيرة لرصد وإدارة الموارد الطبيعية بدقة متعددة الزمانية ومتعددة الأطياف والمكانية. إنها حاجة ملحة لفهم القدرات المتخصصة لمجموعة متزايدة باستمرار من مصادر الصور وتقنيات التحليل لمديري الموارد الطبيعية. في هذه المراجعة، قمنا بتجميع التطبيقات المختلفة للاستشعار عن بعد وأدوات نظم المعلومات الجغرافية التي يمكن استخدامها لإدارة الموارد الطبيعية والاقتصادية. تعتبر المعلومات مفيدة لمديري الموارد الطبيعية لفهم علماء الاستشعار عن بعد والتعاون معهم بشكل أكثر فعالية لتطوير وتطبيق علوم الاستشعار عن بعد لتحقيق أهداف الرصد.

أولاً: الاستشعار عن بعد وتطبيقات نظم المعلومات الجغرافية في الزراعة

مقدمة: في السنوات الأخيرة، تم استخدام بيانات الاستشعار عن بعد على نطاق واسع لتطبيقها في مختلف تخصصات إدارة الموارد الطبيعية. مع توفر بيانات الاستشعار عن بعد من أجهزة استشعار مختلفة لمنصات مختلفة مع نطاق واسع من الاستبانات المكانية والزمانية والإشعاعية والطيفية، فقد جعل الاستشعار عن بعد أفضل مصدر للبيانات للتطبيقات والدراسات واسعة النطاق. أصبحت البيانات الشاملة التي يوفرها الاستشعار عن بعد بمثابة بيانات مدخلة للعديد من نماذج العمليات البيئية.

إن الاستخدام المتكامل لبيانات الاستشعار عن بعد ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS) ونظم المعلومات الجغرافية سيمكن الاستشاريين ومديري الموارد الطبيعية والباحثين في الوكالات الحكومية ومنظمات الحفظ والصناعة من تطوير خطط الإدارة لمجموعة متنوعة من تطبيقات إدارة الموارد الطبيعية. إنها أداة محتملة لدراسة التغير في الغطاء الأرضي، وكثافة الغابات، والتشكل الساحلي، وحالة الشعاب المرجانية والتنوع البيولوجي للجزر حتى لو كانت تقع في مكان بعيد.

تواجه الزراعة في العالم الثالث صعوبات بسبب الحيازات الصغيرة للأراضي وعدم كفاية الموارد ونقص المعلومات التكنولوجية الزراعية. في ظل السيناريوهات المناخية المتغيرة، يحتاج التخطيط الزراعي واستخدام التقنيات الزراعية إلى معلومات دقيقة عن الأرصاد الجوية والمحاصيل والزمانية لإجراء تحليلات دقيقة للبيانات والتنبؤات وتطبيقها الفعال في قرارات التخطيط والإدارة الزراعية وجدولة الري وإدارة إجهاد المحاصيل والتأهب للكوارث واستدامة الموارد الطبيعية والنظم البيئية في مختلف المناطق.

الهدف العام للزراعة المستدامة هو تحقيق التوازن بين موارد الأراضي المتأصلة ومتطلبات المحاصيل، مع إيلاء اهتمام خاص لتحسين استخدام الموارد لتحقيق الإنتاجية المستدامة على مدى فترة طويلة. على الرغم من أن الطرق التقليدية للحصول على معلومات عن حالة الطقس ونمو المحاصيل موثوقة، إلا أنها تتطلب عمالة كثيفة وتستغرق وقتا طويلا.

مع ذلك، فقد اكتسبت تقنيات الاستشعار عن بعد (RS) ونظام المعلومات الجغرافية (GIS) مؤخرا أهمية للحصول على معلومات الأرصاد الجوية المكانية والزمانية ومعلومات حالة المحاصيل لاستكمال الطرق التقليدية. يمكن لبيانات الاستشعار عن بعد أن تساهم بشكل كبير في الرصد من خلال توفير معلومات متكررة وفي الوقت المناسب، وإجمالي، وفعالة من حيث التكلفة حول سطح الأرض.

يوفر الاستشعار عن بعد بديلا رخيصا للحصول على البيانات في مناطق جغرافية واسعة. يعد الاستشعار عن بعد إلى جانب نظم المعلومات الجغرافية مفيدا للغاية في إنشاء طبقات معلوماتية أساسية مكانية وزمانية وتوليد معلومات متكاملة قيمة من خلال تركيب طبقات أساسية مختلفة.

يمكن تطبيق هذه التكنولوجيا بنجاح في مجالات متنوعة بما في ذلك رسم خرائط السهول الفيضية، والنمذجة الهيدرولوجية، وتدفق الطاقة السطحية، والتنمية الحضرية، والتغيرات في استخدام الأراضي، ومراقبة نمو المحاصيل، واكتشاف الإجهاد. واليوم، يعد الاستشعار عن بعد أداة إدارية عملية لإدارة المحاصيل الخاصة بالموقع في الزراعة الدقيقة. ومع الأخذ في الاعتبار أهمية الاستشعار عن بعد وتكنولوجيا نظم المعلومات الجغرافية في ظل الظروف المناخية المتغيرة، والأدبيات ذات الصلة بتطبيق الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية من أجل استدامة الزراعة.

إدارة المياه الزراعية باستخدام الاستشعار عن بعد

يعد الأمن الغذائي والمائي من بين أكبر التحديات التي تواجهها العديد من البلدان. تعد إدارة المياه الزراعية أحد التطبيقات الناشئة للاستشعار عن بعد، وقد حدثت العديد من التطورات في العقدين الماضيين. وتشمل التطبيقات مراقبة استخدام المياه وتقييم أداء الري باستخدام بيانات الأقمار الصناعية.

لتحسين كفاءة استخدام المياه، من المهم للغاية مراقبة استخدام المياه على مستويات مختلفة، والأهم من ذلك على مستوى الحوض حيث يتم تخصيص المياه لقطاعات مختلفة. وغالباً ما يتم تخصيص الحصة الأكبر من المياه (حوالي 70%) للري.

ومن ثم فإن رصد الديناميكيات المكانية والزمانية لتوافر المياه والمناطق المروية واستخدام المياه على مستوى الحوض سوف يلعب دورًا كبيرًا في ضمان التخصيص المناسب للمياه بطريقة مستدامة. تفتقر العديد من البلدان النامية والمتخلفة إلى أنظمة مراقبة أرضية تتطلب صيانة عالية.

غالبا ما لا يمتلك متخصصو المياه الذين يعملون غالبًا في القطاعات غير الحكومية والحكومية في هذه البلدان المعرفة المطلوبة في تطبيق تقنيات الاستشعار عن بعد المتقدمة لاستخراج المعلومات من وحدات البكسل. وفي هذا السياق، يعد تطوير قدرات المهنيين العاملين في هذا المجال للاستفادة من التكنولوجيا الجغرافية المكانية لتطبيقها في إدارة المياه الزراعية أمرًا ذا أهمية كبيرة.

يجب تعزيز مبادرات تنمية القدرات هذه على نطاق واسع في شكل دورات قصيرة أو دورات تدريبية مصممة خصيصًا وفقًا لمفهوم “البكسل للأشخاص”. يكون تأثير مثل هذه المبادرات التعليمية أكثر وضوحًا في وقت قصير من خلال استيعاب المشاريع والشبكات الشريكة.

التطبيق في الزراعة

مقدمة: لقد كان هناك تركيز متزايد على الفائدة المحتملة من استخدام منصات الاستشعار عن بعد للحصول على تقييمات في الوقت الحقيقي للمشهد الزراعي. الزراعة الدقيقة هي نظام إنتاج يعزز ممارسات الإدارة المتغيرة داخل الحقل، وفقا لظروف الموقع. يعتمد هذا النظام على أدوات ومصادر معلومات جديدة توفرها التقنيات الحديثة. وتشمل هذه الأنظمة النظام العالمي لتحديد المواقع (GPS)، ونظم المعلومات الجغرافية (GIS)، وأجهزة مراقبة الغلة، وأجهزة استشعار التربة والنباتات والآفات، والاستشعار عن بعد، والتكنولوجيات ذات المعدلات المتغيرة لمطبقي المدخلات. لقد تم تطبيق الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية، بالاشتراك مع نظم المعلومات الجغرافية (GIS)، على نطاق واسع وتم الاعتراف به كأداة قوية وفعالة في الكشف عن استخدام الأراضي وتغير الغطاء الأرضي. فهو يوفر بيانات متعددة الأطياف والمتعددة الزمانية وفعالة من حيث التكلفة، ويحولها إلى معلومات قيمة لفهم ورصد أنماط تنمية الأراضي.

توفر تقنية نظم المعلومات الجغرافية بيئة مرنة لتخزين وتحليل وعرض البيانات الرقمية اللازمة لاكتشاف التغيير وتطوير قواعد البيانات. تم استخدام صور الأقمار الصناعية لرصد أنواع الغطاء الأرضي المنفصلة عن طريق التصنيف الطيفي أو لتقدير الخصائص الفيزيائية الحيوية لأسطح الأرض من خلال العلاقات الخطية مع الانعكاسات الطيفية.

التطبيق في علوم التربة

في الطبيعة، تكون خصائص التربة متغيرة مكانيا، لذلك يجب تقديرها كمتغير مستمر بدلا من قيم نقطية للحصول على دقة أعلى وتطبيقات واسعة. علاوة على ذلك، فإن الطريقة التقليدية لتحليل التربة وتفسيرها شاقة وتستغرق وقتًا طويلاً، وبالتالي أصبحت باهظة الثمن وأصبحت متغيراتها معترف بها على نطاق واسع باعتبارها تقنية استيفاء مكاني مهمة في قوائم جرد موارد الأراضي.

في هذا السياق، ومع تقدم نظام المعلومات الجغرافية (GIS) وتكنولوجيا الاستشعار عن بعد، تم تطوير تقنيات رسم خرائط التربة التنبؤية. يمكن إجراء قياسات نقطة الموقع لجودة التربة كتحليل انحداري باستخدام مؤشرات شاملة مشتقة من الأقمار الصناعية ويكون الارتباط مرتفعا إلى مناطق أكبر مكانيًا.

تعد الخرائط المكانية أيضا مدخلا مثاليا للنماذج الموزعة مكانيًا. الغطاء النباتي وحالة الانحدار والتآكل المستمدة من بيانات الاستشعار عن بعد لتحديد أربع فئات رئيسية لتدهور الأراضي، أي تحت المتدهورة، ومتدهورة بشكل معتدل، ومتدهورة، ومتدهورة بشدة. وبالمثل، تم استخدام الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية بنجاح في رسم خرائط الموارد الطبيعية ودراسة تصنيف التربة.

التطبيق في مراقبة الطلب على المحاصيل والري

تعتبر الزراعة المستهلك الرئيسي للمياه، حيث تستخدم أكثر من 70% من المياه العذبة في العالم. وبالتالي تلعب مياه الري دوراً هاماً في زيادة إنتاجية الأراضي. يعد التبخر والنتح على سطح الأرض (ET) أحد المكونات الرئيسية لتوازن المياه المسؤول عن فقدان المياه وهو ذو أهمية رئيسية للتطبيقات البيئية، مثل تحسين استخدام مياه الري، وأداء نظام الري، وعجز مياه المحاصيل، وما إلى ذلك.

يعد سوء توقيت الري وعدم كفاية استخدام المياه من العوامل العالمية التي تحد من الإنتاج الزراعي في العديد من المناطق الزراعية القاحلة وشبه القاحلة. وفي سياق هذه المشاكل، برزت تكنولوجيا الاستشعار عن بعد كأداة فعالة لرصد الأراضي المروية في مجموعة متنوعة من الظروف والمواقع المناخية على مدى العقود القليلة الماضية. فهو يساعد في تحديد متى وكمية الري من خلال مراقبة حالة مياه النبات، وقياس معدلات التبخر وتقدير معاملات المحاصيل. لقد كان الاستخدام الفعال للمياه السطحية ومراقبة الاستخدام الاستهلاكي للمياه باستخدام تقنيات الاستشعار عن بعد موضوعا يحظى باهتمام كبير من قبل صانعي سياسات مياه الري.

التطبيق في نمذجة المحاصيل

من الممكن الجمع بين نماذج المحاصيل والاستشعار عن بعد في طريقة تقييم متغيرات الإنتاجية من بيانات الاستشعار عن بعد لكل خطوة زمنية في عمليات محاكاة النموذج، وبالتالي فإن استخدام الاستشعار عن بعد يسمح لنا بملء معلومات النموذج المفقودة أثناء إعادة المعايرة في النطاق الميداني . بالإضافة إلى ذلك، فإن الحصول على البيانات من نماذج المحاصيل على نطاق حقلي – بالمعنى البعيد يسمح بنقل النتائج من النطاق الميداني إلى النطاق الإقليمي. وقد تم اقتراح العديد من الطرق لاستخدام بيانات الاستشعار عن بعد مع نماذج المحاصيل.

إحدى الطرق هي تقدير قيم LAI (مؤشر مساحة الورقة) عن طريق الاستشعار عن بعد لمعايرتها في نماذج المحاصيل. والطريقة الأخرى هي التقديرات المبكرة للمحصول النهائي ولكن هذه الطريقة تحتاج إلى العديد من بيانات الاستشعار عن بعد خلال موسم النمو لاستخدامها في نماذج المحاصيل. مراقبة الاستشعار عن بعد المدمجة مع نماذج المحاصيل لتوفير تقدير كمي للإجهاد من خلال أساليب الاستيعاب.

يمكن استخدام نموذج المحاصيل والتربة مع نظم المعلومات الجغرافية للكشف عن انبعاث غاز الميثان من الحقول، وبالمثل يتم استخدامه لتقدير إنتاج الغذاء العالمي وتأثيرات الاحتباس الحراري باستخدام نظم المعلومات الجغرافية ونموذج المحاصيل. هناك عدة طرق لتقليل عدم اليقين في نماذج المحاصيل باستخدام الاستشعار عن بعد. أحد الاحتمالات هو أنه يمكن استخدام صور الاستشعار عن بعد لتصنيف الحقول الزراعية وأنواع المحاصيل، وبهذه الطريقة يمكن اختيار نماذج المحاصيل لاستخدامها مع هذا التصنيف المتوافق مع بيانات مدخلات التربة. يمكن أيضا استخدام الاستشعار عن بعد لتقدير مؤشر نمو المحاصيل الذي يمكن دمجه مع نماذج المحاصيل.

التطبيق في إدارة الموارد المائية

الماء كمورد ضروري لدعم الوجود البشري. لقد انخفض توفر المياه العذبة للاستخدام البشري على مر السنين، في حين أن الطلب المتزايد على المياه يتزايد. وفي هذا السياق، هناك حاجة ملحة لرصد استخدامه والحصول على فهم أفضل لاستخدامه، مما سيوفر معلومات يمكن أن تساعد في تطوير استراتيجيات فعالة لإدارة المياه والبنية التحتية. وهذا يمكن أن يكون ذا أهمية حاسمة، لا سيما في المناطق التي تكون فيها كمية المياه المتاحة محدودة. يتطلب فهم نظام المياه المعقد اتباع نهج شامل لدمج المفاهيم والأفكار من مختلف التخصصات من أجل الإدارة المستدامة للموارد المائية. توفر الدراسة الميدانية رؤى أولية لتطوير فهم تفصيلي حول العمليات المتعددة للمياه فى دورة المياه.

مع ذلك، يتم اتخاذ القرارات السياسية على المستوى الإقليمي إلى المستوى الوطني، وبالتالي فمن الضروري إجراء دراسات ميدانية رفيعة المستوى بشكل معقول على المستوى الإقليمي أو الوطني. تُستخدم النماذج الهيدرولوجية عموما لهذا الغرض ولكنها غالبا ما تعاني من مشاكل ندرة البيانات أو نقص بيانات المدخلات عالية الجودة. وستكون تقنيات الاستشعار عن بعد أداة واعدة للتكامل مع نماذج الحصول على بيانات المدخلات المستمرة في المناطق التي تعاني من ندرة البيانات.

يوفر إطلاق العديد من أجهزة استشعار رصد الأرض (EO) من الأقمار الصناعية المتقدمة قياسات مستمرة على مستوى العالم لمختلف المكونات الهيدرولوجية التي تعد بيانات مدخلات أساسية للنمذجة الهيدرولوجية. إن فجوات البيانات الناجمة عن نقص الرصد الميداني للموارد المائية في جميع أنحاء العالم متاحة الآن باستخدام الأقمار الصناعية.

ومن ثم، يمكن لمنتجات الأقمار الصناعية والتقنيات الحسابية المتطورة لإدارة المياه أن تؤدي دورا مهما في حاضر ومستقبل الموارد المائية. يشمل الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية للتطبيقات الهيدرولوجية، على سبيل المثال لا الحصر، هطول الأمطار (القياسات العالمية لهطول الأمطار (GPM) ومهمة قياس هطول الأمطار الاستوائية (TRMM)؛ ورطوبة التربة (رطوبة التربة السلبية النشطة (SMAP) ورطوبة التربة وملوحة المحيطات (SMOS)؛ التبخرالفعلي (نظام توازن الطاقة السطحية)، ورسم خرائط التبخر مع المعايرة الداخلية (METRIC) وتوازن الطاقة السطحية للأرض (SEBAL)، ومراقبة مستوى المياه الجوفية عن طريق استعادة الجاذبية وتجربة المناخ (GRACE).

باستخدام بيانات الأقمار الصناعية ونظم المعلومات الجغرافية، يتم تحديد المسطحات المائية مثل يمكن رسم خرائط الأنهار والبحيرات والسدود والخزانات بشكل ثلاثي الأبعاد، كما يمكن إنشاء خرائط مكانية لتوافر المياه، ويمكن للجهات المعنية استخدام المعلومات لتحديد المواقع أو المناطق التي تحتاج إلى حماية وإدارة فعالة ويمكن اتخاذ القرارات بشأن الإدارة المستدامة الموارد المائية في المناطق المحددة.

التطبيق في مراقبة جودة المياه

مطلوب مراقبة منتظمة لجودة المياه لإدارة وتحسين الجودة للاستهلاك البشري كغاية. تُستخدم حاليا القياسات الموقعية والتحليل المختبري لعينات المياه لتقييم جودة المياه. على الرغم من أن هذه القياسات دقيقة بالنسبة لنقطة زمنية ومكانية، إلا أنها لا تعطي أيا منهما الرؤية المكانية أو الزمانية لنوعية المياه اللازمة لإجراء تقييم دقيق أو إدارة المسطحات المائية. علاوة على ذلك، فهي باهظة الثمن وتستغرق وقتا طويلا ولا يمكنها تلبية احتياجات الرصد الإقليمية أو الوطنية.

يمكن استخدام تقنيات الاستشعار عن بعد لمراقبة معايير جودة المياه (أي الرواسب العالقة (العكارة)، والكلوروفيل، ودرجة الحرارة). توفر أجهزة الاستشعار البصرية والحرارية الموجودة على القوارب والطائرات والأقمار الصناعية المعلومات المكانية والزمانية اللازمة لرصد التغيرات في معايير جودة المياه لتطوير ممارسات الإدارة لتحسين جودة المياه.

كما تم استخدام الاستشعار عن بعد لقياس تركيزات الكلوروفيل مكانيا وزمانيا على أساس العلاقات التجريبية مع الإشعاع أو الانعكاس. تم تطوير العلاقات التجريبية بين تركيز الرواسب العالقة والإشعاع أو الانعكاس في تاريخ وموقع محددين للتنبؤ بنوعية المياه لعدة سنوات.

إدارة الغابات وتحليل عوائل الحياة البرية

تعتبر الغابة عضوا حيويا في نظامنا البيئي؛ فهي تؤثر على حياة الإنسان بعدة طرق، على الرغم من حجمها الكبير لقد تراجعت أهمية الغابات العالمية بمعدل ينذر بالخطر. كونها موردا متجددا، والغطاء الحرجي يمكن تجديدها من خلال الإدارة المستدامة. ومن ثم، باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد وتقنيات نظم المعلومات الجغرافية، يستطيع مدير الغابة توليد معلومات تتعلق بالغطاء الحرجي؛ أنواع الغابات الموجودة في المنطقة محل الاهتمام، ومدى التعدي البشري على أراضي الغابات / المناطق المحمية، والتعدي على الظروف المشابهة للصحراء، وما إلى ذلك.

تعتبر هذه المعلومات ضرورية لتطوير خطط إدارة الغابات وفي عملية صنع القرار لضمان وضع سياسات فعالة للتحكم في الطريقة التي يمكن بها استخدام موارد الغابات وتنظيمها. ويمكن أيضا تقييم مدى ملاءمة وحالة المواقع/مناطق الغابات لنوع معين من الحياة البرية باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد باستخدام تحليل متعدد المعايير.

التطبيق في إدارة الكوارث الطبيعية

مطلوب بيانات مكانية واسعة النطاق ومتعددة الزمان لإدارة الكوارث الطبيعية مثل الفيضانات،الزلازل الأرضية والانفجارات البركانية والانهيارات الأرضية. وفي هذا السياق، يعد الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية أداة مثالية توفر معلومات حول مناطق واسعة وعلى فترات زمنية قصيرة، والتي يمكن استخدامها في مختلف مراحل إدارة الكوارث، مثل الوقاية والتأهب والإغاثة وإعادة الإعمار والإنذار المبكر والرصد. إلى جانب الاستشعار عن بعد، فإن تقنيات نظم المعلومات الجغرافية مطلوبة للتعامل مع مجموعات ضخمة من البيانات المكانية، وبالتالي اكتسبت أهمية في إدارة الكوارث.

الدراسات الفسيولوجية

تم استغلال بيانات الاستشعار عن بعد لتقدير خصائص المظلة باستخدام الأساليب التجريبية القائمة على المؤشرات الطيفية. ويمكن تقدير خصائص مختلفة مثل كثافة النبات، ومؤشر مساحة الورقة، ومحتوى الكلوروفيل وما إلى ذلك باستخدام الصور الطيفية الفائقة. بحثت هذه الدراسات في خصائص الانعكاس الطيفي للنباتات، وحددت نطاقات الموجات الطيفية الرئيسية المتعلقة بالخصائص الفسيولوجية والهيكلية المحددة للنبات، ومن ثم اشتقاق مؤشرات طيفية حساسة للنباتات لتقديرها.

تم إجراء تحليل لبيانات الاستشعار عن بعد الطيفية الفائقة غير المدمر لتقدير المحاصيل الزراعية والغابات. العديد من مؤشرات الغطاء النباتي ذات النطاق الضيق والواسع من أجل استكشاف إمكانية البيانات الطيفية الفائقة لتحسين تقدير المتغيرات الفيزيائية الحيوية وتاج المظلة وحجم التاج عند مقارنتها بالتحليلات متعددة الأطياف.

تم استغلال محتوى المعلومات الطيفية والمكانية لبيانات القمر الصناعي للتحقق من صحة نماذج انعكاس المظلة. تشجع النتائج التي تم الحصول عليها للمحاصيل قيد البحث على استخدام نماذج انعكاس المظلة في الوضع العكسي من أجل استرداد معلمات الغطاء النباتي الأخرى مثل محتوى الكلوروفيل والمادة الجافة والخصائص الهندسية للمظلة مثل متوسط زاوية ميل الورقة. يعد التقدير الدقيق لحالة مياه النبات والإجهاد المائي للنبات أمرًا ضروريًا لدمج الاستشعار عن بعد في الإدارة الزراعية والغابات الدقيقة.

لقد تم إثبات إمكانية التقدير الطيفي للخصائص الفسيولوجية للنبات على مساحات كبيرة نسبيا، والتنبؤ بحالة المياه النباتية والإجهاد المائي للنباتات بالنسبة للمحاصيل الزراعية وأنواع الغابات. أشارت هذه الدراسات إلى إمكانية استخدام المؤشرات الطيفية للغطاء النباتي المستمدة من مقاييس مختلفة لبيانات الاستشعار عن بعد لتحديد الخصائص الفسيولوجية للنبات وتحسين تقديرات الخصائص الفسيولوجية والهيكلية للنبات من البيانات الطيفية الفائقة، مما يسمح بإجراء تحليلات طيفية أكثر تفصيلاً وبالتالي تقديرات أكثر دقة.

مراقبة حالة الغطاء النباتي

يمكن أن يكون الاستشعار عن بعد للتربة والمحاصيل بديلاً جذابًا للطرق التقليدية للاستكشاف الميداني بسبب القدرة على تغطية مساحات كبيرة بسرعة وبشكل متكرر وتوفير المعلومات المكانية والزمانية اللازمة للإدارة المستدامة للتربة والمحاصيل.

إن إمكانيات الاستشعار عن بعد في الزراعة عالية جداً لقدرته على الاستدلال على التربة والغطاء النباتي كوسيلة غير مدمرة. تم تطوير العديد من المؤشرات الطيفية للغطاء النباتي (VIs) لتوصيف مظلات الغطاء النباتي. يتمثل التحدي الفكري الأكثر أهمية لعلماء البيئة والجغرافيين الحيويين في فهم الأنماط المكانية والزمانية للنباتات.

أثناء تتبع بصمة ديناميكيات الغطاء النباتي، تم وضع نموذج للعلاقة بين مقياس الإشعاع المتقدم عالي الدقة (AVHRR) / مقياس الإشعاع الطيفي للتصوير المعتدل (MODIS) NDVI وهطول الأمطار باستخدام تحليل الانحدار. أظهرت النتائج وجود علاقة عالية بين هطول الأمطار ومؤشر الغطاء النباتي للغطاء النباتي (NDVI)، مما أثبت أن مراقبة اتجاه الغطاء النباتي باستخدام RS وGIS يمكن أن تعطي إشارة دقيقة لتغير المناخ. تم حساب مخزون الكربون ضمن الفئتين وربطه بمجموعة متعددة زمنية من بيانات القمر الصناعي SPOT التي تم الحصول عليها في الأعوام 1991 و2004 و2009 بالإضافة إلى التنبؤ بالغابات لعام 2030 لمنطقة الدراسة.

الزراعة الدقيقة

تعد تكنولوجيا الاستشعار عن بعد عنصرا أساسيا في الزراعة الدقيقة ويستخدمها عدد متزايد من العلماء والمهندسين ومزارعي المحاصيل على نطاق واسع. تهدف الزراعة الدقيقة إلى خفض تكلفة الزراعة وتحسين التحكم وتحسين كفاءة استخدام الموارد من خلال المعلومات التي تتلقاها أجهزة الاستشعار المجهزة بآلات المزرعة. تعد تقنية المعدل المتغير (VRT) العنصر الأكثر تقدمًا في الزراعة الدقيقة. يتم تركيب أجهزة الاستشعار على الآلات الزراعية المتحركة التي تحتوي على جهاز كمبيوتر يوفر خرائط توصيات المدخلات وبالتالي يتحكم في تطبيق المدخلات بناءً على المعلومات الواردة من جهاز استقبال GPS.

الإجهاد الغذائي والمائي

تعد إدارة الإجهاد الغذائي والمائي أحد أهم المجالات حيث يمكننا اختيار تطبيق الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية من خلال تطبيق الزراعة الدقيقة. يمكن أن يساعد اكتشاف ضغوط المغذيات باستخدام الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية في إدارة المغذيات الخاصة بالموقع وبالتالي يمكن أن يقلل من تكلفة الزراعة بالإضافة إلى زيادة كفاءة استخدام الأسمدة. وفي المناطق شبه القاحلة والقاحلة، يمكن الاستخدام الحكيم للمياه من خلال تكييف التقنيات الدقيقة.

على سبيل المثال، يمكن استخدام الري بالتنقيط المقترن بالمعلومات المستمدة من بيانات الاستشعار عن بعد مثل الفرق في درجة حرارة هواء المظلة لزيادة كفاءة استخدام المياه عن طريق تقليل خسائر الجريان السطحي والترشيح. إن التطور في قدرات الحصول على بيانات الاستشعار عن بعد ومعالجة البيانات وتفسير عمليات الرصد الأرضية والمحمولة جوا والأقمار الصناعية قد أتاح دمج تقنيات RS وأنظمة إدارة المحاصيل لتحسين كفاءة استخدام المغذيات والمياه. وكان الانعكاس الطيفي في المنطقة المرئية أعلى في المحاصيل المجهدة مائياً منه في المحاصيل غير المجهدة. تم العثور على مؤشرات الغطاء النباتي مثل NDVI وRVI وPVI وGI أقل بالنسبة للمحاصيل المجهدة وأعلى بالنسبة للمحاصيل غير المجهدة.

انتشار الآفات

تم استخدام نهج الاستشعار عن بعد في تقييم ورصد تساقط أوراق الحشرات لربط الاختلافات في الاستجابات الطيفية لمرض الاخضرار، واصفرار الأوراق وانخفاض أوراق الشجر خلال فترة زمنية معينة على افتراض أن هذه الاختلافات يمكن ربطها وتصنيفها وتفسيرها. وقد شمل نطاق تطبيقات الاستشعار عن بعد الكشف عن تساقط الأوراق ورسم خرائط له، وتوصيف اضطرابات الأنماط وما إلى ذلك، وتوفير البيانات لنظام دعم قرارات إدارة الآفات.

كما تم الإبلاغ عن إمكانية التنبؤ وتعرض الغابات لتساقط أوراق الحشرات كأداة للإدارة في الوقت المناسب. تم الحصول على الأنواع المختلفة لمؤشرات الغطاء النباتي في صور Landsat قبل وبعد تساقط الأوراق للتمييز بين الغطاء النباتي الصحي وغير الصحي. باستخدام نهج لاندسات للكشف عن التغير الزمني المتعدد لرسم خريطة للغابات المتساقطة في كندا والتي أظهرت نتائج مماثلة مع دراسات أخرى تم إجراؤها. مدى وشدة الإصابة في ولاية فرجينيا باستخدام الصور التي حصل عليها SPOT. كما تمت دراسة تفشي تساقط أوراق الحشرات باستخدام بيانات MODIS. تمثل بيانات MODIS أداة مهمة لتساقط الأوراق المتضررة من الحشرات وتحديد مؤشرات الغطاء النباتي في مقياس الرسم.

تكنولوجيا الاستشعار عن بعد كوسيلة فعالة وغير مكلفة للتعرف على النباتات المصابة بالآفات والمريضة. واستخدموا تقنيات الاستشعار عن بعد للكشف عن آفات حشرية معينة والتمييز بين أضرار الحشرات والأمراض على الشوفان. واقترحوا أن خصائص المظلة وفروق الانعكاس الطيفي بين أضرار الإصابة بالحشرات وأضرار الإصابة بالأمراض يمكن قياسها في مظلات محاصيل الشوفان عن طريق الاستشعار عن بعد.

تحديد الحشائش وإدارتها

استنادا إلى الاختلاف في خصائص الانعكاس الطيفي للحشائش والمحاصيل، توفر تكنولوجيا الاستشعار عن بعد وسيلة لتحديد انتشار الحشائش في موقف المحاصيل وتساعد بشكل أكبر في تطوير خرائط الحشائش من خلال الكشف عن موقع الحشائش داخل الحقل الزراعي، بحيث يمكن تطبيق مبيدات الأعشاب الخاصة بالموقع/الحاجة.

نسبة الإشعاع الأعلى وقيم NDVI في القمح الصلب أو القمح النقي والحد الأدنى تحت قطع الحشائش الصلبة. وقد لوحظ أنه باستخدام نسبة الإشعاع ومؤشر NDVI، يمكن تمييز القمح النقي عن التجمعات النقية لـ Rumex spinosus التي تتجاوز 30 DAS. يمكن التمييز بين مستويات مختلفة من سكان رومكس فيما بينهم بدءًا من 60 DAS وما بعده.

إدارة الموارد المائية

في العقود الأخيرة، أصبحت ندرة الموارد المائية معروفة على المستوى العالمي والإقليمي، وبالتالي، يجب إدارتها بحكمة من خلال تطبيق أحدث التقنيات. يعد الاستشعار عن بعد أحد الأدوات الفعالة لتقييم ومراقبة الموارد المائية. وقد استخدمت هذه التكنولوجيا على نطاق واسع في تطبيقات الموارد المائية، وعلى وجه الخصوص، ظهر الاستشعار عن بعد الطيفي الفائق باعتباره الوسيلة الأكثر تعمقا لدراسة الاختلافات المكانية والطيفية والزمانية من أجل استخلاص تقديرات أكثر دقة للمعلومات المطلوبة لتطبيقات الموارد المائية. لقد أتاح ظهور الاستشعار عن بعد بالموجات الدقيقة تقييم مدى توفر رطوبة التربة من بيانات الاستشعار عن بعد.

مراقبة الفيضانات

يسمح الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية بالتحقيق في الوقت المناسب للمناطق الكبيرة ويوفر تصويرًا متكررًا للمنطقة محل الاهتمام. حتى وقت قريب، لم يكن الكشف عن الفيضانات في الوقت الفعلي تقريبا ممكنا، ولكن مع وجود أجهزة استشعار مثل Hyperion على متن القمر الصناعي EO-1، تم تحسين هذا بشكل كبير. لقد أدت تكنولوجيا المركبات الفضائية الآلية إلى تقليل الوقت اللازم لاكتشاف أحداث الفيضانات والتعامل معها في غضون ساعات قليلة. أدى التقدم في مجال الاستشعار عن بعد إلى دراسة أنظمة الإنذار المبكر ذات التطبيقات العالمية المحتملة.

تستخدم معظم الدراسات الحديثة التي أجرتها وكالة ناسا وهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية عمليات رصد الأقمار الصناعية لهطول الأمطار والأنهار والتضاريس السطحية في أنظمة الإنذار المبكر من خلال استخدام أجهزة استشعار الموجات الدقيقة عبر الأقمار الصناعية لقياس التصريف من الأنهار عن طريق قياس التغيرات في عرض الأنهار وتقديرات هطول الأمطار المستندة إلى الأقمار الصناعية لتحسين الإنذار أنظمة.

تم الكشف عن المناطق المغمورة ببيانات الأقمار الصناعية ودراسة طبقات الرطوبة في مناطق السهول الفيضية فيما يتعلق بتغيرات المياه وتراكم الرواسب والطمي لمختلف فئات استخدام الأراضي والآثار التآكلية للفيضانات. تم أيضا تقدير الرسوم البيانية للتصريف والفيضانات من المعلومات الهيدروليكية التي تم الحصول عليها من بيانات الاستشعار عن بعد. كما تم استخدام طرق التحسين لتقليل التناقضات بين عمليات المحاكاة وملاحظات حقول مدى الفيضان لتقدير تصريف النهر.

تقدير التبخر والنتح

يعد تقدير التبخر والنتح (ET) أمرا ضروريا لإدارة الموارد المائية مثل حسابات توازن المياه والطاقة، وجدولة الري، وفقدان مياه الخزان، والتنبؤ بالجريان السطحي، والأرصاد الجوية وعلم المناخ. من الممكن تقدير التباين المكاني في التبخر والنتح على مساحة واسعة باستخدام المعلومات المستشعرة عن بعد مقترنة بتوازن الطاقة السطحية. لقد ثبت أن الطاقة المنبعثة من المساحة المزروعة مفيدة في تقييم الإجهاد المائي للمحاصيل حيث أن درجة حرارة معظم أوراق النباتات تتوسطها توافر مياه التربة وتبخر ونتح المحاصيل. الجزء التبخري المقدر (EF)، والذي يُعرف بأنه نسبة ET والطاقة الإشعاعية المتاحة، وذلك باستخدام بيانات AVHRR وMODIS بنجاح. تم إجراء العديد من الدراسات باستخدام بيانات طيفية فائقة التفصيل وبيانات سطحية إضافية وبيانات جوية لتحسين تقديرات ET المكانية.

يعد توفر الماء والطاقة الإشعاعية وإزالة بخار الماء بعيدا عن السطح من العوامل الرئيسية التي تتحكم في ET. إلا أن هذه العوامل تعتمد بدورها على متغيرات أخرى مثل رطوبة التربة، ودرجة حرارة سطح الأرض، ودرجة حرارة الهواء، والغطاء النباتي، وضغط البخار، وسرعة الرياح والتي قد تختلف بين المناطق والفصول والوقت من اليوم. بشكل عام، يتم حساب هذه العوامل باستخدام مجموعة من بيانات الاستشعار عن بعد والبيانات السطحية المساعدة وبيانات الغلاف الجوي لتقدير قيم ET، وقد أدت إلى قياسات واسعة النطاق للتدفقات السطحية ومتغيرات الأرصاد الجوية والتربة.

تم تقدير ET بنجاح بناءً على امتداد معادلة Priestly-Taylor والعلاقة بين درجة حرارة السطح المستشعرة عن بعد والمؤشرات الطيفية للغطاء النباتي. وقد أدى النهج المشترك بين الاستشعار عن بعد ونمذجة العمليات إلى تحسين القدرة على التنبؤ باستهلاك المياه في الزراعة المروية، وبالتالي تحسين إدارة موارد المياه في المناطق المروية. صور Landsat7 ETM+ المدمجة والبيانات الموزعة المشتقة مثل مواعيد الزراعة وممارسات الري وخصائص التربة وعمق المياه الجوفية وجودة المياه كمدخلات في استكشاف خيارات إدارة المياه خلال موسم الجفاف. وكشفوا أنه في ظل ظروف المياه المحدودة، يمكن أن يتحسن إنتاج القمح الإقليمي بشكل أكبر إذا تم النظر في ممارسات إدارة المياه والمحاصيل في وقت واحد وليس بشكل مستقل.

سيناريوهات تغير المناخ

نظرًا لأن المناخ يتم تحديده من خلال مجموعة معقدة من التفاعلات العناصر الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية بين الغلاف الجوي والغلاف المائي والغلاف الصخري، مما يجعل فهم تغير المناخ والتنبؤ به مهمة صعبة. لقد كانت الظروف المناخية على الأرض وستتغير باستمرار. وسط التحذيرات الرهيبة من الاضطرابات المناخية الشديدة والاحتباس الحراري، ظل العلماء وصانعو السياسات يبحثون عن طرق لمعالجة تهديدات تغير المناخ. ولذلك، فمن المناسب أن نفهم التأثير الديناميكي للاضطرابات المناخية في هذه المجالات. وسيتطلب تكيف الإنسان مع مثل هذه التحديات تضافر جهود جمع البيانات والأساليب التحليلية القادرة على التقاط البيانات ومعالجتها بمعدل أسرع.

في ظل هذه الظروف، وجد الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية تطبيقات واسعة في تحليلات تغير المناخ والتكيف معه. يتيح الاستشعار عن بعد الحصول على مجموعات بيانات شاملة واسعة النطاق، في حين توفر نظم المعلومات الجغرافية وسيلة لعرض البيانات من مصادر أخرى وتراكبها ودمجها وتحليل البيانات.

إن المجموعة الكبيرة من صور الاستشعار عن بعد الماضية والحالية تجعل من الممكن تحليل النمط المكاني والزماني للعناصر البيئية وتأثير الأنشطة البشرية في العقود الماضية. ولتحليل تغير المناخ، يعد الاستشعار عن بعد أداة مطلوبة للحصول على أحدث البيانات البيئية على المستويين المحلي والشامل. يستخدم العلماء الآن أدوات الأقمار الصناعية لتحديد مواقع ومصادر ثاني أكسيد الكربون في المحيطات واليابسة.

من ناحية أخرى، تلعب نظم المعلومات الجغرافية دورًا مهمًا للغاية في المراقبة والنمذجة البيئية من أجل الجمع بين القياسات الميدانية الموزعة وبيانات الاستشعار عن بعد. إن الظواهر المناخية والأرصاد الجوية متغيرة مكانيًا بشكل طبيعي، وبالتالي تمثل نظم المعلومات الجغرافية أداة مفيدة حل لإدارة مجموعات البيانات المناخية المكانية الواسعة لعدد كبير من التطبيقات.

ديناميكيات الغلاف الجوي

ومن بين التطبيقات الأخرى، تم إطلاق أدوات الأقمار الصناعية المدنية المبكرة إلى حد كبير لتلبية احتياجات التنبؤ بالطقس. تم تصميم أقمار الأرصاد الجوية لقياس الإشعاع المنبعث والمنعكس الذي يمكن من خلاله استخلاص درجة حرارة الغلاف الجوي والرياح والرطوبة والغطاء السحابي.

يمكن استخدام الاستشعار عن بعد لتحديد الإشعاعات الجوية والانبعاثية ودرجة حرارة السطح. تم قياس المقاطع العرضية لامتصاص ثاني أكسيد النيتروجين باستخدام التجربة العالمية لرصد الأوزون (GOME)، والتي تعتبر مهمة كبيانات مرجعية دقيقة للاستشعار الجوي عن بعد لثاني أكسيد النيتروجين والغازات النزرة الثانوية الأخرى.

أجرى تقييما لسلسلة زمنية لدرجة الحرارة العالمية فوق الأرض والمحيطات باستخدام ثلاثة سجلات لدرجة حرارة السطح وسجلين لدرجة حرارة طبقة التروبوسفير السفلية استنادا إلى بيانات الموجات الدقيقة عبر الأقمار الصناعية. أظهرت جميع السلاسل الخمس اتجاهات ثابتة للاحتباس الحراري. تشير هذه النتائج إلى أنه يمكن استخدام الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية بشكل فعال لتحليل تغير المناخ العالمي / الإقليمي.

ثانياً: اقتصاديات البيئة والموارد

مقدمة: إن اقتصاديات البيئة والموارد، بحكم طبيعتها، تهتم بشكل وثيق بالفضاء. الأسئلة التي تطرحها هذه التخصصات إما بشكل صريح أو ضمني تستدعي البعد المكاني. لكن الإجابات التي تقدمها التحليلات الاقتصادية غالبا ما تكون ساذجة فيما يتعلق بإدماج هذا البعد في الدراسات. تتناول فى هذا القسم المساهمة التي قد تقدمها نظم المعلومات الجغرافية، في مساعدة خبراء البيئة والموارد على النظر في التعقيدات المكانية ضمن تحليلاتهم.

يتم تعريف نظم المعلومات الجغرافية على أنها “نظام لالتقاط وتخزين وفحص ودمج ومعالجة وتحليل وعرض البيانات ذات الإسناد المكاني إلى الأرض”. ومع ذلك، فإن استخدام مصطلح نظم المعلومات الجغرافية يمكن أن يكون مربكا. في أحد الأطراف، قد يتم استخدامه لوصف جزء من البرامج، ومن الأمثلة على ذلك Arc-Info، أو MapInfo، أو SPANS. وعلى الجانب الآخر، يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية أحيانا للإشارة إلى الأنظمة التشغيلية المصممة لدعم أنشطة مثل إدارة حركة المرور أو رسم الخرائط الآلي. في سياق بيئة البحث، عادةً ما يكون الوصف السابق أكثر ملاءمة، ويُؤخذ المصطلح عادةً ليشمل تطبيقًا برمجيًا تم تطويره تجاريا، إلى جانب البيانات وأجهزة الكمبيوتر المستخدمة لتشغيله.

التحليل المكاني ودور نظم المعلومات الجغرافية في الاقتصاد البيئي

لقد تم اكتشاف الفضاء، باعتباره مفهوما أساسيا يقوم عليه الكثير من علم الاقتصاد، وأعيد اكتشافه بشكل متكرر في الاقتصاد السائد. في مجالات اقتصاديات البيئة والموارد، لعب الفضاء، في شكل المسافة، دورا رئيسيا منذ فترة طويلة في تحليلات الطلب الترفيهي لتكلفة السفر والنماذج الممتعة لأسعار العقارات، وبدأ يلعب دورا أكثر رسمية في بعض تطبيقات الموارد.

نناقش في هذا القسم كيف بدأت قدرات النمذجة المكانية المتقدمة التي قدمتها نظم المعلومات الجغرافية مؤخرا في تحسين مثل هذه التحليلات والبدء في توسيع نطاق تعقيد التحليلات الحساسة المكانية بشكل عام بشكل عام عبر المجال. نحن نأخذ في الاعتبار أيضا الطرق المختلفة التي تميل بها التخصصات المختلفة إلى تغليف تأثير الفضاء والجغرافيا في التحليلات ويتم مراجعة المزايا والوظائف التي توفرها نظم المعلومات الجغرافية. كما يتم النظر أيضا في الطرق التي يمكن من خلالها إنشاء التمثيلات المكانية داخل الحزم، كما تمت مناقشة الآثار المترتبة على اعتماد تمثيلات بديلة.

تم تقديم نظرة مثيرة للاهتمام حول التفسيرات المختلفة للدور التحليلي للفضاء والتي عادة ما يتم إدامتها من خلال معسكرات الاقتصاد القياسي ونظم المعلومات الجغرافية. وأشار إلى أنه عندما يتعامل علماء الاقتصاد القياسي المكاني مع التوزيعات المكانية، فإنهم ينظرون إليها على أنها قيد أو عامل خارجي يجب أخذه في الاعتبار أو التحكم فيه.

من النادر أن يُنظر إليها على أنها بُعد تفسيري للمسألة قيد الدراسة. ومع ذلك، فإن وجهة النظر الأخيرة هذه هي التي تدعم معظم تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية. إعادة صياغة وجهات النظر المختلفة حول أهمية الفضاء بشكل جيد. في أي نهج نمذجة يستخدم البيانات المكانية، هناك قضيتان رئيسيتان: كيفية استخدام البيانات “بشكل صحيح” وكيفية استخدامها “بشكل إبداعي”.

يشير الأول إلى قضايا الاقتصاد القياسي المكاني. يشير الأخير إلى تطوير طرق لإنشاء رؤى من البيانات المكانية التي يمكن استخدامها لتحسين فهمنا للقوى الدافعة وراء العمليات المكانية. في الواقع، العديد من حزم نظم المعلومات الجغرافية توفر في الواقع القليل من الوظائف لأنواع العمليات التي يقوم بها عادةً علماء الاقتصاد القياسي المكاني.

ربما يكون من المدهش أن خبراء الاقتصاد البيئي لم يكونوا أسرع في تقدير أهمية العوامل المكانية في العمليات البشرية والبيئية؛ لا يزال استخدام نظم المعلومات الجغرافية في الاقتصاد البيئي ابتكارًا حديثًا نسبيًا، على الرغم من حقيقة أن الافتراضات المكانية غير الواقعية، الضمنية أو غير ذلك، التي وضعها الاقتصاديون من أجل تنفيذ تحليلاتهم قد اجتذبت تعليقات انتقادية كبيرة.

من المؤكد أن مراجعة خصائص العديد من العمليات البشرية والبيئية تشير إلى أن الاعتبارات المكانية قد تلعب دورا مهما في تشكيل الظواهر المرصودة. وعلى الرغم من أن منظمات مثل شركات المرافق كانت تتبنى نظم المعلومات الجغرافية طوال فترة الثمانينيات وأوائل التسعينيات، إلا أن استيعابها داخل الأوساط الأكاديمية كان أبطأ إلى حد ما. وإلى حد ما، فإن التأخير المرتبط باعتماد نظم المعلومات الجغرافية قد يكون بسبب خيبة الأمل العامة في الجغرافيا الكمية التي سادت خلال تلك الفترة. هذا الاستيعاب البطيء من قبل مجتمع البحث الذي من المتوقع أن يكون من أوائل المتبنين داخل الأوساط الأكاديمية لم ينعكس بشكل مفاجئ في الغياب الفعلي للتطبيقات في الاقتصاد البيئي.

قد تكون الآثار السلبية الأخرى ناجمة عن تصور نظم المعلومات الجغرافية على أنها مجرد تسهيل التوظيف، وإن كان ذلك في بيئة سهلة الاستخدام، للتقنيات المستخدمة جيدًا بالفعل والتي تم تطويرها مسبقًا بواسطة الجغرافيين الكميين. علاوة على ذلك، اقترح البعض أن نظم المعلومات الجغرافية ربما كان يُنظر إليها على أنها تمثل حصان طروادة الذي كان الجغرافيون الكميون يحاولون من خلاله فرض أفكارهم على مجتمع الأبحاث الأوسع.

وكما يمكن للسياق المكاني أن يلعب مثل هذا الدور المهم في العمليات الاجتماعية والاقتصادية، فإنه يمكن أن يكون محركا مهمًا للعمليات الطبيعية التي يهتم بها اقتصاديو البيئة والموارد بشكل عام. وذلك لأن الترتيب المكاني لعوامل مثل الغطاء الأرضي أو تصريفات النفايات السائلة قد ثبت أن له تأثير مهم، وغالبا ما يكون مثيرا، على نتائج مثل تنوع الأنواع، والقدرة على الاستيعاب الطبيعي، ودورة المغذيات. ولا يؤثر إجمالي الأراضي الرطبة في المنطقة على القدرة الاستيعابية فحسب، بل يؤثر أيضًا على نمطها المكاني.

على نحو مماثل، لا يقتصر الأمر على إجمالي الأراضي الحرجية في منطقة ما بالنسبة لوفرة الأنواع وتنوعها، بل إن حجمها وشكلها واستخدامات الأراضي المتضاربة الموجودة على طول حوافها. إن القدرة على تحديد وتقديم هذه الأنواع من المشكلات التي توفرها نظم المعلومات الجغرافية هي التي تمنح التطبيقات مثل هذه القيمة.

إذا تم التعرف على الفوائد النظرية للتطبيق على نظم المعلومات الجغرافية لمعالجة قضايا البحث في مجال الاقتصاد البيئي، فإن الآثار العملية لاستخدام الأنظمة تتطلب بعض الاعتبار. أحد القرارات الرئيسية التي يجب مواجهتها في بداية مشروع نظم المعلومات الجغرافية يتعلق ببناء قاعدة بيانات أو شرائها.

في الأيام الأولى لنظم المعلومات الجغرافية، كان هناك حاجة إلى شكل من أشكال جمع البيانات الأولية أو الثانوية، عادة عن طريق رقمنة المعلومات من خريطة ورقية. في الوقت الحاضر، أصبح هذا المطلب أقل شيوعًا بكثير، وهناك عدة آلاف من مجموعات البيانات المتاحة للتنزيل من الإنترنت على الرغم من أن تكاليف الحصول على هذه البيانات تختلف بشكل كبير.

إحدى المشاكل الشائعة المتعلقة بالبيانات التي يتم الحصول عليها من مصادر خارجية، مثل مواقع الإنترنت، هي إمكانية تشفيرها بالعديد من التنسيقات المختلفة. لقد تطورت هذه التنسيقات استجابة لمتطلبات المستخدم المتنوعة. العديد من حزم نظم المعلومات الجغرافية قادرة على قراءة الملفات التي تم إنتاجها مباشرة بتنسيقات AutoCAD وDWG وDXF وDGN وShape file وVPF. ومع ذلك، فإن المستوى المحدد للدعم المقدم لتنسيقات الملفات المختلفة يختلف اختلافا كبيرا بين نظم المعلومات الجغرافية.

اجتمع عدد من المنظمات معا بهدف توحيد الجوانب المختلفة لتوفير البيانات الجغرافية. إحدى المنظمات الجديرة بالملاحظة هي Open GIS Consortium، وهي مجموعة من البائعين والمستخدمين والأكاديميين المهتمين بقابلية التشغيل البيني لنظم المعلومات الجغرافية. حتى الآن، تم إحراز بعض التقدم في معايير البيانات الوصفية والوصول إلى الويب، على الرغم من أن إدخال تنسيق ملف مشترك يمكن استخدامه في جميع حزم نظم المعلومات الجغرافية لا يزال بعيدًا بعض الشيء.

يتوافق نموذج البيانات المادية المستخدم لتمثيل موقع الكيانات في نظام المعلومات الجغرافية بشكل عام مع أحد النوعين، إما أن يعتمد على تمثيلات نقطية أو متجهة. في نموذج البيانات النقطية، يتم استخدام مجموعة من الخلايا أو وحدات البكسل لتمثيل كائنات العالم الحقيقي. يمكن أن تحتوي الخلايا على قيم السمات بناءً على واحد أو أكثر من أنظمة التشفير بما في ذلك الفئات أو الأعداد الصحيحة أو قيم الفاصلة العائمة.

يعد النموذج النقطي مناسبا بشكل خاص لتمثيل المعلومات التي تم جمعها من مصادر التصوير مثل التصوير الجوي أو الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية. إنها أيضا طريقة مناسبة بشكل خاص لتصوير ظواهر مثل درجة الحرارة أو نوع التربة أو الغطاء الأرضي الذي يتغير باستمرار عبر الفضاء.

في المقابل، يرتبط نموذج البيانات المتجهة ارتباطا وثيقا برؤية الكائنات التي تمتلك حدودا منفصلة. يتم هنا تحديد موقع الكيانات مثل النقاط (مثل الآبار وحفر التربة والمنازل) والخطوط (مثل الأنهار والطرق وكابلات الطاقة) والمناطق (مثل مناطق التعداد وحدود المقاطعات ومناطق حماية المياه الجوفية) من خلال مجموعات من الإحداثيات التي يمكن فصلها في حالة النقاط، أو ضمها لتكوين معالم خطية أو متعددة الأضلاع.

يعد نموذج البيانات المتجهة مناسبا لتمثيل البيانات التي تم رقمنتها من الخرائط الورقية، وتم تطبيقه على نطاق واسع في نظم المعلومات الجغرافية بسبب الطبيعة الدقيقة لطريقة تمثيله، وكفاءة تخزينه، وجودة مخرجاته الخرائطية، واتساع نطاقه. مجموعة من الأدوات الوظيفية التي يمكن استخدامها في تحليلها.

سيعتمد النطاق المحدد للأدوات التحليلية المتوفرة في أي بيئة لنظم المعلومات الجغرافية إلى حد ما على خصائص حزمة البرامج ونموذج البيانات المستخدم. ومع ذلك، فإن معظم نظم المعلومات الجغرافية توفر الوظائف المطلوبة للإجابة على مجموعة متنوعة من الأسئلة ذات الأساس المكاني والتي تهم عادة علماء الاقتصاد البيئي.

إن القدرة على تحديد وجود المعالم في موقع مكاني محدد مفيدة في العديد من التحليلات، ومن الأمثلة على ذلك تلك المتعلقة بتغير استخدام الأراضي، حيث يعتمد احتمال تحويل قطعة أرض إلى وظيفة جديدة في المستقبل على الأرض – نوع الغلاف موجود حاليا. هنا يمكن استخدام نظم المعلومات الجغرافية لرسم خرائط لاحتمالات التحويل عن طريق ربط بيانات الغطاء الأرضي بنموذج التحويل المحتمل. إن تحديد موقع نوع معين من المعالم له أيضا نطاق واسع من الاستخدامات، مثل تحديد التوزيع المكاني للأحياء التي تحتوي على مواقع مدافن النفايات السامة في دراسات العدالة البيئية للتعرض للملوثات.

قد تكون قدرة حزم نظم المعلومات الجغرافية على قياس الاتجاهات المكانية والزمانية في البيانات مفيدة في عدد من التطبيقات مثل تلك المعنية بنمذجة أنماط النمو الحضري والتنبؤ بها، في حين أن تحديد الطرق المثلى من خلال شبكات مثل أنظمة الطرق السريعة له قابلية تطبيق واضحة على الدراسات التي تستخدم تكلفة السفر أو منهجيات التسعير الممتع، حيث يكون إنشاء مقاييس إمكانية الوصول المكاني إلى المرافق أمرا مهما.

في مثل هذه الحالات، يمكن استخدام نظم المعلومات الجغرافية لإنشاء مؤشرات لأوقات السفر والمسافات التي، إذا لزم الأمر، يمكن تحويلها إلى تنبؤات لتكلفة السفر. إن تحديد الأنماط في البيانات المكانية له تطبيقات مهمة في نماذج البيئة الطبيعية. هنا، يمكن لنظم المعلومات الجغرافية المساعدة في حساب مقاييس التكوين مثل مؤشرات التجزئة. إن القدرة على إنشاء مناطق عازلة حول المعالم لها استخدامات واضحة في ترسيم الحدود العازلة على ضفاف النهر والتي تم تصميمها لاعتراض وعزل جريان الملوثات حول الجداول أو البحيرات أو الخزانات، ولكن لها أيضا تطبيق في توليد محيطات الضوضاء حول شبكات الطرق.

بالمثل، فإن القدرة على التساؤل عما إذا كانت أنواع الأسئلة يمكن أن تعزز وظائف أي تطبيق تقريبا، بدءا من تحديد الزيادة المحتملة في معدل الزيارة التي قد تكون مرتبطة بترقية منشأة ترفيهية، إلى تحديد الموقع الأمثل لل تحديد موقع حديقة صناعية بيئية جديدة من أجل تقليل المضايقات البيئية الناجمة عن أنشطة التنقل. يتم توفير الحلول لمشكلات تخصيص الموقع، حيث يكون الشرط هو تحديد المواقع المثالية بناءً على المعايير المحددة بواسطة المستخدم، من قبل غالبية نظم المعلومات الجغرافية.

تسلط هذه التطبيقات الضوء على كيفية استخدام نظم المعلومات الجغرافية للجمع بين البيانات البيئية وغيرها من البيانات المكانية في شكل خرائط رقمية وصور الأقمار الصناعية مع متغيرات أكثر تقليدية لتعزيز النماذج الاقتصادية. كما أنها توضح كيفية استخدام التكنولوجيا للاستعلام عن مخرجات النموذج وتصورها، على سبيل المثال في شكل خرائط. إن هذه القدرة المزدوجة على تحسين النمذجة وعرض النتائج هي التي نشعر أنها تؤسس إمكانات نظم المعلومات الجغرافية لتعزيز العديد من جوانب التحليل الاقتصادي وصنع القرار بشكل كبير.

ثالثاً: تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية في الاقتصاد البيئي

ربما يكون الاستخدام الأكثر انتشارا لنظم المعلومات الجغرافية ضمن التطبيقات الاقتصادية البيئية هو بناء مجموعة واسعة من المتغيرات لاستخدامها في دراسات تسعير العقارات الممتعة. تعد منهجيات التسعير الممتعة تقنيات راسخة تعتمد على نظرية المستهلك التي تحاول تفسير الاختلافات في أسعار المنازل من حيث الاختلافات الملحوظة في التفضيلات لسمات العقارات المعنية. وفي حالة السلع البيئية، فإن الهدف هو استنتاج السعر بناءً على التغير الهامشي في أسعار العقارات المرتبطة بتوافرها.

واحدة من أهم المزايا الأساسية لاستخدام تقنيات نظم المعلومات الجغرافية في دراسات تسعير العقارات الممتعة هي القدرة على حساب المتغيرات التوضيحية تلقائيا لعدد كبير من الخصائص مما يتيح حجم عينة أكبر بكثير. ومع ذلك، إذا قام نظام المعلومات الجغرافية بتكرار الإجراءات المستخدمة في الدراسات السابقة فقط، فلن يتم تحقيق إمكاناته الكاملة.

تتوافر البيانات المكانية بشكل متزايد في شكل رقمي، مما يتيح دمج مجموعات بيانات أسعار العقارات مع المعلومات المكانية الأخرى باستخدام نظم المعلومات الجغرافية. ومن الأمثلة الشائعة على ذلك الجمع بين معلومات أسعار العقارات وبيانات التعداد ومواقع المرافق.

الميزة الرئيسية لنظم المعلومات الجغرافية هي القدرة على إجراء استعلامات مكانية معقدة على كل عقار. وهذا يسمح بحساب المتغيرات التي لن تكون ممكنة باستخدام أي طريقة أخرى. المثال الأكثر شيوعا هو استخدام أوقات السفر بالسيارة لوصف مدى قرب ملكية فردية من إحدى وسائل الراحة. يمكن أيضا إنشاء متغيرات تقارب أكثر تعقيدا باستخدام نظام المعلومات الجغرافية. على سبيل المثال، عند فحص تأثير مرافق الأراضي الرطبة على أسعار بيع العقارات السكنية في بورتلاند، تم استخدم نظم المعلومات الجغرافية للنظر في شكل أقرب مناطق الأراضي الرطبة بالإضافة إلى قربها.

بالمثل، بالنسبة للساحل الجنوبي لإنجلترا، قمنا بتقريب مرافق الغابات المرتبطة بأسعار العقارات المحددة من خلال تطوير متغير مؤشر يقيس نسبة مساحة الغابات إلى المسافة المربعة بعيدا عن المنزل. ويواصل المفهوم حساب مقاييس النسبة المئوية المفتوحة المساحة والتنوع وتجزئة استخدامات الأراضي حول قطع الأراضي في مستجمع مياه باتوكسنت في وسط ولاية ماريلاند بالولايات المتحدة الأمريكية.

قام المؤلفون بحساب مؤشرات التنوع والتجزئة من خلال الحصول على 25 صورة للغطاء الأرضي من مكتب ماريلاند للتخطيط. تم تصميم مؤشر التنوع للإشارة إلى مدى سيطرة عدد قليل أو كثير من استخدامات الأراضي على المناظر الطبيعية، في حين تم تعيين مؤشر التجزئة لتمثيل التباين في أنواع قطع الأراضي الموجودة داخل المنطقة.

من المثير للاهتمام أن المؤلفين وجدوا أن المساهمة الهامشية لزيادة التنوع والتجزئة في أسعار بيع المنازل كانت تعتمد بشكل كبير على السياق، مع ملاحظة وجود ارتباط إيجابي فقط في المناطق الأكثر تحضرا، مما قد يعكس حقيقة أن التنوع والتجزئة يتم تقديرهما في هذه المواقف أنها تمثل وسائل الراحة.

في مساعدة إضافية لدراسات المتعة، يمكن استخدام نظم المعلومات الجغرافية لتوفير معلومات عن التضاريس، والتي قد يكون لها تأثير عميق على تأثير السمات البيئية المحلية لأنها تملي إلى حد كبير ما هو مرئي من الممتلكات. تضمنت بعض دراسات المتعة المبكرة متغيرات فئوية لحساب وجود وجهة نظر لسمة معينة. على سبيل المثال، تم استخدام متغير ثنائي للإشارة إلى وجود منظر النهر في مساكن الضواحي الواقعة حول نهر سوان في بيرث، أستراليا.

على الرغم من أن نماذج المتعة غالبًا ما تستخدم لوضع قيمة على المرافق البيئية، إلا أنه يمكن استخدامها أيضًا لتوضيح التكاليف المحتملة للمصائب البيئية مثل المواقع الخطرة وتلوث الهواء والضوضاء والمياه. يتم استخدام نظم المعلومات الجغرافية لمعالجة بيانات شبكة المرور والطرق لإنشاء تقديرات للتلوث الضوضائي في كل عقار.

تأثير القرب من مواقع النفايات الخطرة على قيم الملكية التجارية والصناعية في مقاطعة فولتون بولاية فلوريدا. واستخدموا حزمة ArcView GIS لحساب المسافة التي تقع فيها كل ملكية من أقرب موقع للنفايات الخطرة المدرجة في قاعدة بيانات وكالة حماية البيئة. كان لتصنيف كل موقع تأثير على الأسعار القريبة؛ وكان تأثير المسافة موجودا حول المواقع المصنفة على أنها “عالية المخاطر” حيث كان هناك ضغط سلبي على أسعار العقارات المحيطة. ومع ذلك، لم يكن هناك أي تأثير واضح بالنسبة للمواقع منخفضة المخاطر.

معظم مواقع النفايات الخطرة مرئية بوضوح ومن السهل نسبيا قياس وجودها. بالنسبة للمؤشرات الأكثر دقة لجودة البيئة مثل تلوث المياه، قد يكون من الصعب تقدير مؤشرات التعرض، وهناك عدد قليل نسبيا من الدراسات في الأدبيات التي بحثت في هذه السمات. وعلى الرغم من ذلك، يمكن لنظم المعلومات الجغرافية أن توفر أساسا متفوقا لمحاولات حساب مثل هذه التدابير. ويتضح ذلك من خلال العمل على تقدير الفوائد المحتملة لمبرمج تحسين المياه في خليج تشيسابيك بناءً على تطوير نماذج المتعة التي تربط أسعار العقارات بجانب الماء بمؤشرات جودة المياه القريبة.

وقد أصبح تطوير منهجيات القياس الكمي والأولويات للحفاظ على المساحات المفتوحة موضوعا سياسيا مهما. نموذج تسعير المتعة القائم على نظام المعلومات الجغرافية مع نموذج نظري لكيفية تقييم أنواع مختلفة من المساحات المفتوحة من قبل أصحاب المنازل الذين يعيشون بالقرب منهم.

أظهر العمل أن المساحات المفتوحة الدائمة قد تكون أكثر قيمة للسكان المحليين بثلاث مرات من تلك التي يحتمل أن تكون متاحة للتطوير. وباستخدام دراسة حالة لمقاطعة نورثرن ويك بولاية نورث كارولينا، تم دمج قاعدة بيانات نظم المعلومات الجغرافية لشبكة الطرق مع معلومات عن الغطاء الأرضي، وخصائص قطع الأراضي، والحدود الإدارية، ومبيعات المساكن. وأكد تحليلهم أهمية المساحة المفتوحة الخاصة لقيم الملكية.

تبين أن العلاقة قوية بشكل خاص مع انخفاض مخزون الأراضي المفتوحة، وهي نتيجة تتسق مع هذا الاستخدام الذي يعمل كمصدر لوسائل الراحة في المساحات المفتوحة. في الواقع، اجتذبت مسائل استخدام الأراضي وتغيير الغطاء الأرضي الاهتمام بين مجموعة واسعة من الباحثين المهتمين بنمذجة الأنماط المكانية والزمانية لتحويل الأراضي وفهم أسبابها وعواقبها.

أخذ الجغرافيون وعلماء الطبيعة زمام المبادرة في تطوير نماذج مكانية واضحة لتغير استخدام الأراضي على مستويات مفصلة للغاية. ليس من المستغرب أن يكون لنظم المعلومات الجغرافية دور في العديد من الدراسات الحديثة. هنا، كان التطبيق الرئيسي للتكنولوجيا هو تسهيل استخدام مجموعات البيانات المكانية، التي غالبا ما يتم إنتاجها من مصادر الاستشعار عن بعد، والتي يمكن استخدامها لتحديد التوزيع المكاني لاستخدامات الأراضي، وفي الحالات التي تكون فيها سلسلة زمنية من البيانات المتاحة، لوصف تغيرهم.

لقد ركز قدر كبير من العمل الاقتصادي بشأن تغيير استخدام الأراضي على إزالة الغابات في البلدان الأقل نموا. على سبيل المثال، تم تطوير نموذج بسيط لإزالة الغابات في بليز باستخدام بيانات نظم المعلومات الجغرافية حيث يقوم ملاك الأراضي بتعظيم الأرباح المتوقعة بحيث يتم تحديد الاستخدام الأمثل من خلال الاستخدامات ذات الإيجارات الأعلى.

في تحليل أكثر تعقيدا، قم بتطبيق بيانات القمر الصناعي Landsat TM لنموذج إزالة الغابات الاستوائية في منطقة شبه جزيرة يوكاتان الجنوبية في المكسيك. إنهم يربطون نموذجًا قائمًا على نظام المعلومات الجغرافية لتغيير المناظر الطبيعية مع نموذج يعتمد على معلومات المسح المستمدة من المقابلات مع المزارعين من أجل إجراء مقارنات بين ممارسات إزالة الغابات المتوقعة والفعلية للأفراد. تشمل الأمثلة الأخرى للنماذج الاقتصادية لإزالة الغابات باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية العمل.

خارج الدول النامية، يوجد أحد المراكز الرئيسية للبحث في تطبيق نظم المعلومات الجغرافية للنمذجة المكانية الواضحة لتغير استخدام الأراضي في جامعة ميريلاند بالولايات المتحدة الأمريكية. هنا ركزت أبحاث كبيرة على مستجمع مياه نهر باتوكسنت، الواقع في وسط ولاية ماريلاند. وقد زاد حجم استخدام الأراضي السكنية منخفضة الكثافة في هذه المنطقة بنسبة 119٪ بين عامي 1973 و1994.

لقد تم استخدام الكثير من بيانات نظم المعلومات الجغرافية على المستوى الجزئي على الأراضي وقطع الأراضي التي قدمها مكتب ماريلاند للتخطيط. تحتوي مجموعة البيانات على متغيرات تتعلق بقطع الأراضي الفردية، بما في ذلك استخدام الأراضي، وقد تم استخدام نظم المعلومات الجغرافية لزيادة هذه المعلومات مع مجموعة واسعة من التدابير المكانية الإضافية بما في ذلك مواقع تقسيم المناطق، وتقديرات المسافة إلى المناطق الحضرية، والقرب من الخدمات مثل المجاري العامة ومؤشرات نوعية التربة وانحدار التضاريس.

وكجزء من عمل ميريلاند، قاموا بتطوير نهج من مرحلتين لنمذجة التغيير في استخدام الأراضي السكنية. تم تقدير نموذج المتعة الواضح لأول مرة كدالة لميزات المناظر الطبيعية المتغيرة مكانيًا، بما في ذلك حجم قطعة الأرض، ومقاييس إمكانية الوصول، وتقسيم المناطق المجاورة، والنسبة المئوية للأراضي في الاستخدامات المختلفة. وقد تم استخدام هذا للتنبؤ بالقيمة السكنية لجميع الأراضي القابلة للتطوير في المنطقة، والتي تم استخدامها بعد ذلك في نموذج اختيار ثنائي منفصل لتحويل استخدام الأراضي.

يمكن استخدام نهج النمذجة للتنبؤ بآثار سياسات استخدام الأراضي المختلفة. على سبيل المثال، يحلل تأثير عدد من سياسات استخدام الأراضي البديلة على تغير المناظر الطبيعية، بما في ذلك آثار القيود التنظيمية المختلفة. تم تطوير نموذج ديناميكي للتنمية الحضرية والريفية حيث يتغير استخدام الأراضي عبر المكان والزمان.

شرعت نفس المجموعة البحثية أيضا في مجموعة من الدراسات التي تستخدم منهجيات مماثلة قائمة على نظم المعلومات الجغرافية للتحقيق في تأثير برامج الحفاظ على الأراضي الزراعية على الأنماط المكانية للأراضي الزراعية المحفوظة والمملوكة للقطاع الخاص وأسعار الأراضي الزراعية.

يهدف هؤلاء المبرمجون إلى الحفاظ على مساحة الأراضي الزراعية في المناطق التي يعملون فيها من خلال تقديم أموال لأصحاب الأراضي مقابل فرض قيود تنموية تحد من تحويل الأراضي إلى استخدامات متطورة من قبل الشاغلين الحاليين والمستقبليين.

تم استخدام حزمة Arc-Info GIS لربط 224 قطعة أرض زراعية فردية تم بيعها في ثلاث مقاطعات بولاية ميريلاند بين عامي 1994 و1997 ببيانات عن التربة واستخدام الأراضي والمسافة إلى المرافق. وخلافا للتوقعات، لم يجدوا سوى القليل من الأدلة على أن المحميات الدائمة الطوعية أدت إلى انخفاض كبير في أسعار الأراضي الزراعية في ولاية ماريلاند، ربما لأن أصحاب الأراضي لا يتوقعون أن تكون قيود استخدام الأراضي ملزمة في المستقبل.

كما تم استخدام تطبيقات نظم المعلومات الجغرافية على نطاق واسع في العديد من الدراسات الحديثة التي بحثت في الطريقة التي يمكن بها الحفاظ على الجودة البيئية إما عن طريق استهداف الحفظ، أو ترسيم أنظمة تقسيم المناطق من أجل منع التلوث البيئي. وفي كثير من الحالات تكون درجة التداخل مع اعتبارات الاقتصاديين البيئيين طفيفة.

مع ذلك، فإن بعض التطبيقات تستحق الاهتمام. تم استخدام نظم المعلومات الجغرافية مؤخرا للتحقيق في استهداف عقود الحفاظ على المناظر الطبيعية غير المتجانسة. يصف مصطلح التعاقد على الحفظ التحويل التعاقدي للمدفوعات من طرف (عادة الحكومة) إلى طرف آخر (عادة مالك الأرض) مقابل تطوير ممارسات استخدام الأراضي التي تساهم في توفير وسائل الراحة البيئية مثل التنوع البيولوجي. إحدى القضايا الرئيسية في تصميم مبادرات التعاقد على الحفظ هي الطريقة التي يمكن بها دمج المعلومات حول الظروف الفيزيائية الحيوية والاقتصادية المتغيرة مكانيا في خطة حفظ فعالة من حيث التكلفة.

 باستخدام البيانات الفيزيائية الحيوية والاقتصادية من نظام المعلومات الجغرافية لمدينة سيراكيوز، ولاية نيويورك، تم حساب درجة المنفعة البيئية لمبادرات الحفظ المصممة للحفاظ على نوعية المياه الجيدة لقطع الأراضي حول بحيرة سكيناتيلز. تم تسجيل كل قطعة أرض وفقًا لمساحتها، وموقع تقسيمها، والمسافة إلى مصدر مياه الشرب، ومساحة الأرض الحساسة هيدرولوجيًا، وطول واجهة النهر.

وجد العمل أن الأساليب التي تتضمن كلا من البيانات الفيزيائية الحيوية والاقتصادية من المرجح أن تولد فوائد بيئية أكبر بكثير من تلك التي تشمل عامل واحد فقط. ومن ثم فإن الأساليب التي تتضمن تكامل البيانات في نظام المعلومات الجغرافية يجب أن توفر فوائد كبيرة.

يتوضح هنا كيف يمكن لنظم المعلومات الجغرافية أن تساهم في تحسين التوافر والتعريف المتسق لمجموعة واسعة من المتغيرات الهيكلية وإمكانية الوصول والمتغيرات المجاورة والتي تمثل السعر القياسي لأي تطبيق لأسعار العقارات الممتعة.

مع ذلك، في تعريف المتغيرات البيئية تعد نظم المعلومات الجغرافية بأكبر قدر من التحسن في توافر البيانات لمثل هذه الدراسات. تمثل قدرة هذه الأنظمة على قياس التأثيرات المحددة مكانيًا وتوليد مثل هذه البيانات بطريقة آلية تقدما كبيرا جدا في المجال العملي لتطبيقات المتعة وتسمح بتوسيع التقنية إلى مجالات جديدة للتقييم كانت تتضمن في السابق بيانات كبيرة بشكل غير عملي فى ميزانيات التحصيل. على هذا النحو، نعتقد أن نظم المعلومات الجغرافية سوف يُنظر إليها على أنها الأداة القياسية لمحلل المتعة.

إن قدرة نظم المعلومات الجغرافية على أتمتة وتوحيد مهام القياس والتقييم المكاني توفر أيضا الأساس لمساهمتها في تقييم تكلفة السفر لقيم الترفيه المفتوحة. من بين عدد من تطبيقات تحويل المنافع، نقدم تطبيقًا يقوم بإنشاء خرائط لفوائد الترفيه المحتملة في الغابات في جميع أنحاء دولة ويلز، وهي منطقة تم اختيارها للتحليل بسبب تنوعها المادي والاجتماعي والاقتصادي وبسبب الانخفاض طويل المدى في الغابات المهيمنة.

تعني القطاعات الزراعية أن قيمة الإعانات الزراعية تفوق بكثير قيمة الإنتاج مما يجعل المنطقة جاهزة لتحويل استخدام الأراضي إلى غابات متعددة الأغراض. منطقة الدراسة هذه بينما ندرس فوائد عزل الأخشاب والكربون الناتجة عن هذا التغيير في استخدام الأراضي. توضح هذه التطبيقات استخدام تقنيات نظم المعلومات الجغرافية في جلب الواقعية المكانية إلى التحليلات وبالتالي تجنب الحاجة إلى اللجوء إلى افتراضات قوية وقابلة للنقاش في بعض الأحيان.

رابعاً: الاستنتاجات

مع تزايد الضغط على الموارد الطبيعية بسبب تزايد عدد السكان، يمكن استخدام الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية لإدارة هذه الموارد الثمينة المحدودة بطريقة فعالة وكفؤة. تعد المعلومات الجغرافية المكانية مفيدة جدا في تحديد وتحليل العوامل التي تؤثر على استخدام هذه الموارد. ومن ثم، فمن خلال الفهم التفصيلي لهذه العوامل، يمكن التوصل إلى قرارات سليمة تضمن الاستخدام المستدام للموارد الطبيعية لتلبية احتياجات الأجيال الحالية والمستقبلية.

كما هو موضح من خلال مراجعتنا للأدبيات والدراسات التجريبية، فإن الوظائف التي توفرها نظم المعلومات الجغرافية يمكن أن تعزز بشكل كبير دمج القضايا المكانية في اقتصاديات البيئة والموارد التطبيقية. ومع ذلك، يجب التأكيد على أن نظم المعلومات الجغرافية ليست حلاً شاملاً لتحسين تحليل البيانات.

في الواقع، تعتمد جودة النتائج التي يتم الحصول عليها على مجموعة من العوامل المشتركة في أي تحليل كمي، مثل دقة المعلومات المدخلة، وملاءمة هياكل البيانات المستخدمة لتخزينها، واختيار الأدوات التحليلية المستخدمة. وبالإضافة إلى ذلك فإن تطبيق نظم المعلومات الجغرافية يقدم مجموعة من الاهتمامات الجديدة التي تشمل قضايا التمثيل المكاني وسرية البيانات.

يجب اتخاذ القرارات المتعلقة بمقياس البيانات المكانية المناسب ومستوى تجميع البيانات وتكرار القياس في وقت مبكر في أي تحليل لنظم المعلومات الجغرافية. هذه القرارات قد يكون لها بالفعل تأثير كبير على الطريقة التي يمكن بها تفسير النتائج التي تم الحصول عليها في نهاية المطاف. على المستوى النظري، تعتمد الوحدات المناسبة للتحليل المكاني على الأسئلة المطروحة. على سبيل المثال، تميل قضايا سفر السكان وهجرتهم إلى التأثير على قرارات الأفراد والأسر، في حين أن مسائل المساواة في الوصول إلى الجودة البيئية قد تتطلب التحليل على مستوى الأحياء.

الواقع أن بعض المشاكل تتطلب النظر فيها على مستويات متعددة. على سبيل المثال، تتطلب الاستفسارات حول التغيرات في استخدام الأراضي والغطاء الأرضي عادةً معلومات متزامنة على مستوى الأفراد والأسر التي قد تمتلك الأرض، وهيئات الإدارة المحلية التي تنظم استخدام الأراضي وتتخذ القرارات المتعلقة بالبنية التحتية، والحكومات الإقليمية التي تملي استراتيجيات التنمية الاستراتيجية. ومع ذلك، من الناحية العملية، فإن وجود قيود فيما يتعلق بتوافر البيانات غالبًا ما يكون له تأثير كبير على اختيار التجميع المستخدم كما هو الحال مع أي اعتبار نظري يتعلق بمدى ملاءمة المقاييس المختلفة.

ونحن نعتقد أن المزيد من التقدم في القدرة الحاسوبية ووظائف حزم نظم المعلومات الجغرافية سوف يحفز التطوير في مجالات أخرى للبحوث الاقتصادية البيئية في المستقبل. في الوقت الحالي، هناك مجال نشط بشكل خاص من مجالات التطوير يتعلق بتقنيات إنتاج تمثيلات الواقع الافتراضي من قواعد بيانات نظم المعلومات الجغرافية.

لقد بدأ تسويق أنظمة الواقع الافتراضي (GIS VRGIS). وهي تسمح بتحويل مخرجات الأنظمة التقليدية ثنائية الأبعاد إلى بيئات “افتراضية” ثلاثية الأبعاد يمكن للمستخدمين مشاهدتها أو استكشافها. يفتح تطوير VRGIS إمكانية نقل المعلومات البيئية بطرق جديدة، وقد يحقق فوائد معينة في تقنيات التفضيل المعبر عنها مثل التقييم المحتمل وتجارب الاختيار حيث يمكن استخدام هذه الأنظمة لتقديم سيناريوهات تصور الحالات البيئية المستقبلية المحتملة.

علاوة على ذلك، فإن التركيز الحالي على دمج تقنيات نظم المعلومات الجغرافية في مواقع الويب العالمية سيفتح المزيد من الفرص لتبادل الخبرات والبيانات، ولتصميم منهجيات مسح جديدة قادرة على التقاط عينات أكثر تباينا كان لايمكن أن تدرج في الماضي.

المراجع

• Acharya SM, Pawar SS, Wable NB (2018) Application of Remote Sensing & GIS in Agriculture. 6495(4): 63-65.
• Atzberger C 2013. Advances in remote sensing of agriculture: context description, existing operational monitoring systems and major information needs. Remote Sens 5: 949 – 81.
• Bernardes T, Meriera M A, Adami M, Giarolle A and Rudorff B F T 2012. Monitoring biennial bearing effect on coffee yield using MODIS remote sensing imagery. Remote Sens 4: 2492 – 2509.
• Diallo Y, Hu G, and Wen X (2009) Applications of Remote Sensing in Land Use / Land Cover Change Detection in Puer and Simao Counties, Yunnan Province. 5(4): 157-166.
• Folhes M T, Renno C D and Soares J V 2009. Remote sensing for irrigation water management in the semiarid Northeast of Brazil. Agric Water Manage 96: 1398-1408.
• Hall R, Davidson D and Peddle D 2003. Ground and Remote estimation of leaf area index in Rocky Mountain forest stands, kananaskis, Alberta. Canadian Journal of Remote Sensing 29: 411-27.
• KumarN,Yamaç SS, and Velmurugan A (2015) Applications of Remote Sensing and GIS in Natural Resource Management 20(1): 1-6.
• Liaghat S and Balasundram S K 2010. A Review: The Role of Remote Sensing in Precision Agriculture. American Journal of Agricultural and Biological Sciences 5 (1): 50-55.
• Longley, P. A., M. F. Goodchild, D. J. Maguire and D. W. Rhind (2001), Geographic Information Systems and Science. Chichester: John Wiley and Sons Ltd.Longman.
• Mee CY, Balasundram SK, and Hanif AHM (2017) Detecting and monitoring plant nutrient stress using remote sensing approaches: A review. Asian Journal of Plant Sciences 16(1): 1-8.
• Melesse, A., & Wang, X., 2007. Impervious Surface Area Dynamics and Storm Runoff Response. Remote Sensing of Impervious Surfaces; CRC Press/Taylor & Francis, 19, 369-384.
• Part B. Amsterdam. Velmurugan A. & Carlos, G. G. 2009. Soil Resource Assessment and Mapping using Remote Sensing and GIS. J. Indian Soc. Remote Sens. 37:537–547
• Rani DS, Venkatesh MN, Naga C, Sri S, and Kumar KA (2018) Remote Sensing as Pest Forecasting Model in Agriculture. Int J Curr Microbiol App Sci 7(3): 2680-2689.
• Reis S (2008) Analyzing Land Use/Land Cover Changes Using Remote Sensing and GIS in Rize, North-East Turkey. Sensors 8(10): 6188-6202.
• Tan, G. & Shibasaki, R., 2003. Global estimation of crop productivity and the impacts of global warming by GIS and EPIC integration. Ecological Modelling, 168 (3), 357-370.
• Wang K, Li Z and Cribb M 2006. Estimation of evaporative fraction from a combination of day and night land surface temperatures and NDVI: A new method to determine the Priestly-Taylor parameter. Remote Sens Environ 102: 293-305.