تخمین ذخیره کربن جنگل‌ها با فناوری سنجش از دور

به گزارش خبرنگار مهر، اداره کل سنجش از دور سازمان فضایی ایران به مطالعه استفاده از فناوری سنجش از دور در میزان دی اکسید کربن موجود در اتمسفر با محاسبه عملکرد توده سبز جنگل‌ها پرداخته است.

اکوسیستم‌های جنگلی خدمات مختلفی مانند تأمین چوب، تنظیم آب و هوا بر اساس تغذیه سفره‌های زیرزمینی و تبادل گازهای گلخانه‌ای و اصلاح خاک ارائه می‌دهند که برای سلامتی و امرار معاش انسان حیاتی است و به طور خاص ذخیره کربن در درختان و خاک بسیار مهم است؛ به طوری که جنگل‌ها یکی از مهمترین عناصر چرخه کربن جهانی محسوب می‌شوند.

جنگل زدایی بعد از سوخت‌های فسیلی در جو به عنوان دومین منبع افزایش غلظت شناخته شده است. از طرفی CO۲ ترسیب کربن در جنگل‌ها یک گزینه مقرون به صرفه برای کاهش تغییرات اقلیمی جهانی است.

فعالیت‌های بشر موجب تغییرات فیزیکی و شیمیایی آب و هوا در سطح زمین شده و این تغییرات ممکن است به شیوه‌های پیچیده بر بهره وری و ذخیره سازی کربن در اکوسیستم‌های جنگلی تأثیر نامطلوب داشته باشد. جلوگیری از تغییر کاربری جنگل‌ها و فعالیت‌های جنگلداری به عنوان بخشی از استراتژی کاهش گازهای گلخانه‌ای محسوب می‌شود.

به همین منظور طرح‌های ملی و بین المللی زیادی مانند REDD + (Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation) به کاهش انتشار کربن در اثر جنگل زدایی و تخریب جنگل در دنیا اختصاص یافته است.

تصاویر ماهواره‌ای ابزار مناسب تخمین ذخیره کربن

برای دستیابی به این هدف، انتشار کربن هر کشور ناشی از جنگل زدایی و تخریب جنگل‌ها باید به مرور زمان اندازه گیری و ردیابی شود. در چنین مقیاس‌های جغرافیایی بزرگ، ابزاری دقیق، مقرون به صرفه و با وضوح بالا برای نظارت بر تغییرات در سهام کربن روزمینی مورد نیاز است. تصاویر ماهواره‌ای ابزاری بسیار مناسب جهت تخمین میزان ذخیره کربن در مقیاس‌های بزرگ هستند.

از آنجایی که ذخیره کربن با خصوصیات ساختاری درخت (قطر، ارتفاع و تراکم چوب) در ارتباط است، از طریق معادلات آلومتریک که با استفاده از آماره های جنگل توسعه داده می‌شود، می‌توان بیوماس و در نتیجه ذخیره کربن را تخمین زد.

"در چنین مقیاس‌های جغرافیایی بزرگ، ابزاری دقیق، مقرون به صرفه و با وضوح بالا برای نظارت بر تغییرات در سهام کربن روزمینی مورد نیاز است"اما این روش‌ها تنها می‌تواند برای مقیاس محلی مورد استفاده قرار گیرند.

بنابراین برای پایش کربن در سطوح وسیع، تصاویر ماهواره‌ای ابزاری بسیار مناسب هستند. میزان ذخیره کربن رابطه مستقیم با میزان بیوماس گیاهی داشته و بنابراین میزان ذخیره کربن بعد از محاسبه بیوماس جنگل به دست می‌آید.

چرا از فناوری سنجش از دور استفاده کنیم

برای دستیابی به میزان انتشار کربن در هر کشور که ناشی از جنگل زدایی و تخریب جنگل‌ها است، باید به صورت دوره‌ای کربن ذخیره شده و منتشر شده از پوشش‌های گیاهی بزرگ مانند جنگل‌ها اندازه گیری و ردیابی شوند.

جهت اندازه گیری و مطالعه و همچنین نظارت بر تغییرات در سهم کربن روزمینی در چنین مقیاس‌های جغرافیایی بزرگی، ابزارهای دقیق، مقرون به صرفه و با وضوح بالا مورد نیاز است. بنابراین ضرورت دارد که از ظرفیت خوب داده‌های ماهواره‌ای در این زمینه استفاده شده و مطالعات کربن در سطوح ملی در کشور را با تصاویر ماهواره‌ای انجام داد.

داده‌ها و روش‌ها

جهت محاسبه ذخیره کربن ابتدا میزان بیوماس تخمین زده می‌شود و این کار اغلب به کمک مدل سازی انجام می‌شود. یعنی ابتدا در محل مورد نظر با کار میدانی نمونه گیری انجام می‌شود. پس از آن به کمک تعدادی از نمونه‌ها که به آنها نمونه‌های آموزشی گفته می‌شود، مدل سازی انجام می‌شود.

پس از توسعه مدل، ابتدا مدل اعتبارسنجی شده و سپس با کمک مدل میزان کربن ذخیره شده برای کل منطقه تخمین زده می‌شود.

برای مدل سازی اغلب از باندهایی استفاده می‌شود که پوشش گیاهی بازتاب بیشتری داشته باشد. از این رو در اکثر مواقع از شاخص‌های مناسب گیاهی مانند NDVI استفاده می‌شود. همچنین جهت مطالعه ذخیره کربن اغلب از نرم افزارهای سنجش از دوری استفاده می‌شود . زیرا در این مطالعات لازم است که تصاویر ماهواره‌ای پردازش شوند. بنابراین می‌توان از نرم افزارهای معروف سنجش از دوری مانند Envi ،Pci Geomatica ،Erdas و … استفاده کرد.

در اکثر مطالعات لازم است که شاخص‌های پوشش گیاهی جهت مطالعه ذخیره کربن محاسبه شوند که به راحتی این شاخص‌ها با قابلیت فرمول نویسی نرم افزارهای سنجش از دوری محاسبه می‌شوند.

اغلب از الگوریتم‌های آماری نرم افزارهای سنجش از دوری برای برآورد بیوماس و ذخیره کربن استفاده می‌شود.

"اما این روش‌ها تنها می‌تواند برای مقیاس محلی مورد استفاده قرار گیرند.بنابراین برای پایش کربن در سطوح وسیع، تصاویر ماهواره‌ای ابزاری بسیار مناسب هستند"در ضمن بسیاری از کاربران برای انجام فرایند محاسبه ذخیره کربن از کد نویسی در نرم افزارهای مناسب مانند متلب (آزمایشگاه ماتریس) استفاده می‌کنند.

در تحقیقات مختلف ۵۰ درصد از وزن زیست توده خشک به عنوان میزان ذخیره کربن مورد استناد قرار می‌گیرد. یعنی بعد از محاسبه بیوماس (تن در هکتار) ۵۰ درصد از آن به عنوان ذخیره کربن (تن در هکتار) در نظر گرفته می‌شود.

تصاویر ماهواره‌ای مختلفی مانند اپتیکی، رادار و لیدار در مطالعات بیوماس و ذخیره کربن استفاده می‌شوند که جهت استفاده از آنها با توجه به ماهیت تصاویر و همچنین نحوه بازتاب پوشش گیاهی در هر کدام از این تصاویر، روش‌های مختلفی استفاده می‌شوند.

دستاوردها و خروجی‌ها

برخی از مهمترین دستاوردها و خروجی‌های این خدمت عبارتند از:

• تهیه نقشه میزان کربن ذخیره شده در جنگل‌های ایران
• توسعه مدل‌های مناسب جهت تخمین کربن ذخیره شده در جنگل‌ها
• مدیریت بهینه جنگل و مسائل زیست محیطی کشور

بهره برداران و ذی‌نفعان

• وزارت جهاد کشاورزی
• سازمان جنگل‌ها، مراتع و آبخیزداری کشور
• سازمان حفاظت محیط زیست

نقشه میزان ذخیره کربن در بخشی از جنگل‌های چین که با داده‌های ماهواره SPOT به دست آمده است

در شکل بالا میزان ذخیره کربن در اکوسیستم‌های جنگلی در بخشی از کشور چین را نمایش می‌دهد که با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای و داده‌های کمکی به دست آمده است. میزان ذخیره کربن معمولاً در هکتار به دست می‌آید و آگاهی از میزان آن علاوه بر مطالعات جنگل در سایر بخش‌ها مانند محیط زیست کاربرد دارد. میزان بالای ذخیره کربن نشان از شادابی بیشتر توده‌های جنگلی دارد.