• Thu. Aug 18th, 2022

العلماء يدخلون الغابات إلى إنترنت الأشياء

العلماء يدخلون الغابات إلى إنترنت الأشياء

ترتبط الغابات بعلاقة معقدة مع تغير المناخ. من ناحية ، تمتص الكربون الجوي ، حتى أنها تتكاثر وسط المناخات المتغيرة. من ناحية أخرى ، يمكن أن يعانون تحت ضغط حراري أعلى ، مما يؤدي إلى تدهور قدرتها على امتصاص الكربون وقدرتها على مقاومة الجفاف. وبتمويل قدره 10.5 مليون دولار من مؤسسة الأبحاث الألمانية ، يذهب العلماء في أوروبا الآن إلى الغابات بأجهزة استشعار جديدة لفهم أفضل لكيفية تأثر الغابات بتغير المناخ.

من خلال المزج بين علوم الغابات وتكنولوجيا إنترنت الأشياء (IoT) والطائرات بدون طيار والأجهزة الأخرى ، ستحاول EcoSense تسليط الضوء على تأثيرات تغير المناخ على التفاعلات بين النباتات والتربة والغلاف الجوي. تختلف هذه التفاعلات وفقًا للأنواع والموقع وموقف الغابة ، والذي يشير إلى مجموعات الأشجار الموجودة في الغابة والتي تكون موحدة إلى حد ما في العمر والحجم والتوزيع وعوامل أخرى. ستجلب مبادرة EcoSense تقنيات جديدة لرصد الغابات بعد جهود مثل الغابة السلكية بجامعة هارفارد.

“نحن لا نفهم متى ولماذا تدفع الظواهر المناخية المتطرفة ، مثل موجات الحرارة أو الجفاف ، الأشجار المفردة أو بقع الغابات إلى ما وراء نقاط التحول الخاصة بها.”

على وجه التحديد ، سيدرس المشروع العمليات اللاأحيائية والحيوية لكربون الغابات وتبادل المياه ، وكيف يستجيب النظام البيئي للضغوط البيئية ، مما يتيح التنبؤ بالتغيرات القائمة على العمليات في وظيفة النظام البيئي واستدامته ، وفقًا لمخطط المشروع. سيتم نقل بيانات شبكة الاستشعار في الوقت الحقيقي إلى قاعدة بيانات للتحليل ونماذج محاكاة التعلم العميق لتوليد تنبؤات قصيرة ومتوسطة المدى.

“تغير المناخ له بالفعل تأثير كبير على النظم الإيكولوجية للغابات. قالت كريستيان فيرنر ، أستاذة علم وظائف الأعضاء في معهد علوم الأرض والبيئة بجامعة فرايبورغ ، “إننا نشهد زيادة في معدل وفيات الأشجار في جميع أنحاء العالم” ، مشيرة إلى آثار الجفاف الأوروبي 2018 على الأشجار. “حاليًا ، لدينا نماذج راسخة للتنبؤ بوظيفة النظام البيئي بشكل عام في ظل ظروف غير مضغوطة ، لكننا لا نفهم متى ولماذا تدفع الظواهر المناخية المتطرفة ، مثل موجات الحرارة أو الجفاف ، الأشجار المنفردة أو بقع الغابات إلى ما وراء نقاط التحول الخاصة بها.”

إنترنت الأشياء الخشبية

سيقوم فريق البحث بتجهيز عدة هكتارات جبلية من الغابة السوداء في جنوب غرب ألمانيا ، ويغطي منصات من خشب الزان النقي ، والتنوب النقي ، والأشجار المختلطة. قد يكون للتغيرات المناخية في الغابة تداعيات أوسع ؛ تعتبر الغابة ذات أهمية اقتصادية وسياحية لألمانيا ، وتشتهر بمزارعها التقليدية وساعات الوقواق ولحم الخنزير والكعك.

يمكن أن تشتمل مجموعة أدوات EcoSense على ثاني أكسيد الكربون (CO2) أجهزة الاستشعار والطائرات بدون طيار المجهزة بكاميرات وأجهزة أخرى. سينشر الفريق مبدئيًا الأجهزة المتاحة تجاريًا ثم ، اعتبارًا من عام 2024 ، يستبدلها بأجهزة استشعار دقيقة مطورة حديثًا ، سيكون بعضها مستقلاً للطاقة ، وفقًا لأولريك والراب ، الأستاذ في قسم هندسة النظم الدقيقة بجامعة فرايبورغ.

“نريد قياس تدفقات المياه ، وثاني أكسيد الكربون المميّز بالنظائر2 والمركبات العضوية المتطايرة وعلامات الإجهاد ، وكفاءة التمثيل الضوئي بشكل أساسي عن طريق تألق الكلوروفيل من التربة إلى الغلاف الجوي “. “ستتألف شبكة المستشعرات من مستشعرات جديدة ومدمجة ، وحيثما أمكن ، مستشعرات مستقلة للطاقة سيتم تطويرها في المشروع.”

قال دانيال كنيشو ، الباحث في الغابات وتغير المناخ في جامعة كيبيك في مونتريال ، والذي لا ينتمي إلى شركة EcoSense ، إن المشروع يدرس معايير مثيرة للاهتمام ينبغي أن تكون مفيدة لمجموعة متنوعة من الباحثين.

قال Kneeshaw: “كما يقترح الباحثون ، فإن ما يحدث على المستوى الخلوي عند توسيع نطاقه يمكن أن يكون له تأثيرات عميقة عبر المناطق” ، مضيفًا أنه يريد أن يعرف كيف سيتم توسيع نطاق بيانات EcoSense وتصغيرها. “سيساعدنا الفهم الأفضل للآليات على الاستعداد بشكل أفضل للتغييرات المستقبلية. وجود مثل هذه الشبكات حول العالم والحصول على علماء من الشبكات المختلفة للتحدث [about them] سيؤدي إلى نتائج وتفسيرات أكثر قوة “.

يهدف مشروع EcoSense إلى بدء نشر الدراسات في عام 2023 ، لكن بعض المجموعات التابعة له بدأت بالفعل في نشر النتائج. على سبيل المثال ، نشرت إحدى المجموعات بما في ذلك Werner ورقة بحثية عن مقياس فلور الكلوروفيل اللاسلكي المستقل الذي يقيس كفاءة التمثيل الضوئي في النباتات. مع مدى يصل إلى 10 كيلومترات ، يمكن توصيل الجهاز الجديد في أي مكان على شجرة وهو منخفض الطاقة وغير مكلف نسبيًا.

بالإضافة إلى التمويل الأولي لمدة 4 سنوات ، تمتلك EcoSense خيارًا للتمديد لمدة 4 سنوات للحصول على منظور طويل الأجل. الباحثون لديهم توقعات عالية لنتائج مهمة.

“ميزتنا الخاصة هي المواءمة الفريدة لأبحاث النظام الإيكولوجي مع تقنية النظم الدقيقة. ستفتح مبادئ الاستشعار الذاتي الموزع بابًا جديدًا لأبحاث النظام البيئي ، “قال فيرنر. “سنكتسب تغطية شاملة غير مسبوقة ، سواء على المستوى المكاني ، من الورقة إلى الغابة ، وكذلك في البعد الزمني ، من دقائق إلى سنوات ، للعمليات والتفاعلات التي تقود تدفقات الكربون والمياه ، بما في ذلك علامات الإجهاد على أنها متقلبة المركبات العضوية ومضان الكلوروفيل “.

—تيم هورنياك (تضمين التغريدة) ، كاتب علوم

الاقتباس: هورنياك ، ت. (2022) ، يجلب العلماء الغابات إلى إنترنت الأشياء ، إيوس ، 103 ، https://doi.org/10.1029/2022EO220368. نُشر في 1 أغسطس 2022.
نص © 2022. المؤلفون. CC BY-NC-ND 3.0.0 تحديث
ما لم يذكر خلاف ذلك ، الصور تخضع لحقوق التأليف والنشر. يحظر أي إعادة استخدام بدون إذن صريح من مالك حقوق النشر.

Leave a Reply

Your email address will not be published.