استكشف إحدى نقاط التنوع البيولوجي باستخدام التحليل الطيفي للتصوير

استخدم مهاراتك لاستكشاف الحياة على الأرض! بيانات الطيفية التصويرية الجديدة من ناسا تعزز بشكل كبير قدرتنا على قياس ومراقبة التنوع البيولوجي من الفضاء.

تحديك هو استخدام بيانات الطيفية التصويرية المتاحة للجمهور لتوصيف ورسم خريطة لنقطة تنوع بيولوجي في جنوب إفريقيا.


الخلفية




تزودنا تكنولوجيا ناسا المتطورة بأدوات دائمة التحسن لاستكشاف الحياة على الأرض وتقييم إمكانات الكواكب الأخرى لدعم الحياة والحفاظ عليها. يتيح التنوع البيولوجي العمليات الأساسية للحفاظ على الحياة على الأرض، بما في ذلك تنظيم المناخ، وتنقية الهواء والماء، ودورة المغذيات، والمزيد. يتماشى تركيز ناسا على التنوع البيولوجي مع مهمتها المتمثلة في دراسة أنظمة الأرض المعقدة المترابطة ودعم صحة الكوكب واستدامته على المدى الطويل.

تلتقط أجهزة قياس الطيف التابعة لناسا بصمات طيفية مفصلة لسطح الأرض بدقة عالية، وهو ما يتجاوز قدرات البيانات التي توفرها طرق الاستشعار عن بعد التقليدية. على سبيل المثال، تستخدم وكالة ناسا حاليًا مقاييس الطيف مثل EMIT (تحقيق مصدر الغبار المعدني لسطح الأرض) في محطة الفضاء الدولية لالتقاط الضوء المنعكس من سطح الأرض. على عكس الصورة الرقمية العادية، يحتوي كل بكسل من بيانات EMIT على توقيع طيفي مفصل مع مئات من النطاقات الضيقة المتجاورة - وهي بصمة لنظام الأرض. توفر هذه الكمية الهائلة من المعلومات فرصًا لرسم الخرائط أكثر من طرق الاستشعار عن بعد التقليدية، والتي غالبًا ما تلتقط عددًا قليلاً فقط من النطاقات العريضة (على سبيل المثال، الأشعة تحت الحمراء القريبة، والأحمر، والأخضر، والأزرق). يتم تحديد التوقيع الطيفي التفصيلي لكل موقع من خلال المكونات الحيوية وغير الحيوية الموجودة في البكسل. على سبيل المثال، تمتلك أشجار البلوط والصنوبر بصمات طيفية مختلفة، وكذلك الأنواع المختلفة من التربة والمياه والمواد البشرية المنشأ. تسمح لنا هذه الاختلافات بالتمييز بين أنظمة بيئية محددة، ومسح أنواع النباتات، وقياس السمات الوظيفية للنبات (مثل كمية النيتروجين الموجودة في المظلة)، أو حتى التمييز بين أنواع العوالق النباتية الموجودة في الماء.

قبل إرسال أجهزة قياس الطيف إلى الفضاء، تقوم ناسا باختبار هذه الأدوات من خلال إجراء حملات ميدانية تجمع في الوقت نفسه الملاحظات التي تم الحصول عليها من الأجهزة الموجودة في الطائرات والملاحظات التي التقطها العلماء على الأرض. تُستخدم هاتان المجموعتان من الملاحظات المتزامنة للتحقق من صحة البيانات المستشعرة عن بعد وفهم ما يمكننا ملاحظته من الأعلى.

خلال هذا الهاكاثون، سيكون مسح التنوع البيولوجي التابع لوكالة ناسا في كيب (BioScape) على قدم وساق، حيث سيتم تحليق أدوات ناسا على الطائرات ونشر فرق ميدانية لجمع البيانات في منطقة كيب فلوريست ذات التنوع البيولوجي بشكل استثنائي في جنوب أفريقيا. الهدف الأساسي لـ BioScape هو فهم بنية ووظيفة وتكوين النظم البيئية في المنطقة، ويهدف إلى معرفة كيف ولماذا تتغير في الزمان والمكان، على الأرض وفي الماء. تشمل موضوعات أبحاث BioScape ما يلي:

1.توزيع ووفرة التنوع البيولوجي
2.دور التنوع البيولوجي في وظائف النظام البيئي
3.ردود الفعل بين التغير العالمي وتغير التنوع البيولوجي وخدمات النظام البيئي


الأهداف


التحدي الذي يواجهك هو استخدام بيانات التصوير الطيفي المتاحة للجمهور لتوصيف ورسم خريطة للمعلومات حول التنوع البيولوجي في منطقة كيب فلوريست في جنوب أفريقيا. يجوز لك استخدام البيانات المتاحة للعامة من أجهزة استشعار NASA (بما في ذلك EMIT)، والعلماء المواطنين، ومصادر أخرى موثوقة.

هل أنت مستعد لحل هذا التحدي؟ هل يمكنك استخدام البيانات لرسم خريطة للمجتمعات النباتية أو مجتمعات العوالق النباتية؟ هل يمكنك توضيح سبب تواجد أنواع معينة في بعض المواقع دون غيرها؟ هل يمكنك تحديد كيفية مساهمة بعض النظم البيئية (أو مكونات النظام البيئي) في سبل عيش الإنسان أو الاستجابة للتغير العالمي؟ هل يمكنك استخدام بيانات التحليل الطيفي للتصوير لإنشاء تصور مقنع للتنوع البيولوجي في هذه المنطقة؟ هذا التحدي المفتوح ليس له حدود!


اعتبارات محتملة

يفضل ولكن غير الزامي مراعاة ما يلي:

يحتوي مجال BioSCape على مربع محيط مستطيل لخط العرض/خط الطول (WGS84) يتكون من:
xmin=16.2، ymin=-35.56، xmax=27.76، ymax= -27.72.

[أدخل الصورة]


الشكل 1: خريطة توضح نطاق BioScape في جنوب أفريقيا. الصورة تم إنشاؤها بواسطة فريق BioSCape باستخدام خريطة الأساس "صور العالم" ESRI.

نصائح للحصول على بيانات EMIT واستخدامها:

تعد بيانات التصوير الطيفي لـ EMIT (انظر الموارد) جديدة نسبيًا (تم إطلاق EMIT في أواخر عام 2022) وتتطلب معالجة مسبقة لمعظم التحليلات.

أصدر فريق NASA EMIT سلسلة دروس EMIT Data (انظر الموارد) مع موضوعات حول تحويل بيانات EMIT إلى تنسيق ENVI (بيئة لتصور الصورة)، وتقويم، واستخراج بيانات النقطة/المنطقة، واستخدام المعلومات حول جودة بيانات EMIT لإزالة ملاحظات صاخبة.

من الممكن أيضًا الوصول مباشرةً إلى بيانات EMIT من خلال Amazon S3؛ تحقق من سلسلة دروس EMIT Data (انظر الموارد) للحصول على الاتجاهات.

يمكنك أيضًا استخدام واجهة برمجة التطبيقات (API) لمستودع البيانات التعريفية المشتركة (CMR) التابع لناسا (انظر الموارد) للحصول على بيانات EMIT.

فيما يلي بعض الأساليب الممكنة التي يمكنك استخدامها لمواجهة هذا التحدي:

التنوع الطيفي: استخدم التباين المكاني للانعكاس كبديل للتنوع البيولوجي على الأرض أو في الماء لاستكشاف المناطق التي تتمتع بتنوع أكبر على سطح الأرض.

رسم خرائط الموائل: تحديد الموائل المختلفة على الأرض أو في الماء ورسم خريطة توزيعها، وبالتالي توفير نظرة ثاقبة لتنوع الأنواع التي تعيش في هذه المناطق.

رسم خرائط توزيع الأنواع: دمج البيانات الشبكية مع معلومات أخرى حول أماكن عيش أنواع معينة من الاهتمام بالحفظ لتحديد موائلها وإرشاد جهود الحفظ.

مراقبة صحة النظام البيئي: قياس صحة النظام البيئي من خلال تحديد التباين في جودة المياه، وتمييز مصادر المياه وتوافرها، وحساب حرائق الغابات، وتحديد مناطق تغير الغطاء الأرضي، ومراقبة تأثير تغير المناخ.

التواصل وسرد القصص: قم بإنشاء أجهزة مرئية أو غيرها من أجهزة سرد القصص التي تساعد على توصيل المعلومات حول التنوع البيولوجي من منطقة كيب فلوريست إلى جمهور واسع. يمكنك تطوير خرائط تفاعلية تسمح للمستخدمين باستكشاف الموائل المختلفة وتوزيعات الأنواع وديناميكيات النظام البيئي أو التصور الإبداعي للتوقيعات الطيفية.

يمكن أن تشمل حلول هذا التحدي ما يلي:
موقع يلخص تحليلك ويعرض النتائج

دفتر ملاحظات للبرمجة (jupyter/markdown/quarto/إلخ.) يتضمن التعليمات البرمجية المستخدمة لإنشاء خرائط أو صور أو تصورات أخرى

الصور الفنية أو عروض التصوير الطيفي والتنوع البيولوجي في هذه المنطقة.

للحصول على البيانات والمصادر المتعلقة بهذا التحدي، راجع علامة التبويب "المصادر" في أعلى الصفحة. يمكن إضافة المزيد من المصادر قبل بدء الهاكاثون.