اكتشف دور الغازات المسببة للاحتباس الحراري في منطقتك!

تتفاعل انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري الناجمة عن أنشطة الإنسان والأنظمة الطبيعية التي تنتج وتمتص الغازات المسببة للانحباس الحراري (المصادر والمصارف) بطريقة معقدة للمساهمة في تغير المناخ العالمي. ومع تسابق صناع السياسات والمواطنين لمكافحة تغير المناخ، فإن فهم هذا التفاعل أصبح أكثر أهمية من أي وقت مضى. ويتمثل التحدي الذي تواجهه في استخدام مجموعة من مجموعات البيانات المستندة إلى الأقمار الصناعية والنماذج لرسم خريطة لانبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري الناجمة عن أنشطة الإنسان والطبيعية لتمكين فهم أفضل لكيفية مساهمة هذه الانبعاثات في ارتفاع درجة حرارة العالم.

الخلفية
إن الانبعاثات البشرية من الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي، وأبرزها ثاني أكسيد الكربون والميثان، هي المحرك الرئيسي لتغير المناخ. وقد أدى هذان الغازان معًا إلى زيادة قدرة الغلاف الجوي على حبس الحرارة بنسبة 80% مقارنة بأوقات ما قبل الصناعة. وبسبب زيادة تركيزات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي، كانت السنوات العشر الماضية هي الأكثر دفئًا على الإطلاق، مما أدى إلى تغيرات في الطقس المتطرف وارتفاع مستويات سطح البحر وزيادة التهديدات للأمن الغذائي والمائي في العديد من المناطق. ويهدف مركز الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي في الولايات المتحدة، وهو جهد مشترك بين الوكالات بدأه البيت الأبيض في عام 2023، إلى جعل البيانات المتعلقة بتغير المناخ متاحة للجميع. ويركز المركز حاليًا على ثلاثة موضوعات رئيسية.

الموضوع 1: الانبعاثات الناجمة عن الأنشطة البشرية

ثاني أكسيد الكربون: ثاني أكسيد الكربون (CO2) هو غاز دفيئة مهم يأتي من استخراج وحرق الوقود الأحفوري (مثل الفحم والنفط والغاز الطبيعي)، ومن حرائق الغابات، ومن العمليات الطبيعية مثل الانفجارات البركانية. منذ بداية العصر الصناعي في القرن الثامن عشر، أدت الأنشطة البشرية إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنسبة 50٪ - مما يعني أن كمية ثاني أكسيد الكربون الآن 150٪ من قيمتها في عام 1750. هذا الارتفاع الناجم عن الأنشطة البشرية أكبر من الزيادة الطبيعية التي لوحظت في نهاية العصر الجليدي الأخير، قبل 20000 عام.

الميثان: غاز دفيئة قوي، الميثان (CH4) مسؤول عن حوالي ثلث الاحتباس الحراري العالمي الناتج عن الأنشطة البشرية. كما يحبس الميثان المزيد من الحرارة مقارنة بثاني أكسيد الكربون وله عمر أقصر نسبيًا في الغلاف الجوي، مما يجعل العثور على انبعاثات الميثان والحد منها أحد أفضل الفرص للحد من تغير المناخ. إن تحديد مصادر انبعاثات الميثان في الولايات المتحدة ورسم خرائط لها من شأنه أن يوفر رؤى ثاقبة حول اتجاهات الانبعاثات الأخيرة وتحسين التقديرات الوطنية. كما تسمح الخرائط التفصيلية بإجراء مقارنات أكثر مباشرة بين انبعاثات الميثان من المخزونات وتلك المحسوبة من الملاحظات الجوية، وبالتالي المساعدة في تحسين المعلومات المستخدمة لتتبع التقدم نحو أهدافنا المناخية الجماعية.

المزيد من المعلومات متاحة على موقع مركز غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة.

الموضوع 2: مصادر غازات الاحتباس الحراري الطبيعية ومصارفها

امتصاص الانبعاثات بواسطة الأنظمة الطبيعية: تمثل الزيادة في ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي توازناً بين انبعاثات الوقود الأحفوري ومصارف الكربون في الأرض والمحيط، والتي تمتص حوالي نصف الانبعاثات البشرية كل عام. وبدون هذه المساعدة القيمة من العالم الطبيعي، فإن ثاني أكسيد الكربون سوف يتراكم في الغلاف الجوي بسرعة أكبر بكثير، مما يؤدي إلى تسريع المخاطر التي يفرضها تغير المناخ. ومع ذلك، فإن العلماء غير متأكدين من المدة التي قد يستمر فيها هذا "الخصم" بنسبة 50٪ على انبعاثات ثاني أكسيد الكربون لأن النظم البيئية مهددة بحرائق الغابات والجفاف والفيضانات وغيرها من المخاطر المرتبطة بالمناخ.

انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من الأنظمة الطبيعية: على الرغم من أن غاز الميثان ينبعث من مجموعة متنوعة من الأنشطة البشرية (إنتاج واستخدام النفط والغاز الطبيعي، والزراعة، والنفايات)، فإن حوالي 30٪ من الانبعاثات العالمية تأتي من مصادر طبيعية. يمكن أن تزيد الانبعاثات من المصادر الميكروبية مثل الأراضي الرطبة مع ارتفاع درجات الحرارة العالمية وتهديد صحة العديد من المناطق الساحلية الرطبة بسبب ارتفاع مستويات سطح البحر.

التحدي السياسي والعلمي: يعتمد المسار لمعالجة تغير المناخ على الحد من الانبعاثات الناجمة عن الإنسان والحفاظ على أو حتى تعزيز قدرة أحواض الكربون الطبيعية على إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. لتمكين صناع السياسات من تحديد أهداف خفض الانبعاثات التي تحد من الانحباس الحراري وإدارة النظم البيئية الحرجة التي ساعدت في إبطاء تغير المناخ حتى الآن، هناك حاجة ماسة إلى معلومات عالية الجودة ومفصلة مكانيًا حول موقع المصادر الطبيعية والأحواض ومدى ضعفها في جميع أنحاء العالم.

يتوفر المزيد من المعلومات على موقع مركز غازات الاحتباس الحراري الأمريكي.
الموضوع 3: أحداث الانبعاثات الكبيرة

انبعاثات الميثان: الميثان غاز قابل للاشتعال وغير مرئي للعين البشرية. يحتوي الغاز الطبيعي على نسبة ميثان تصل إلى حوالي 95% في الولايات المتحدة. ولأنه يستخدم على نطاق واسع في التدفئة والطهي، فهناك أنظمة توزيع للغاز الطبيعي في جميع أنحاء مدننا وبلداتنا. وفي حين تأتي معظم انبعاثات الميثان من قطاع النفايات (مكبات النفايات ومعالجة مياه الصرف الصحي) والزراعة (زراعة الماشية والأرز)، فإن الميثان ينطلق أيضًا أثناء تعدين الفحم وإنتاج ونقل ومعالجة النفط والغاز الطبيعي.

تسربات الميثان: تمكن أنشطة منع انبعاثات الميثان مثل اكتشاف التسرب وإصلاحه من التخفيف من الانبعاثات. يمكن أن يساعد حرق الميثان عن طريق الحرق - وهي تقنية تُستخدم غالبًا أثناء عملية استخراج النفط وتكريره - في القضاء على انبعاثات الميثان، ولكنه يخلق ثاني أكسيد الكربون، وهو أيضًا غاز دفيئة، ولكنه مساهم أقل قوة في تغير المناخ من الميثان. على نحو متزايد، تقوم الكيانات الصناعية مثل مكبات النفايات ومنظمات إدارة مياه الصرف الصحي باحتجاز الميثان الذي تنتجه وحرقه إما لتوليد الكهرباء أو لمنعه من دخول الغلاف الجوي. يمكن أن تؤدي هذه الممارسة أيضًا إلى تقليل الغازات السامة مثل البنزين التي غالبًا ما تحدث مع الميثان.

يتوفر المزيد من المعلومات على موقع مركز غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة.

الموضوع 3: أحداث الانبعاثات الكبيرة

انبعاثات الميثان: الميثان غاز قابل للاشتعال وغير مرئي للعين البشرية. يحتوي الغاز الطبيعي على نسبة ميثان تبلغ حوالي 95% في الولايات المتحدة. ولأنه يستخدم على نطاق واسع في التدفئة والطهي، فهناك أنظمة توزيع للغاز الطبيعي في جميع مدننا وبلداتنا. وفي حين أن معظم انبعاثات الميثان تأتي من قطاع النفايات (مكبات النفايات ومعالجة مياه الصرف الصحي) والزراعة (زراعة الماشية والأرز)، فإن الميثان ينبعث أيضًا أثناء تعدين الفحم وإنتاج ونقل ومعالجة النفط والغاز الطبيعي.

تسربات الميثان: تعمل أنشطة منع انبعاثات الميثان مثل اكتشاف التسرب وإصلاحه على تمكين التخفيف من الانبعاثات. إن حرق الميثان عن طريق الحرق - وهي تقنية تُستخدم غالبًا أثناء عملية استخراج النفط وتكريره - يمكن أن يساعد في القضاء على انبعاثات الميثان، لكنه يخلق ثاني أكسيد الكربون، وهو أيضًا غاز دفيئة، ولكنه مساهم أقل فعالية في تغير المناخ من الميثان. على نحو متزايد، تقوم الكيانات الصناعية مثل مكبات النفايات ومنظمات إدارة مياه الصرف الصحي باحتجاز الميثان الذي تنتجه وحرقه إما لتوليد الكهرباء أو لمنعه من دخول الغلاف الجوي. يمكن أن تقلل هذه الممارسة أيضًا من الغازات السامة مثل البنزين التي تحدث غالبًا مع الميثان.

يتوفر المزيد من المعلومات على موقع مركز غازات الاحتباس الحراري الأمريكي.

الأهداف

يتمثل التحدي الخاص بك في استخدام مجموعة من مجموعات البيانات المستندة إلى الأقمار الصناعية والنماذج لرسم خريطة لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناجمة عن الإنسان والطبيعية لتمكين فهم أفضل لكيفية مساهمة هذه الانبعاثات في عالم أكثر دفئًا. من خلال استخدام مجموعات مبتكرة من بيانات الأقمار الصناعية والنماذج، يمكن لمشروعك تمكين رؤى وأساليب جديدة تساعد المستخدمين - بما في ذلك المجتمعات وصناع القرار - على فهم أفضل لمجالات التركيز الثلاثة الموضحة أعلاه (انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الناجمة عن الإنسان، والمصادر الطبيعية ومصارف انبعاثات غازات الاحتباس الحراري، وأحداث انبعاثات غازات الاحتباس الحراري الكبيرة).

هناك طرق عديدة للتعامل مع هذا التحدي (انظر الاعتبارات المحتملة أدناه لبعض الأساليب النموذجية التي يمكنك اتباعها). هل تعكس خرائطك البيانات على نطاق الحي أو على نطاق عالمي؟ فكر في كيفية المساعدة في توفير معلومات عالية الجودة عن غازات الاحتباس الحراري لصناع القرار لمساعدتهم في مكافحة تغير المناخ.

يمكنك استخدام مجموعات البيانات المقدمة على بوابة بيانات مركز غازات الاحتباس الحراري وإذا اخترت ذلك، يمكنك الجمع بين هذه البيانات ومعلومات الأقمار الصناعية الإضافية لتوفير بيانات ذات دقة مكانية أعلى مطلوبة لتطبيقات سياسية وعلمية معينة.

اعتبارات محتملة

يمكنك (ولكن ليس مطلوبًا منك) مراعاة ما يلي:

اعتبارات عامة:

إن تنسيق الخرائط على بوابة بيانات مركز غازات الاحتباس الحراري - على سبيل المثال، الخرائط الجغرافية المحسنة للسحابة مع البيانات الوصفية التي تصف الميزات الأساسية للبيانات بما في ذلك الوحدات والتردد الزمني والدقة المكانية - مفيد للغاية. فكر في استخدام تنسيق مماثل لخرائطك.

لا تنس استخدام أساليب قابلة للتتبع وموثقة جيدًا وبيانات مفتوحة المصدر لتطوير الحل الخاص بك.

فكر في كيفية ضمان الحفاظ على الكتلة الإجمالية للانبعاثات بدقة على المستوى الإقليمي والعالمي. على سبيل المثال، إذا تم إعادة تخصيص تقدير 50 ​​كيلومترًا لانبعاثات الأراضي الرطبة إلى 500 مليون بكسل باستخدام بيانات الأقمار الصناعية، فيجب أن تضيف الانبعاثات ذات الدقة الأعلى إلى الإجماليات الأصلية.

يجب الحرص على التأكد من أن أساليب خفض الحجم تقدم نتائج معقولة وسليمة في المناطق المعقدة - على سبيل المثال، في المدن وحولها وبالقرب من السواحل.

اعتبارات للموضوع 1: الانبعاثات الناجمة عن أنشطة بشرية. تشمل الأساليب والاعتبارات المحتملة لفئة الانبعاثات الناجمة عن أنشطة بشرية ما يلي:

إضافة عناصر واجهة المستخدم الرسومية (GUI) (على سبيل المثال، الرموز والقوائم) إلى أدوات بايثون حتى يتمكن المستخدمون من تشغيل الأدوات دون معرفة بايثون.

تطوير أداة حيث يقوم المستخدمون بإدخال بلد والحصول على إجمالي انبعاثات البلد.
بما في ذلك التحديثات التلقائية للأعمدة المكتشفة فوق منطقة معينة. يمكن للنظام إرسال تنبيهات للمستخدمين بالمعلومات إذا تم اكتشاف عمود في المنطقة.

إنشاء أداة رسم خرائط تسمح بعرض صور الأعمدة في بيئة جغرافية مكانية مع معلومات خطوط العرض والطول التي قد تسمح للمستخدمين بالعثور على مصدر الأعمدة في الوقت الفعلي.

دمج أدوات رسم الخرائط الأخرى التي يمكنها سحب البيانات من مركز غازات الاحتباس الحراري في الولايات المتحدة ورسم البيانات. تشمل الميزات الإضافية التي يجب مراعاتها السماح بتراكب ودمج مجموعات البيانات.

اعتبارات للموضوع 2: المصادر الطبيعية والمصارف. تشمل الأساليب والاعتبارات المحتملة لفئة المصادر الطبيعية والمصارف ما يلي:

توفير تبادل عالي الجودة بين الأرض والغلاف الجوي لانبعاثات ثاني أكسيد الكربون أو الميثان من الأراضي الرطبة على مقاييس مكانية لإدارة الأراضي (أدق من 1 كم) باستخدام بيانات مفتوحة المصدر ومبادئ علمية.

نظرًا لأنه لا يمكن قياس انبعاثات غازات الاحتباس الحراري بشكل مباشر إلا على مقاييس محلية للغاية، يتم حساب تقديرات المصدر والمصرف المقدمة على بوابة البيانات بواسطة نماذج رقمية متقدمة، والتي تعمل على مقاييس مكانية أكثر خشونة. تجمع أساليب "التقليص" بين تقديرات النماذج ذات الدقة الأكثر خشونة وبيانات الأقمار الصناعية ذات الدقة الأكثر دقة للمتغيرات ذات الصلة (على سبيل المثال، خضرة الغطاء النباتي، ونوع سطح الأرض، والمنطقة المغمورة) لإنشاء مجموعات بيانات ذات دقة أعلى يحتاجها العديد من المستخدمين. غالبًا ما تستفيد مثل هذه المنتجات من الذكاء الاصطناعي أو التعلم الآلي (AI/ML)، على الرغم من عدم الحاجة إلى مثل هذه الأساليب.

يمكنك تطوير حل يستخدم بيانات عالمية أو يحلل منطقة أصغر ذات أهمية (على سبيل المثال، بلدك الأصلي أو ولايتك أو معلم مفضل).

الاعتبارات الخاصة بالموضوع 3: أحداث الانبعاثات الكبيرة. تشمل الأساليب والاعتبارات المحتملة لفئة أحداث الانبعاثات الكبيرة ما يلي:

توفير تحديثات تلقائية لبيانات عمود الميثان في برنامج التحقيق في مصدر الغبار المعدني على سطح الأرض (EMIT) التابع لوكالة ناسا استنادًا إلى موقع محدد من قبل المستخدم، مثل ولاية أو بلد أو مربع حدود محدد. يمكن تنبيه المستخدمين إلى ملاحظات عمود الميثان الجديدة للموقع محل الاهتمام، بما في ذلك العمود المرئي وتاريخ/وقت الملاحظة.

دمج التوليد التلقائي لرسوم متحركة للعمود تُظهر تطور العمود بمرور الوقت (أي دوران العمود، وتغير الأحجام، والتقطع مقابل الاستمرار).

التعاريف (مقتبسة من وكالة ناسا والهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ)

الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي (GHGs): الغازات الموجودة في الغلاف الجوي والتي تحبس الحرارة من الشمس.

الوقود الأحفوري: أي رواسب هيدروكربونية (مادة كيميائية تحتوي فقط على الكربون والهيدروجين) يمكن حرقها للحصول على الحرارة أو الطاقة، مثل البترول والفحم والغاز الطبيعي.

ثاني أكسيد الكربون (CO2): غاز يحدث بشكل طبيعي، وهو أيضًا منتج ثانوي لحرق الوقود الأحفوري (مثل النفط والغاز والفحم)، وحرق الكتلة الحيوية، وتغيرات استخدام الأراضي (LUCs) والعمليات الصناعية (مثل إنتاج الأسمنت). وهو الغاز الرئيسي الذي يساهم في تغير المناخ.

الميثان (CH4): غاز دفيئة وهو المكون الرئيسي للغاز الطبيعي ويرتبط بجميع أنواع الوقود الهيدروكربوني. كما تحدث انبعاثات كبيرة من الميثان بسبب الإنسان نتيجة لبعض الأنشطة الزراعية. كما يتم إنتاج الميثان بشكل طبيعي حيث تتحلل المادة العضوية في ظل ظروف لا هوائية (بدون أكسجين)، مثل الأراضي الرطبة.

مصدر غازات الدفيئة: أي شيء يطلق غازات الدفيئة في الغلاف الجوي. على سبيل المثال، يعد حرق الوقود الأحفوري مصدرًا لانبعاثات غازات الدفيئة.

مصرف غازات الدفيئة: أي شيء يزيل غازات الدفيئة من الغلاف الجوي. على سبيل المثال، تقوم النباتات - من خلال التمثيل الضوئي - بتحويل ثاني أكسيد الكربون في الهواء إلى مادة عضوية، والتي إما تبقى في النباتات أو يتم تخزينها في التربة. وبالتالي، فإن النباتات عبارة عن مصرف لثاني أكسيد الكربون.

ميزانية الكربون:

ميزانية الكربون العالمية: تقييم مصادر الكربون العالمية والمصارف، والتغيير الناتج في تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

ميزانية الكربون الإجمالية: الحد الأقصى لكمية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية الصافية الناجمة عن الأنشطة البشرية والتي من شأنها أن تؤدي إلى الحد من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي إلى مستوى معين.

تقديرات من أعلى إلى أسفل: تقديرات المصدر والمصرف المستمدة من الملاحظات الجوية.

تقديرات من أسفل إلى أعلى: تقديرات المصدر والمصرف المستمدة من نماذج الأرض والمحيط أو بيانات النشاط.

التدفقات الجانبية: تدفق الكربون بين أنواع مختلفة من المصادر والمصارف (على سبيل المثال، التدفق الجانبي للمنتجات الزراعية من النمو إلى الاستهلاك، ونقل الكربون من التربة عبر الأنهار من الأرض إلى أنظمة المحيطات).

للحصول على البيانات والموارد المتعلقة بهذا التحدي، راجع علامة التبويب "الموارد" في أعلى الصفحة. قد تتم إضافة المزيد من الموارد قبل بدء الهاكاثون.