Дистанционно наблюдение

Дистанционното наблюдение се отнася до придобиването на данни и информация за явление и територия, без пряк контакт с него. Това е алтернатива на наблюдението in situ. Техниките за дистанционно наблюдение се използват в множество области, включително география, хидрология, екология, метеорология, океанография, глациология, геология, както и за военни цели, разузнаване, търговски, икономически, планиране и хуманитарни приложения.

Технологиите за дистанционно наблюдение могат да бъдат базирани на спътници или въздухоплавателни средства и са в състояние да откриват и класифицират обекти и характеристики на земната система чрез размножени сигнали (напр. електромагнитно излъчване). Освен това използването на безпилотни летателни апарати се появява поради данните с висока разделителна способност, които могат да бъдат събрани за кратко време за наблюдение в реално време. „Активните“ техники за дистанционно наблюдение се отнасят до сигнал, излъчван пряко от спътник или въздухоплавателно средство, който се отразява от обект и на свой ред се открива от датчика (напр. RADAR и LiDAR), докато „пасивното“ дистанционно наблюдение се отнася до датчици, които са в състояние да откриват лъчение, излъчвано или отразявано от обект или околни райони (напр. филмова фотография, инфрачервени лъчи, устройства, свързани със заряда, и радиометри).

Напоследък дистанционното наблюдение се използва за подобряване на разбирането на климатичната система и нейните промени. Тя дава възможност за наблюдение на земната повърхност, океана и атмосферата в няколко пространствено-времеви мащаби, като по този начин позволява наблюдения на климатичната система, както и за изследване на свързани с климата процеси или дългосрочни и краткосрочни явления, като например обезлесяване или тенденции на Ел Ниньо. Освен това дистанционното наблюдение е полезно за събиране на информация и данни в опасни (напр. по време на пожар) или недостъпни зони (напр. непропускливи зони). Конкретните примери за използване на дистанционно наблюдение, свързани и с практиките за адаптиране към изменението на климата, включват: i) управление на природните ресурси, ii) управление на селскостопанските практики, например свързани със земеползването, опазването на земята и въглеродните запаси в почвата, iii) тактически операции за борба с горските пожари в системи за подпомагане на вземането на решения в реално време, iv) мониторинг на земното покритие и неговите промени в различни времеви и пространствени мащаби, дори след бедствие, v) по-добре информирано управление на горите и водите, vi) оценка на въглеродните запаси и свързаната с тях динамика, vii) симулация на динамиката на климатичната система, viii) подобряване на климатичните прогнози и продуктите за метеорологичен повторен анализ, широко използвани за научни изследвания в областта на изменението на климата.

И накрая, дистанционното наблюдение може да се използва за подобряване на предупреждението и готовността, поради което е полезно и при управлението на риска от бедствия. Географските информационни системи (ГИС), използващи сателитни технологии, могат да се използват за разработване на системи за ранно предупреждение и прогнозиране с цел намаляване и управление на риска от бедствия, свързани с климата (т.е. подготовка за по-добро прогнозиране на циклони и наводнения, суши, възникване на пожари), както и за подпомагане на подготовката за действия. Технологията за дистанционно наблюдение може да бъде полезна и за откриване на щети след бедствие въз основа на сравнителен анализ на изображения преди и след бедствие. Данните и информацията от дистанционното наблюдение също са полезни за аварийните работници.

В Европа и по света съществуват разнообразни програми и инициативи за насърчаване на използването и споделянето на данни от разстояние. „Коперник“ е програмата на ЕС за наблюдение на Земята, координирана и управлявана от Европейската комисия. Тя се състои от сложен набор от системи, които събират данни от множество източници: спътници за наблюдение на Земята и in situ датчици, като наземни станции, бордови и морски датчици. „Коперник“ обработва тези данни и предоставя на ползвателите информация чрез набор от услуги, насочени към шест тематични области: земя, море, атмосфера, изменение на климата, управление на извънредни ситуации и сигурност. Услугата на „Коперник“ в областта на изменението на климата (C3S) предоставя услуги в областта на изменението на климата, които подкрепят европейските политики и действия в областта на климата, като допринасят за изграждането на по-голяма устойчивост на европейското общество в условията на предизвикан от човека променящ се климат. Глобалната система от системи за наблюдение на Земята (GEOSS) е набор от координирани, независими системи за наблюдение, информация и обработка на Земята, които осигуряват достъп до информация за публичния и частния сектор. Порталът GEOSS предлага единна точка за достъп до интернет за потребители, търсещи данни, изображения и аналитични софтуерни пакети от значение за всички части на земното кълбо.

Дистанционното наблюдение се използва за създаване на системи за подпомагане на знанията или дори вземането на решения за целеви потребители (напр. специалисти, участващи в управлението на риска от бедствия, специалисти по градоустройствено планиране, специалисти по териториално планиране, земеделски стопани и др.). Участието на крайните ползватели като заинтересовани страни по време на целия процес на проектиране и създаване на знания и продукти е от съществено значение за постигането на резултати, които действително се използват и са полезни съгласно парадигмата на съвместното производство.

Техниките за дистанционно наблюдение, и по-специално сателитните изображения, вече се използват успешно в широк спектър от области на изменението на климата, като например за: i) проучване на глобалните температурни тенденции както на повърхността на океана, така и в атмосферата, ii) откриване на промени в слънчевата радиация, засягащи глобалното затопляне, iii) мониторинг на аерозолите, концентрацията на водни пари и промените в режима на валежите, iv) проучване на динамиката на разширяването на снежната покривка и ледената покривка, v) мониторинг на промените в морското равнище и крайбрежните модификации, vi) мониторинг на състоянието и промяната на растителността, vii) мониторинг на водните ресурси и въздействието, дължащо се на суши и сухи периоди, viii) мониторинг на пожарите и емисиите от пожари, ix) прогнозиране на риска от бедствия, като циклон, наводнения и суша, x) насочване на процесите на вземане на решения относно адаптирането към изменението на климата. Използването на данни от дистанционно наблюдение се развива бързо както по отношение на наличните техники, така и по отношение на разделителната способност, а в бъдеще се очаква да се появят и други приложения, свързани с адаптирането към изменението на климата.

Въпреки това бяха изразени някои опасения във връзка с използването на дистанционно наблюдение. Проучването и наблюдението на изменението на климата изискват дългосрочни времеви серии от наблюдения, докато сателитните данни често са на разположение за краткосрочен период. Освен това някои несигурности и изкривявания на получените кадри от изображения, дължащи се на вибрации и турбуленция, могат да произтичат от предубеждения в сензорите и алгоритмите за извличане, така че използването на спътникови наблюдения в изследванията на изменението на климата изисква ясно идентифициране на такива ограничения. Други възможни ограничения включват: i) високи разходи за придобиване на данни с висока разделителна способност за въздухоплавателни средства и безпилотни летателни апарати; ii) в някои случаи ограничен достъп до необходимите технологии поради разходи или ограничения на уменията; iii) прекъсване във времето на данните за въздухоплавателните средства и спътниковите данни; докато първият може да бъде особено скъп и следователно достъпен за ограничен брой проучвания, вторият се събира на определени интервали в зависимост от времето за връщане на спътника.

Прякото наблюдение на земната повърхност обикновено е ограничено по отношение на пространственото покритие, докато техниките за дистанционно наблюдение позволяват наблюдение в по-голям мащаб. Сателитните данни имат широко покритие, многовремеви и многоспектрални възможности, като предоставят данни и информация, свързани с изменението на климата, за обширни райони. Това позволява да се подобри разбирането на климатичната система, да се проучи и прогнозира въздействието на изменението на климата върху екосистемите и да се наблюдава ефективността на приложените мерки за адаптиране.

Дистанционното наблюдение също така позволява събиране на данни в опасни или недостъпни зони, без смущения за обекта, и осигурява чести актуализации. Придобиването на данни често е по-евтино и по-бързо от директното събиране на данни от земята. Освен това използването на безпилотни летателни апарати добавя гъвкавост по отношение на наблюдението на времето и пространството и предимството, че няма рискове за хората.

Цената на сателитните изображения варира в зависимост от пространствената разделителна способност. Архивните изображения с ниска разделителна способност (> 10 m) обикновено са безплатни, докато цената се увеличава от 1 до 8 $ на km ^2, преминавайки от 5-10 m разделителна способност до 0,3-1 m разделителна способност (по цени от 2019 г.; вж. например Geocento). Разходите са малко по-високи за изображения, направени от самолети и безпилотни летателни апарати; това последното може да се стигне до резолюция < 0.05 m. Разбира се, цените се увеличават, ако се изискват персонализирани изображения. Необходими са и ресурси за обработка на данни и разработване на приложения. И накрая, необходими са достатъчно умения и капацитет за използване на данни от дистанционно наблюдение.

Времето за изпълнение се отнася до обработката на данни и предоставянето на окончателни знания или продукти. Това до голяма степен зависи от специфичния обхват и използването на техники за дистанционно наблюдение, равнището на наличните умения, наличието на необходимите инструменти и сътрудничеството между различните участващи заинтересовани страни.

Използването на техники за дистанционно наблюдение за изучаване на изменението на климата и за подпомагане на определянето на действия за смекчаване и адаптиране към изменението на климата може да се извърши както в краткосрочен, така и в дългосрочен план.