نقش GIS در تحقیقات محیط زیست، مدیریت و برنامه ریزی

ارزش GIS برای حل مسائل محیط زیستی و تصمیم گیری با افزایش مقیاس و پیچیدگی مشکلات محیط زیستی افزایش می‌یابد. چالش‌های کنونی جامعه مانند گرم شدن زمین، کمبود منابع و از بین رفتن تنوع زیستی مستلزم ادغام طیف وسیعی از داده‌ها و اطلاعات، پرداختن به مشکلات دیدگاه‌های مختلف و ارزیابی راه حل‌های جایگزین به صورت جامع، سیستماتیک، تحلیلی و بصری است. GIS ابزارهای کامپیوتری برای سازماندهی و یکپارچه سازی داده ها، شناخت الگوهای مکانی و تجسم الگوها و فرایندهای مکانی را فراهم می‌کند که تصمیم گیرندگان را قادر به حل این چالش‌ها و قضاوتهای موثر نموده‌اند و این امکان را فراهم می‌کند تا انواع مختلف داده‌های مربوط به مشکلات زیست محیطی و زمینه‌های جغرافیایی آنها با هم در نظر گرفته شوند، در نتیجه تجزیه و تحلیل مشکلات با عمق بیشتر و دامنه وسیع تری انجام می‌شود.  اساساً GIS با فرآیندها و الگوهای محیطی به شیوه توزیع شده از نظر مکانی در ارتباط است. به عبارت دیگر GIS از داده‌های مکانی برای توصیف، جستجو، تحلیل و مدل‌سازی تغییرات مکانی، فرآیندها و روابط مکانی پدیده‌های محیطی در زمان‌ها و مقیاس‌های مکانی مختلف، از محلی (مانند یک میدان یا یک منطقه جنگلی) تا منطقه‌ای استفاده می‌کند (مانند حوضه آبریز در مقیاس جهانی). محدوده بسیار متنوعی از کاربردهای محیط زیستی GIS وجود دارد که بستگی به حوزه محیطی خاص مثل جو، بیوسفر، هیدروسفر یا لیتوسفر و موضوع محیط زیستی خاص تحت بررسی است. با این حال نقش سیستم اطلاعات جغرافیایی در تحقیقات، مدیریت و برنامه ریزی محیط زیست را می‌توان به سه دسته تعمیم داد :

1. موجودی و نظارت
2. تجزیه و تحلیل و مدلسازی
3. تجسم و ارتباط

موجودی و نظارت

یک اصل پذیرفته شده که داده‌ها و اطلاعات محیط زیستی در مقیاس مکانی مناسب برای پشتوانه تصمیم گیری پیچیده در مدیریت و برنامه ریزی محیطی مورد نیاز است. مجموعه ای از داده‌های محیطی مربوط به یک منطقه جغرافیایی خاص را فهرست محیط زیستی می‌گویند. به عنوان مثال می‌توان به منابع و ابعاد زمین، تالاب، حیات وحش، آلاینده‌های موجود و رانش زمین اشاره کرد. موجودی محیطی معمولاً شامل داده‌هایی است که ویژگی‌های موضوعی و مکانی پدیده‌ها یا منابع محیطی را نشان می‌دهد. به عنوان مثال فهرست انتشارات هوا یک پایگاه داده، حاوی اطلاعات دقیق در مورد آلاینده‌هایی است که توسط هر نوع منبع در طول دوره معین و در مکان خاص به اتمسفر منتشر می‌شوند. فهرست موجودی جنگل حاوی داده‌های ویژگی جنگل برای هر توده جنگلی در منطقه معین است، از جمله ویژگیهای توده یک شناسه منحصر به فرد، سن توده، گونه‌های توده، اندازه توده، پوشش ساقه بلند، نوع خاک، سطح شناسایی (روش کاربردی برای موجودی توده) و سایر ویژگی‌ها یا متغیرهای جنگل بسته به هدف موجودی می‌باشد. نقشه‌ها، تصاویر و داده‌های جدولی مرتبط، محور اکثر موجودی‌های محیطی هستند. به طور سنتی موجودی‌های محیط زیستی در نقشه‌های کاغذی، شامل عکس‌های ارتوگرافی و صفحات شمارش ذخیره می‌باشد و با عکاسی هوایی، روش نمونه گیری میدانی و پیش نویس دستی به روز می‌شود.

GIS برای ذخیره، سازماندهی، مستندسازی، بازیابی، ادغام، جمع بندی، به روز رسانی و نقشه برداری از داده‌های موجودی محیطی از دهه ۱۹۶۰ استفاده می‌شود، زمانی که سیستم‌های اولیه GIS عمدتا برای موجودی زمین و منابع طبیعی توسعه یافته بودند. GIS مدرن نه تنها ابزارهای مدیریت پایگاه داده مکانی را برای گردآوری، مدیریت و نگهداری موجودی‌های محیطی فراهم می‌کند بلکه امکان استفاده از داده‌های منبع جایگزین مانند تصاویر ماهواره ای دیجیتال پر وضوح و داده‌های لیدار را نیز فراهم می‌کند تا به طور اتوماتیک داده‌های موجودی را در حجم وسیع و یا منطقه غیرقابل دسترس که جمع آوری آن از طریق روشهای سنتی موجود و نقشه برداری امکان پذیر نیست ثبت نماید.

موجودی محیط زیستی مبتنی بر GIS گزارش دقیق محیط زیستی را با جمع آوری داده‌های مطلوبتر تضمین می‌کند و از نظارت بر متغیرهای کلیدی محیطی که برای مدیریت منابع و محیط زیست ضروری است پشتیبانی می‌کند. موجودی محیطی اغلب پایه ای برای آنالیز و مدلسازی محیط است.

تجزیه و تحلیل و مدل سازی

تجزیه و تحلیل محیطی و مدلسازی با GIS با فرآیند بکارگیری ابزارهای تحلیلی GIS خاص در داده‌های محیطی همراه است. GIS طیف وسیعی از قابلیت‌های تجزیه و تحلیل داده‌های مکانی را فراهم می‌کند، همانطور که در بخش ۱-۱ بحث شد. آنها برای تجزیه و تحلیل توصیفی، مدلسازی، پیش بینی و تجزیه و تحلیل تصمیم گیری استفاده می‌شوند.

تجزیه و تحلیل توصیفی سعی می‌کند داده‌های محیطی را برای الگوها، روندها، همبستگی‌ها یا سایر روابط بررسی کند. GIS یک ابزار انعطاف پذیر برای تجزیه و تحلیل توصیفی است. مثلا ممکن است داده‌های خاک در یک منطقه معین را از پایگاه داده GIS بازیابی کرده و روی نقشه نمایش دهد که از آن الگوی مکانی خاکهای منطقه را می‌توان بصری بررسی نمود.  می‌توان از GIS برای تهیه سریع نقشه بارش بر اساس داده‌های اندازه گیری شده در مجموعه ایستگاه‌های اندازه گیری باران در یک زمان خاص استفاده نمود. اگر مجموعه ای از نقشه‌های بارندگی برای زمانهای مختلف تولید شود، می‌توان آنها را روی یکدیگر پوشاند که این امکان را می‌دهد روند زمانی بارندگی در منطقه را در مدت زمان معین تحلیل کرد. همچنین ممکن است از GIS برای پوشاندن نقشه خاک، ارتفاع و بارندگی از همان منطقه برای تجزیه و تحلیل بصری روابط بین خاک استفاده کرد، همچنین ممکن است از GIS برای پوشاندن نقشه خاک ، نقشه ارتفاع و نقشه بارندگی از همان منطقه برای تجزیه و تحلیل بصری روابط بین خاک ، ارتفاع و توزیع بارندگی استفاده کنیم. تجزیه و تحلیل توصیفی با GIS به دنبال توصیف ، اندازه گیری و توضیح آنچه که در آن است یا در کجا است ، به جای آنچه باید در کجا یا کجا ممکن است باشد ، است. ارزیابی کیفیت آب ، ارزیابی زمین و حرکت جمعیتی نمونه‌هایی از تجزیه و تحلیل توصیفی است. تجزیه و تحلیل توصیفی می‌تواند قبل از شروع تحقیقات بیشتر از اطلاعات محیطی، درک خوبی از شرایط محیطی به محقق کمک کند.

مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده با GIS برای پیش‌بینی مکان‌هایی که انواع خاصی از پدیده‌ها یا رویدادهای محیطی می‌توانند یا باید تحت شرایط محیطی خاص رخ دهند، یا با توجه به تغییرات پیش‌بینی‌شده در شرایط محیطی در مکان‌های مختلف اتفاق می‌افتد استفاده می‌شود. نوع قبلی مدلسازی پیش بینی شامل برقراری روابط معتبر، همبستگی بین شرایط محیطی مانند پوشش زمین، ارتفاع، شیب، جنبه، خاک، پوشش گیاهی، در دسترس بودن آب و ژئومورفولوژی، همراه با حضور مشاهدات ویژگیهای محیطی و سپس کاربرد این اطلاعات برای پیش بینی مکانهای احتمالی یا احتمال وقوع ویژگیهای محیطی در آنها بود. مدل توزیع گونه‌های توضیح داده شده در کادر ۱-۱ نمونه ای از این نوع مدلسازی پیش بینی است. نمونه‌های دیگر شامل مدلسازی آتش سوزی جنگل، ارزیابی خطر زمین لغزش و مدلسازی زیستگاه حیات وحش است.

نوع دوم مدل‌سازی پیش‌بینی‌کننده عمدتاً برای تحلیل سناریو یا تحلیل «چه می‌شد اگر» استفاده می‌شود. این شامل استفاده از مدل‌ها برای تولید نتایج جایگزین‌های احتمالی آینده (سناریوها) یا تجزیه و تحلیل رویدادهای احتمالی محیط زیستی در آینده با در نظر گرفتن پیامدها یا حالات احتمالی محیطی است. این امر به ویژه برای ایجاد سناریوهای پیش بینی برای مطالعات تأثیر محیطی مفید دارد. به عنوان مثال GIS برای برآورد رواناب سطحی و عملکرد رسوب حوضه آبریز در سناریوهای مختلف توسعه شهری آینده به منظور ارزیابی تأثیر الگوهای رشد شهری بر هیدرولوژی آبهای سطحی استفاده شده است (کپنر و همکاران، ۲۰۰۴). برای ارزیابی اثرات محیط زیستی استراتژی‌های جایگزین مدیریت آب با ادغام GIS و تخصیص آب، مدلهای پویایی مناظر و تناسب زیستگاه (اسکالتر و روگر، ۲۰۰۷)، برای شبیه سازی واکنش محصول در اثر سناریوهای تغییر آب و هوا برای ارزیابی تاثیرات تغییرات آب و هوایی در سیستم‌های کشاورزی (هادسون و وایت ۲۰۱۰) و ایجاد سناریوهای اجتماعی و اقتصادی تغییر پوشش زمین (سواتنام و همکاران، ۲۰۱۱). تجزیه و تحلیل سناریوها معمولاً در زمینه برنامه ریزی محیط زیستی و منابع در طی دوره طولانی یا تصمیم گیری‌های محیط زیستی شامل عوامل و روند تعاملات و پیامدهای انسانی که ممکن است بر آینده تأثیر بگذارد استفاده می‌شود. سعی نمی‌شود یک تصویر دقیق از آینده ارائه دهد. در عوض چندین تحول آینده و نتایج احتمالی را نشان می‌دهد. شبیه سازی پاسخ‌های محصول به سناریوهای تغییر آب و هوا برای ارزیابی تأثیرات تغییرات آب و هوایی در سیستم‌های کشاورزی (هادسون و وایت ۲۰۱۰) و ایجاد سناریوهای اجتماعی و اقتصادی تغییر پوشش زمین (سواتنام و همکاران ۲۰۱۱). تحلیل سناریو معمولاً در زمینه برنامه‌ریزی محیطی و منابع در یک دوره طولانی یا تصمیم‌گیری محیطی شامل عوامل و روند تعاملات و پیامدهای انسانی که ممکن است بر آینده تأثیر بگذارد استفاده می‌شود. تلاشی برای ارائه یک تصویر دقیق از آینده ندارد. تجزیه و تحلیل تصمیم گیری فرایندی است که به تصمیم گیرندگان اجازه می‌دهد از بین مجموعه ای از گزینه‌های احتمالی تصمیم گیری، گزینه مورد نظر را انتخاب کنند. با این حال تصمیم گیری در مدیریت محیط زیست یک فرایند پیچیده بوده و اغلب مستلزم در نظر گرفتن مبادلات بین تأثیرات زیست محیطی ، سیاسی-اجتماعی و اقتصادی است. این شامل مسائل متعدد ، معیارهای متعدد ، اهداف متعدد و ذینفعان متعدد است. GIS هنگامی که با تکنیک‌های تجزیه و تحلیل تصمیم گیری مانند تجزیه و تحلیل تصمیم چند معیاره و بهینه سازی چند هدفه ترکیب می‌شود (تشریح شده در فصل ۹)، می‌تواند برای حمایت از طراحی و ارزیابی جایگزین‌های تصمیم گیری محیطی با یکپارچه سازی اطلاعات مکانی حاصل از تجزیه و تحلیل توصیفی و یا مدلسازی پیش بینی با ارجحیت ذینفعان بکار گرفته شود. تجزیه و تحلیل تصمیم چند معیاره، ارزیابی مجموعه ای از گزینه‌های تصمیم گیری بر اساس معیارهای متناقض و نامتناسب است. هدف از بهینه سازی چند هدفه این است که برخی نتایج را به حداکثر برسانند در حالی که بقیه موارد را به حداقل می‌رساند. به عنوان مثال همراه با تجزیه و تحلیل تصمیم گیری چند معیاره یا تکنیک بهینه سازی چند هدفه، GIS برای مکان یابی محل دفن زباله (چانگ و همکاران ۲۰۰۸)، تعیین مرز سبز (جیئوردانو و ریدل، ۲۰۰۸)، اولویت بندی مناطق جنگلی برای حفاظت مورد استفاده قرار گرفته است ( فوآ و مینووا، ۲۰۰۵) و بهینه سازی استفاده از زمین (سپلت و ووئینوو، ۲۰۰۲  و کائو و همکاران، ۲۰۱۲).

تجسم و ارتباط

GIS ابزار تجسم و ارتباط موثر است که عملکردهای منحصر به فرد تجسم مکانی به ویژه توابع نقشه برداری را ارائه می‌دهد. هر دو نقشه تعاملی و ایستا به سرعت و به آسانی با استفاده از GIS تهیه می‌شوند در حالی که کاربران کنترل کاملی بر نمادهای نقشه و طراحی نقشه دارند. نقشه‌ها کاربران را قادر می‌سازند تا امتیازات خود را سریع و کارآمد به دست آورند و به آنها کمک می‌کند تا داده‌ها را به روشهای مختلف برای کسب بینش بیشتر بررسی کنند. بنابراین تجسم مکانی در GIS تحلیل، تجسم، استدلال و بررسی را با استفاده از داده‌ها و اطلاعات مکانی تسهیل می‌کند. نقشه‌های قدیمی با سطوح بالایی از ذهن مفهومی تولید می‌کند یا داده‌های مکانی را به مضامینی که جنبه‌های مختلف محیط را نشان می‌دهند تفکیک می‌کند، یا شبیه‌سازی بصری ایجاد می‌کند که کمتر ذهنی باشد و بسیار یادآور نماهای واقعی از موقعیت‌های زندگی حقیقی باشد. تجسم مکانی در GIS یک ابزار قدرتمند برای انتقال داده‌های پیچیده محیطی به شکلی است که داده‌ها را نه تنها برای دانشمندان و تصمیم گیرندگان بلکه برای عموم نیز قابل درک می‌کند. از آنجا که تصمیم گیری محیط زیستی به طور فزاینده ای به مشورتی در مشاغل عمومی تبدیل شده و مستلزم آن است که همه جنبه‌های پروژه محیط زیستی برای مردم به وضوح قابل درک باشد، تجسم مکانی با GIS وسیله ای موثر برای بهبود آگاهی و تسهیل حل اختلاف، مشارکت عمومی و ایجاد توانایی‌ها است.

برگرفته از کتاب کاربرد GISدر محیط زیست

ترجمه:سعید جوی زاده،شهناز تیموری،فاطمه حسین پور فرزانه