DOI: https://doi.org/10.3389/feart.2026.1721642
تاريخ النشر: 2026-02-05
المؤلف: Fabian Mitze وآخرون
الموضوع الرئيسي: قياس وتحليل الهطول
نظرة عامة
تقيّم هذه الدراسة نهج المراقبة التشاركية لجمع البيانات الهيدرومناخية في المناطق الجبلية النائية في الإكوادور وهندوراس وتنزانيا، حيث تكون طرق جمع البيانات التقليدية غالبًا غير عملية. استخدم المتطوعون حساسات تناظرية منخفضة التكلفة لقياس درجة حرارة الهواء، والرطوبة النسبية، وهطول الأمطار، ومستويات المياه، مع إجراء التحقق من البيانات من خلال الأدلة الفوتوغرافية والمقارنة مع بيانات الحساسات التلقائية. على مدار عامين (مايو 2023 – مايو 2025)، تم تسجيل 2,982 ملاحظة، معظمها من المشاركين المتكررين (84.4%)، الذين أظهروا دقة أعلى في القياسات. وجدت الدراسة علاقات قوية (0.42 إلى 0.96) بين بيانات المشاركين والحساسات التلقائية، خاصة لدرجة حرارة الهواء (متوسط الخطأ المطلق (MAE): 0.74 °C – 1.65 °C) ومستوى المياه (MAE: 0.04 – 0.08 م)، بينما أظهرت الرطوبة النسبية انحرافات كبيرة (MAE: 16.76% – 31.69%) تم التخفيف منها من خلال الانحدار الخطي.
تشير النتائج إلى أن دمج المجتمعات المحلية في برامج المراقبة التشاركية يمكن أن يعزز جودة البيانات، خاصة لدرجة حرارة الهواء ومستوى المياه، مع تسليط الضوء على الحاجة إلى تحسين طرق قياس الرطوبة النسبية وهطول الأمطار. تشمل التوصيات استخدام مقاييس مطر أكبر ودرع أفضل لقياس الرطوبة لتحسين الدقة. يجب أن تركز المبادرات المستقبلية على توسيع شبكة محطات المراقبة ودمج البيانات المجمعة مع منتجات الاستشعار عن بعد لتعزيز الدقة المكانية وقابلية التطبيق في النمذجة الهيدرولوجية. تؤكد الدراسة على الإمكانية لبرامج مراقبة تشاركية مماثلة في مناطق أخرى من الجنوب العالمي لمعالجة ندرة البيانات وتحسين إدارة الموارد المائية المحلية.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث الأهمية الحاسمة للهدف السادس من أهداف التنمية المستدامة (SDG 6) من أجندة الأمم المتحدة 2030، الذي يهدف إلى ضمان الوصول الشامل إلى المياه الآمنة والصرف الصحي. اعتبارًا من عام 2022، كان حوالي 2.2 مليار شخص يفتقرون إلى الوصول إلى مياه الشرب المدارة بشكل آمن، مع تأثير ندرة المياه الشديدة على ما يقرب من نصف سكان العالم، خاصة في الجنوب العالمي. تؤكد الورقة على ضرورة استراتيجيات إدارة المياه المستدامة، خاصة في ضوء آثار تغير المناخ التي تؤثر بشكل غير متناسب على الفئات الضعيفة في هذه المناطق.
لمعالجة تحديات جمع البيانات الهيدرومناخية غير الكافية، خاصة في المناطق النائية حيث تكون محطات المراقبة التقليدية نادرة ومكلفة، تستكشف الدراسة إمكانيات علم المواطن، وتحديدًا المراقبة التشاركية (PM). تم تقديم مشروع HydroCrowd كدراسة حالة، حيث تم جمع البيانات الهيدرومناخية باستخدام حساسات تناظرية منخفضة التكلفة في المناطق الجبلية في الإكوادور وهندوراس وتنزانيا. يدمج هذا النهج مجموعة متنوعة من منهجيات PM لقياس معايير مثل هطول الأمطار، ومستوى المياه، ودرجة حرارة الهواء، والرطوبة النسبية، والعكارة. تهدف الدراسة إلى التحقق من فعالية هذا النهج التشاركي وتقييم دقة البيانات المجمعة من قبل المشاركين المتكررين وغير المتكررين مقارنة بالحساسات التلقائية، مما يوفر رؤى لمبادرات PM المستقبلية في سياقات مماثلة.
النتائج
في الفترة من مايو 2023 إلى مايو 2025، تم جمع ما مجموعه 2,982 ملاحظة لجزيئات المادة (PM)، كما هو موضح في الجدول 3، الذي يوضح توزيع هذه الملاحظات حسب البلد والمعيار. تم تسجيل أعلى عدد من القياسات الفردية في تنزانيا، مع 2,668 ملاحظة، بما في ذلك تلك من محطات weather@home. تلتها الإكوادور بـ 2,323 ملاحظة، بينما ساهمت هندوراس بـ 1,804 ملاحظات.
عند استبعاد البيانات من محطات weather@home، وُجد أن عدد قياسات هطول الأمطار ودرجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية كان متقاربًا عبر البلدان الثلاثة. ومع ذلك، كان هناك تباين كبير في عدد الملاحظات من محطات المياه، خاصة فيما يتعلق بقياسات مستوى المياه، مما يشير إلى مستويات متفاوتة من جهود جمع البيانات أو الظروف البيئية في هذه المناطق.
المناقشة
تناقش ورقة البحث إنشاء محطات HydroCrowd عبر ثلاث مناطق جبلية استوائية: الإكوادور وهندوراس وتنزانيا، مع التركيز على خصائصها المناخية والبيئية الفريدة. في الإكوادور، تم اختيار ثلاثة مواقع، بما في ذلك نظام باراتمو الأنديز في حديقة كاجاس الوطنية، الذي يتميز بمناخ جبلي استوائي مرتفع مع درجات حرارة تتراوح بين 12 °C إلى 18 °C وهطول أمطار سنوي يتراوح بين 1,000 و1,300 مم. تسلط الدراسة أيضًا الضوء على البيئة الحضرية في كوينكا وبلدية توميبامبا، حيث تم تركيب محطات الطقس والمياه. في هندوراس، يتميز احتياطي كاسيك لمبيرا الحيوي بمناخ سافانا استوائي مع تباين كبير في هطول الأمطار، بينما تُظهر منطقة الدراسة في تنزانيا على كليمنجارو مناطق بيئية متنوعة ونمط هطول أمطار ثنائي النمط، مع ذروة هطول الأمطار عند ارتفاعات متفاوتة.
شمل جمع البيانات كل من الحساسات التناظرية والتلقائية لضمان مراقبة هيدرومناخية شاملة. تم اختيار الحساسات التناظرية لسهولة استخدامها وفعاليتها من حيث التكلفة، بينما قدمت الحساسات التلقائية بيانات مرجعية للتحقق. شمل عملية التحقق مقارنة الملاحظات المقدمة من المشاركين مع الأدلة الفوتوغرافية وبيانات الحساسات التلقائية، مما كشف عن علاقة عالية لدرجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية، على الرغم من ملاحظة انحرافات كبيرة لقياسات هطول الأمطار. تؤكد الدراسة على أهمية مشاركة المشاركين وفعالية نهج HydroCrowd في جمع بيانات بيئية موثوقة عبر إعدادات جغرافية متنوعة.
DOI: https://doi.org/10.3389/feart.2026.1721642
Publication Date: 2026-02-05
Author(s): Fabian Mitze et al.
Primary Topic: Precipitation Measurement and Analysis
Overview
This study evaluates a participatory monitoring approach for collecting hydrometeorological data in remote mountainous regions of Ecuador, Honduras, and Tanzania, where traditional data collection methods are often impractical. Volunteers utilized low-cost analog sensors to measure air temperature, relative humidity, rainfall, and water levels, with data validation performed through photographic evidence and comparison against automatic sensor data. Over two years (May 2023 – May 2025), 2,982 observations were recorded, predominantly from frequent participants (84.4%), who demonstrated higher accuracy in measurements. The study found strong correlations (0.42 to 0.96) between participant data and automatic sensors, particularly for air temperature (mean absolute error (MAE): 0.74 °C – 1.65 °C) and water level (MAE: 0.04 – 0.08 m), while relative humidity showed significant deviations (MAE: 16.76% – 31.69%) that were mitigated through linear regression.
The findings suggest that integrating local communities into participatory monitoring programs can enhance data quality, particularly for air temperature and water level, while highlighting the need for improved methods for measuring relative humidity and rainfall. Recommendations include using larger rain gauges and better shielding for hygrometers to improve accuracy. Future initiatives should focus on expanding the network of monitoring stations and integrating collected data with remote sensing products to enhance spatial resolution and applicability in hydrological modeling. The study underscores the potential for similar participatory monitoring programs in other regions of the Global South to address data scarcity and improve local water resource management.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the critical importance of Sustainable Development Goal 6 (SDG 6) from the United Nations 2030 Agenda, which aims to ensure universal access to safe water and sanitation. As of 2022, approximately 2.2 billion people lacked access to safely managed drinking water, with severe water scarcity affecting nearly half of the global population, particularly in the Global South. The paper emphasizes the necessity for sustainable water management strategies, especially in light of climate change impacts that disproportionately affect vulnerable populations in these regions.
To address the challenges of inadequate hydrometeorological data collection, particularly in remote areas where traditional monitoring stations are scarce and costly, the study explores the potential of citizen science, specifically participatory monitoring (PM). The HydroCrowd project is introduced as a case study, where hydrometeorological data were collected using low-cost analog sensors in mountainous regions of Ecuador, Honduras, and Tanzania. This approach integrates various PM methodologies to measure parameters such as rainfall, water level, air temperature, relative humidity, and turbidity. The study aims to validate the effectiveness of this participatory approach and assess the accuracy of data collected by both frequent and non-frequent participants compared to automatic sensors, thereby providing insights for future PM initiatives in similar contexts.
Results
In the period from May 2023 to May 2025, a total of 2,982 particulate matter (PM) observations were collected, as detailed in Table 3, which outlines the distribution of these observations by country and parameter. The highest number of individual measurements was recorded in Tanzania, with 2,668 observations, including those from weather@home stations. Ecuador followed with 2,323 observations, while Honduras contributed 1,804 observations.
When excluding data from weather@home stations, the counts of rainfall, air temperature, and relative humidity measurements were found to be comparable across the three countries. However, there was a significant disparity in the number of observations from water stations, specifically regarding water level measurements, indicating varying levels of data collection efforts or environmental conditions in these regions.
Discussion
The research paper discusses the establishment of HydroCrowd stations across three tropical mountain regions: Ecuador, Honduras, and Tanzania, focusing on their unique climatological and ecological characteristics. In Ecuador, three sites were selected, including the Andean Páramo ecosystem in Cajas National Park, characterized by a tropical high-mountain climate with temperatures ranging from 12 °C to 18 °C and annual precipitation between 1,000 and 1,300 mm. The study also highlights the urban environment of Cuenca and the municipality of Tomebamba, where weather and water stations were installed. In Honduras, the Cacique Lempira Biosphere Reserve features a tropical savannah climate with significant rainfall variation, while Tanzania’s study area on Kilimanjaro showcases diverse ecological zones and a bimodal rainfall pattern, with precipitation peaking at varying elevations.
Data collection involved both analog and automatic sensors to ensure comprehensive hydrometeorological monitoring. The analog sensors were chosen for their user-friendliness and cost-effectiveness, while automatic sensors provided reference data for validation. The validation process included comparing participant-submitted observations with photographic evidence and automatic sensor data, revealing a high correlation for air temperature and relative humidity, although significant deviations were noted for rainfall measurements. The study emphasizes the importance of participant engagement and the effectiveness of the HydroCrowd approach in collecting reliable environmental data across diverse geographical settings.