Nye satellitdatateknikker afslører kystniveau ved havniveau

For de hundredvis af millioner mennesker, der bor i kystområder rundt om i verden, stigende hav drevet af klimaændringer udgør en direkte trussel. For at myndighederne kan planlægge passende beskyttelsesstrategier, nøjagtige oplysninger om havstigning tæt på kysten er bydende nødvendigt. Af forskellige årsager, disse målinger er svære at få fra satellitter. Imidlertid, ny ESA-finansieret forskning viser, hvordan en bestemt måde at behandle data på satellithøjdemeter nu gør det muligt at bestemme ændringer i havniveau i kystområder med millimeter om året nøjagtighed, og selvom havet er dækket af is.

Brug af Østersøen som mål for forskningen, denne nye behandlingsteknik, som viser regionale forskelle i stigning i havniveau, forbedrer og udvider tidligere trendkort på havniveau drastisk. Resultaterne viser, at mellem 1995 og 2019, havniveauet er steget med en årlig hastighed på 2-3 mm i syd, langs den tyske og danske kyst, sammenlignet med 6 mm i nordøst, i Bottenbugten.

Da vores atmosfære og oceaner fortsat opvarmes på grund af klimaændringer, havniveauet vil sandsynligvis fortsætte med at stige i mange årtier fremover. Rapporten fra 2019 fra FN's klimapanel (IPCC) tegner et alvorligt billede af de problemer, vi står over for på grund af havstigning. I særrapporten om havet og kryosfæren i et skiftende klima fremgår det, at det globale gennemsnitlige havniveau sandsynligvis vil stige mellem 0,29 m og 1,1 m ved udgangen af ​​dette århundrede. Dette er den værste fremskrivning af havniveaustigning, der nogensinde er foretaget af IPCC.

Siden begyndelsen af ​​1990'erne har satellitter, der bærer radarhøjdemålere, har sporet havens overflades skiftende højde, og viser, at det globale gennemsnitlige havniveau er steget, gennemsnitlig, med lidt over 3 mm hvert år, og bekymrende, at denne stigningstakt er steget i de seneste år.

Imidlertid, som med ethvert gennemsnit, udtrykket 'global gennemsnitlig havstigning' fortæller ikke hele historien. Havniveauet stiger ikke i samme hastighed overalt. Langs kyster, for eksempel, havstigningen kan overstige det globale gennemsnit på grund af kompleks havdynamik tættere på land.

Mens den fransk -amerikanske. serie af Jason satellit missioner, ESA's Envisat- og CryoSat -missioner, og Copernicus Sentinel-3-satellitterne har leveret vigtige data til at spore stigning i havets overflade i det åbne hav, kortlægge stigning tættere på kysten er vanskeligere. Det er fordi bjerge, bugter og offshore øer forvrænger det radarsignal, der reflekteres tilbage til satellitten. Et andet problem er havis, som dækker dele af havene om vinteren, er uigennemtrængelig for radar.

Florian Seitz, Direktør for det tyske geodetiske forskningsinstitut ved det tekniske universitet i München, sagde, "For at beskytte mennesker og infrastruktur - for eksempel ved at bygge oversvømmelsesbeskyttelsesstrukturer, sikre havne eller gøre diger højere-vi har brug for pålidelige prognoser om tendenser på havniveau. "

Gennem ESA's Earth Observation Science for Society Baltic Sea Level -projekt (Baltic SEAL), et team af forskere ved det tekniske universitet i München arbejdede sammen med internationale partnere for at udvikle algoritmer til at behandle måledata fra en række satellit-altimetri-sensorer for at give præcise og højopløselige målinger af ændringer i havniveau i kystområder og i ledninger mellem havet is.

Forskerne valgte Østersøen som modelregion. "Data fra denne region er især velegnede til at udvikle nye metoder, fordi flere faktorer gør analysen vanskelig, såsom kystlinjens komplekse form, havis og vind. På samme tid, der er masser af lokale havniveau målinger for at bekræfte resultaterne, "sagde projektleder Marcello Passaro.

"En analysemetode, der fungerer i Østersøen, kan let tilpasses andre regioner."

For at håndtere hundredvis af millioner radarmålinger taget mellem 1995 og 2019 fra satellitmissioner, herunder Jason -serien, Envisat, CryoSat og Copernicus Sentinel-3, teamet udviklede en proces i flere trin. I det første trin, de kalibrerede målingerne fra de forskellige satellitmissioner, så de kunne kombineres. Med specialudviklede algoritmer, de var derefter i stand til at registrere signaler fra det isdækkede havvand i radarrefleksionerne frembragt langs revner og sprækker, kaldes kundeemner. Dette gjorde det muligt at bestemme havniveauet for vintermånederne. Med nye beregningsmetoder opnåede de også en bedre opløsning af radarekko tæt på land.

Som resultat, det er nu muligt at måle havniveau i kystområder og sammenligne resultaterne med lokale tidevandsrekorder. De behandlede data blev derefter monteret på et fint net med en opløsning på 6-7 km ved hjælp af en algoritme udviklet af teamet. Resultatet er et meget præcist datasæt, der dækker hele Østersøområdet.

Dataene viser de regionale effekter af stigningen i havniveauet mellem 1995 og 2019. Havniveauet er steget med en årlig hastighed på 2-3 mm i syd, langs den tyske og danske kyst, sammenlignet med 6 mm i nordøst, i Bottenbugten. Årsagen til denne store stigning er stærke sydvestlige vinde, der driver vandene mod nord og østpå. Denne stigning i havet over gennemsnittet udgør ikke en trussel mod kystboere, imidlertid, fordi siden slutningen af ​​den sidste istid har landet her været stigende med op til 1 cm om året som følge af post-glacial rebound.

Forskerne har også skabt et omfattende datasæt til Nordsøområdet. Havniveauet stiger her med 2,6 mm om året, og med 3,2 mm i den tyske Bugt. Lokale tendenser kan bestemmes ved hjælp af datasættet og brugermanualen - som begge er frit tilgængelige online.

"Med dataene, forskere kan verificere deres klimamodeller, for eksempel, og offentlige myndigheder kan planlægge passende beskyttelsesforanstaltninger, "siger Dr. Seitz.

ESA's Jérôme Benveniste tilføjede, "Baltic SEAL -projektet har givet fremragende resultater, demonstrere værdien af ​​jordobservation for samfundet. Denne nye måde at behandle data om satellitradar-altimetri på vil virkelig hjælpe myndighederne med at træffe passende foranstaltninger for at beskytte borgere og infrastruktur mod havstigninger. Vi afventer også meget de data i høj opløsning, der kommer fra den nye Copernicus Sentinel-6 mission, som også lover at kortlægge havoverfladehøjde tæt på kysten, som bruger en yderligere ny behandlingsalgoritme kaldet Fully-Focused Synthetic Aperture Radar til drastisk at øge den hentede opløsning. "

Baltic SEAL -datasættet er tilgængeligt på balticseal.eu.