从太空绘制地球水道图：SWOT卫星改变了洪水预报的方式

地表水和海洋地形卫星（SWOT）旨在对地球表面的水进行首次全球调查，它将收集地球上水体随时间变化的详细测量数据。图片来源：NASA/JPL-Caltech

河流、湖泊和水库就像我们地球的动脉，通过相互连接的巨大网络输送维持生命的水。当地球的水循环速度过快时，就会导致洪水泛滥，危及生命和财产安全。随着气候变化改变了降水模式，全世界越来越多的人生活在洪水易发地区，这种风险正在增加。

科学家和水资源管理者使用多种类型的数据来预测洪水。今年，他们有了一个新工具：来自地表水和海洋地形（SWOT）卫星的淡水数据。美国国家航空航天局（NASA）和法国国家空间研究中心（CNES）合作建立的观测站正在测量地球上几乎所有水面的高度。SWOT 的设计目的是测量每一条宽度超过 300 英尺（100 米）的主要河流，初步结果表明它可能能够观测到更小的河流。

2011 年，苏里斯河的洪水淹没了北达科他州的这个社区。美国和法国的 SWOT 卫星为科学家和水资源管理者提供了一种新的工具，用来观察三维洪水，这些信息可以改善对洪水发生地点和频率的预测。资料来源：北达科他州水务委员会

溪流测量仪可以精确测量河流的水位，但只能测量个别地点的水位，而且往往相隔很远。许多河流根本没有水位计，尤其是在没有资源维护和监测水位计的国家。水位计也可能因洪水而失灵，当水位超过河岸并流入水位计无法测量的区域时，水位计就不可靠了。

SWOT 能以三维方式更全面地观察洪水，测量洪水的高度、宽度和坡度。科学家们可以利用这些数据更好地追踪洪水在地形中的脉动，从而改进对洪水发生地点和频率的预测。

在这张 2023 年 10 月 8 日的图片中，季风雨造成的洪水覆盖了孟加拉国东北部的广大地区。这颗由美国和法国共同研制的卫星首次以高分辨率为整个地区提供及时、精确的水面高程信息，从而改进了洪水预报。图片来源：NASA/JPL-Caltech/UNC-Chapel Hill/Google Earth

建立更好的洪水模型

将 SWOT 数据纳入洪水模型的一项工作由位于科罗拉多州博尔德的环境科学合作研究所 (CIRES) 的 J. Toby Minear 领导。Minear 正在研究如何将 SWOT 数据纳入美国国家海洋和大气管理局的国家水模型，该模型可预测美国河流发生洪水的可能性及其时间。SWOT 淡水数据将填补测量仪之间的空间空白，帮助 Minear 等科学家确定河流沿岸特定地点发生洪水的水位（高度）。

SWOT 河流坡度数据--如图所示的加利福尼亚州萨克拉门托河的坡度数据--可以改善对水流通过河流和冲刷地貌的速度的预测。为了计算坡度，科学家将较低的水位（右）减去较高的水位（左），然后除以河段长度。图片来源：NASA/JPL-Caltech/UNC-Chapel Hill/Google地球

他希望 SWOT 能以多种方式改进国家水模型数据。例如，它将对河流坡度以及坡度如何随水流变化提供更准确的估算。一般来说，河流坡度越陡，水流速度越快。水文建模人员利用坡度数据来预测水流通过河流和流出地表的速度。

SWOT 还将帮助科学家和水资源管理者量化湖泊和水库的储水量。虽然美国有大约 90,000 个相对较大的水库，但其中只有几千个水库拥有纳入国家水模型的水位数据。这就限制了科学家们了解水库水位与周围陆地高程和潜在洪水之间关系的能力。SWOT 正在测量数以万计的美国水库，以及几乎所有大于两个足球场的美国天然湖泊。

包括美国在内的一些国家在河流测量网络和详细的当地洪水模型方面投入了大量资金。但在非洲、南亚、南美部分地区和北极地区，有关湖泊和河流的数据却很少。在这些地方，洪水风险评估通常依靠粗略估计。SWOT 的部分潜力在于，它能让水文学家填补这些空白，提供有关地表蓄水量和河流流量的信息。

联合国大学教堂山分校博士生玛丽莎-休斯（Marissa Hughes）用三脚架安装全球定位系统，以精确测量新西兰怀马卡里里河一段的水面高程。测量结果用于校准和验证来自美国-法国 SWOT 卫星的数据。信用：Alyssa LaFaro/NC Research

美国国家航空航天局SWOT淡水科学负责人、北卡罗来纳大学教堂山分校研究员塔姆林-帕维尔斯基（Tamlin Pavelsky）说，SWOT有助于应对气候变化引发的极端风暴所造成的日益严重的洪水威胁。想想2017年的休斯顿和哈维飓风吧，"他说。"如果没有气候变化，我们不太可能在一场风暴中看到 60 英寸的降雨量。随着强降水事件变得越来越常见，社会将需要更新工程设计标准和洪泛区地图。"

地球水循环的这些变化正在改变社会对洪水和洪泛区的假设，随着降雨强度的增加以及洪水易发地区人口的增长，未来全球数亿人将面临更大的洪水风险。

SWOT 洪水数据还有其他实际用途。例如，保险公司可以利用 SWOT 数据建立的模型来改进洪水灾害地图，从而更好地估计一个地区潜在的破坏和损失风险。一家大型再保险公司 FM Global 是 SWOT 目前的 40 家早期采用者之一，这是一个致力于将 SWOT 数据纳入其决策活动的全球组织社区。

帕维尔斯基说："FM Global 等公司和美国联邦紧急事务管理局等政府机构可以通过与 SWOT 数据进行比较，对其洪水模型进行微调。这些更好的模型将让我们更准确地了解洪水可能发生的地点和频率。"

关于任务的更多信息

SWOT 于 2022 年 12 月 16 日从加利福尼亚州中部的范登堡空军基地发射升空，目前正处于运行阶段，收集的数据将用于研究和其他目的。

SWOT 项目由美国国家航空航天局和法国国家空间研究中心联合开发，加拿大航天局和英国航天局也提供了支持。美国国家航空航天局的喷气推进实验室由加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院代为管理，是该项目的美国部分牵头单位。在飞行系统有效载荷方面，NASA 提供了 KaRIn 仪器、GPS科学接收器、激光反向反射器、双波束微波辐射计和 NASA 仪器操作。法国国家空间研究中心提供了多普勒轨道成像和卫星辐射定位集成系统、双频波塞冬测高仪（由泰雷兹阿莱尼亚航天公司开发）、KaRIn 射频子系统（与泰雷兹阿莱尼亚航天公司合作，并得到英国航天局的支持）、卫星平台和地面操作。加空局提供了 KaRIn 高功率发射机组件。美国国家航空航天局（NASA）提供了运载火箭和该局设在肯尼迪航天中心的发射服务计划，并管理相关的发射服务。

编译来源：ScitechDaily