NASA SWOT水务任务将在气候变化的前线测量阿拉斯加的河流

 

地表水和海洋地形学任务将提供有关地球水资源的大量数据，即使是在偏远地区。阿拉斯加可以作为一个案例研究。虽然阿拉斯加横跨北极圈，被大面积的冰冻土地所覆盖，但该州也有大量的液体水。事实上，阿拉斯加拥有约40%的美国地表水资源。这包括12000多条河流，数千条溪流和小溪，以及数十万个湖泊。

这意味着，阿拉斯加将是地表水和海洋地形图（SWOT）卫星的首批受益者之一，该卫星于2022年12月16日从加州范登堡空军基地成功发射。这项任务由美国国家航空航天局和法国国家空间研究中心（CNES）领导，加拿大航天局和英国航天局也有贡献。

在阿蒂贡河的一条支流上，这是美国地质调查局在阿拉斯加仅有的113个测流仪之一。该州的面积、地形和有限的交通基础设施使得传统的河流测量成本过高。SWOT将填补像阿拉斯加这样地表水数据稀少或不存在的偏远地区的空白。资料来源：Jason Baker，美国地质调查局

SWOT将测量地球表面几乎所有水的高度，从大河到湖泊和水库到海洋。它将填补阿拉斯加等偏远地区和许多国家地表水数据稀少或不存在的空白。这些测量将对水管理和灾害防备机构、大学、土木工程师和其他需要跟踪当地水的人有价值。

阿拉斯加幅员辽阔，地形崎岖，交通基础设施有限，使得传统的河流测量成本过高。虽然美国大部分地区的溪流由美国地质调查局（USGS）8500多个站点组成的网络持续监测，但目前在阿拉斯加只有113个测量仪，许多大河没有被监测。流经这些河流的水量影响到从鱼种的健康和生物多样性到运输和饮用水的供应。

地表水和海洋地形学（SWOT）任务将通过收集监测地球上的湖泊、河流、水库和海洋的数据，帮助社区准备应对气候变化的后果。

阿拉斯加河流信息的匮乏使美国地质调查局成为作为SWOT早期采用者的合理选择。SWOT数据将补充目前正在开发的监测这些河流的系统，使用来自美国-欧洲Jason-2和-3以及欧洲航天局Sentinel卫星（在欧洲委员会领导的欧洲哥白尼计划背景下开发）的雷达测高数据，以及来自NASA-USGS Landsat卫星的可见图像。该项目已进入第三年，涉及使用空间仪器来测量河流的海拔和流量。美国地质调查局的合作伙伴包括阿拉斯加交通和公共设施部、国家气象局的阿拉斯加-太平洋河流预报中心、美国鱼类和野生动物局以及阿拉斯加渔业和狩猎部。

美国地质调查局水文学家Robert Dudley说："阿拉斯加是一个特别能从远程观测中受益的地方，用于估算流速，阿拉斯加是一个很好的测试案例，让科学家和水资源管理者与新的天基工具（如SWOT）合作，并将其立即投入使用。"

美国地质调查局正在汇编一份估计溪流排放的历史记录，建立在美国国家航空航天局二十多年来测量湖泊和河流的水面水平的研究之上。这些数据将使科学家和水资源管理者了解溪流经历低流量和高流量情况的频率，并制定一个参考点来评估当前的状况。

来自SWOT的数据将补充美国地质调查局目前正在开发的一个系统，该系统使用太空仪器--例如Landsat，它拍摄了阿拉斯加史蒂文斯村附近的育空河的图像--来测量阿拉斯加河流的海拔和流量，其中大多数河流目前没有被监测。资料来源：美国地质调查局

与目前基于卫星的河流测量技术相比，SWOT有许多优势。像Jason系列卫星上的测高仪可以测量一些大河的水位如何变化，Landsat可以测量河流宽度如何变化。但是这两种数据来源本身都不能提供所有的信息，以计算出一个合理的估计，即有多少水流经河流，而不需要做困难和昂贵的实地校准。SWOT通过同时测量水位和宽度来改变这种状况。

例如，如果一条河流有陡峭的河岸，它不一定会随着其排放率的变化而显得更宽或更窄。相反，在一条浅滩的河流中，即使是水位的微小变化，也意味着有更多的水流过它。SWOT也会测量河流的坡度，这为科学家们提供了一种方法来估计水从地表流走的速度。一般来说，坡度越大，水就越快。

这幅插图显示了地表水和海洋地形图（SWOT）卫星在轨道上，其太阳能电池板和KaRIn仪器天线已经部署。资料来源：法国国家空间研究中心

而SWOT将在每次飞越河流时，一次性收集估计河流流量所需的数据，在阿拉斯加大约每五天一次。SWOT的雷达还可以看穿云层，消除由Landsat和其他可见光图像中的云层造成的数据空白。

美国地质调查局水文遥感处处长Jack Eggleston说，气候变化正在引起阿拉斯加的许多水文变化，SWOT将帮助研究这些变化。快速上升的温度正在导致北坡的溪流流量增加，那里的永久冻土正在融化。"这也在改变溪流的季节性，由雪融化引起的高流量出现在一年的早期。"

美国宇航局SWOT淡水科学负责人Tamlin Pavelsky说："SWOT将使我们能够以我们以前没有的方式看到阿拉斯加的水文情况，这很重要，因为阿拉斯加位于北极地区，也是美国目前经历最多气候变化的地方。如果你想知道为什么这很重要，想想我们从阿拉斯加获得多少资源"。