Исследователи, работающие под руководством Мюнхенского технического университета (TUM), провели первые точные и всесторонние измерения повышения уровня моря в Балтийском и Северном морях. Новый метод теперь позволяет определять изменения уровня моря с точностью до миллиметра даже в прибрежных районах и при ледовитости. Это имеет жизненно важное значение для планирования защитных мероприятий.
Для миллиардов людей, живущих в прибрежных районах, повышение уровня моря, вызванное изменением климата, может представлять экзистенциальную угрозу. «Для защиты людей и инфраструктуры - например, путем строительства сооружений для защиты от наводнений, защиты портов или возведения дамб - нам нужны надежные прогнозы тенденций уровня моря», - объясняет профессор Флориан Зейтц, директор Немецкого института геодезических исследований в ТУМ. «Однако для этого требуются точные данные с высоким пространственным разрешением. И до сих пор не было необходимого охвата большой территории».
Особенно вблизи береговой линии, где расположено так много городов, портов, промышленных объектов и жилых районов, качество данных, собираемых радиолокационными спутниками, вращающимися вокруг Земли в течение десятилетий, было скомпрометировано высоким отношением сигнал/шум. Причина: горы, заливы и прибрежные острова рассеивают сигналы и искажают отраженные эхо. Еще одна проблема - морской лед, который зимой покрывает часть океанов и непроницаем для радаров.
В рамках проекта «Уровень моря в Балтийском море» (B altic SEAL) группа исследователей ТУМ работала с международными партнерами над разработкой алгоритмов обработки данных измерений со спутников-радаров, чтобы обеспечить точные измерения с высоким разрешением даже изменений уровня моря в прибрежных районах и подо льдом.
Проникновение во льды и острова с помощью радара
Исследователи выбрали Балтийское море в качестве модельного региона: «Данные из этого региона особенно подходят для разработки новых методов, поскольку анализ усложняется множеством факторов: сложной формой береговой линии, морским льдом и ветром. В то же время существует множество местных измерений уровня моря, подтверждающих результаты», - говорит руководитель проекта доктор Марселло Пассаро. «Аналитический метод, работающий в Балтийском море, можно легко адаптировать к другим регионам».
Чтобы обработать сотни миллионов радиолокационных измерений, сделанных в период с 1995 по 2019 год, команда разработала многоэтапный процесс: на первом этапе они откалибровали измерения различных спутниковых миссий, чтобы их можно было объединить. Затем с помощью специально разработанных алгоритмов они смогли обнаружить сигналы от покрытой льдом морской воды в радиолокационных отражениях, возникающих вдоль трещин и трещин. Это позволило определить уровень моря на зимние месяцы. С помощью новых вычислительных методов они также добились лучшего разрешения радиолокационных эхо-сигналов, близких к земле.
В результате теперь можно измерять уровень моря в прибрежных районах и сравнивать результаты с местными данными о приливах и отливах. Затем обработанные данные были подогнаны к мелкой сетке с разрешением от 6 до 7 км с использованием алгоритма, разработанного командой. Результат: очень точный набор данных, охватывающий весь регион.
Наибольшее повышение уровня моря происходит в Ботническом заливе
Анализ этих данных по Балтийскому морю показывает региональные последствия повышения уровня моря за последнюю четверть века: уровень моря повышался на 2-3 миллиметра в год на юге, на берегов Германии и Дании, по сравнению с 6 миллиметрами на северо-востоке, в Ботническом заливе. Причина такого большого подъема: Сильные юго-западные ветры, которые гонят воды на север и на восток. Однако это повышение уровня моря выше среднего не представляет угрозы для прибрежных жителей, потому что земля поднималась с конца последнего ледникового периода - в настоящее время со скоростью до 1 см в год.
«Благодаря недавно разработанным процессам анализа и объединения радиолокационных данных мы теперь можем делать точные и надежные выводы об изменениях уровня моря в последние десятилетия и для других прибрежных регионов», - добавляет д-р Дениз. Детмеринг. Исследователь также создал исчерпывающий набор данных для региона Северного моря: уровень моря там повышается на 2,6 миллиметра в год, а в Немецкой бухте - на 3,2 миллиметра. Местные тренды можно определить с помощью набора данных и руководства пользователя, которые находятся в свободном доступе в Интернете. «С этими данными исследователи могут, например, проверить свои климатические модели, а государственные органы могут спланировать подходящие защитные меры», - говорит доктор. Seitz.