新的卫星数据技术揭示沿海海平面上升

对于生活在世界各地沿海地区的数亿人来说，气候变化导致的海平面上升构成了直接威胁。为了让当局制定适当的保护策略，必须提供有关海岸附近海平面上升的准确信息。由于各种原因，这些测量值很难从卫星上获得。然而，欧洲航天局资助的新研究表明，处理卫星测高数据的特定方法现在如何能够以毫米/年的精度确定沿海地区的海平面变化，即使海洋被冰覆盖。

以波罗的海为研究目标，这种新的处理技术显示了海平面上升的区域差异，极大地改进和扩展了以前的海平面趋势图。结果显示，在 1995 年至 2019 年期间，德国和丹麦海岸南部的海平面以每年 2-3 毫米的速度上升，而波的尼亚湾东北部的海平面则以每年 6 毫米的速度上升。

由于气候变化，我们的大气和海洋继续变暖，海平面可能在未来几十年继续上升。合国政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 2019 年的报告描绘了我们因海平面上升而面临的问题的严重画面。《气候变化中的海洋和冰冻圈特别报告》指出，到本世纪末，全球平均海平面可能上升 0.29 m 至 1.1 m。这是 IPCC 有史以来最糟糕的海平面上升预测。

自 1990 年代初以来，携带雷达高度计的卫星一直在跟踪海面高度的变化，并表明全球平均海平面平均每年上升 3 毫米多一点，令人担忧的是，这种上升速度已经近年来有所增加。

然而，与任何平均值一样，“全球平均海平面上升”一词并不能说明全部情况。海平面并非各地都以同样的速度上升。例如，沿海地区由于靠近陆地的复杂海洋动力学，海平面上升可能超过全球平均水平。

虽然法美系列 Jason 卫星任务、ESA 的 Envisat 和 CryoSat 任务以及 Copernicus Sentinel-3 卫星提供了跟踪公海海平面上升的必要数据，但在海岸线附近绘制上升地图更加困难。这是因为山脉、海湾和近海岛屿会使反射回卫星的雷达信号失真。另一个问题是海冰，它在冬季覆盖部分海洋，雷达无法穿透。

慕尼黑工业大学德国大地测量研究所所长 Florian Seitz 说：“为了保护人员和基础设施——例如通过建造防洪结构、保护港口或提高堤坝——我们需要对海平面趋势进行可靠预测.”

通过 ESA 的波罗的海海平面社会地球观测科学项目 (Baltic SEAL)，慕尼黑技术大学的一组研究人员与国际合作伙伴合作开发算法来处理来自一系列卫星测高传感器的测量数据，以产生精确和高沿海地区海平面变化的分辨率测量以及海冰之间的引线。

研究人员选择波罗的海作为模型区域。“该地区的数据特别适合开发新方法，因为海岸线形状复杂、海冰和风等多种因素使分析变得困难。同时，有大量当地海平面测量来证实结果， “项目负责人 Marcello Passaro 说。

“一种适用于波罗的海的分析方法可以很容易地适用于其他地区。”

为了处理 1995 年至 2019 年期间从包括 Jason 系列、Envisat、CryoSat 和 Copernicus Sentinel-3 在内的卫星任务中进行的数亿雷达测量，该团队开发了一个多阶段过程。第一步，他们校准了来自各种卫星任务的测量结果，以便将它们组合起来。通过专门开发的算法，他们随后能够在沿裂缝和裂缝(称为引线)产生的雷达反射中检测到来自冰封海水的信号。这使得确定冬季的海平面成为可能。通过新的计算方法，他们还实现了对靠近陆地的雷达回波的更好分辨率。

因此，现在可以测量沿海地区的海平面并将结果与​​当地潮汐记录进行比较。然后使用团队开发的算法将处理后的数据拟合到分辨率为 6-7 公里的精细网格中。结果是一个覆盖整个波罗的海地区的高精度数据集。

数据显示了 1995 年至 2019 年海平面上升的区域影响。南部、德国和丹麦海岸的海平面以每年 2-3 毫米的速度上升，而东北部的海平面每年上升 6 毫米。波的尼亚湾。造成这种大幅上升的原因是强烈的西南风将海水吹向北部和东部。然而，这种高于平均水平的海平面上升不会对沿海居民构成威胁，因为自上一个冰河时代结束以来，由于冰川后反弹，这里的土地每年上升 1 厘米。

研究人员还为北海地区创建了一个综合数据集。这里的海平面每年上升 2.6 毫米，德国湾的海平面上升 3.2 毫米。可以使用数据集和用户手册来确定本地趋势——两者都可以在线免费访问。

“例如，利用这些数据，研究人员可以验证他们的气候模型，公共当局可以计划合适的保护措施，”塞茨博士说。

欧空局的 Jérôme Benveniste 补充说：“波罗的海海豹突击队项目取得了出色的成果，证明了地球观测对社会的价值。这种处理卫星雷达测高数据的新方法确实有助于当局采取适当措施保护公民和基础设施免受海上侵害-水平上升。我们也热切期待来自新哥白尼哨兵6号任务的高分辨率数据，该任务还承诺绘制靠近海岸线的海面高度，它使用了一种额外的新处理算法，称为完全-聚焦合成孔径雷达可大幅提高检索到的分辨率。”

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