SWOT的新卫星技术提供了前所未有的全球水位监测能力

SWOT的新卫星技术提供了前所未有的全球水位监测，有助于俄亥俄河等大型流域的资源管理。通过提供详细而频繁的数据，SWOT 提高了研究人员和管理人员更准确地了解和预测水资源可用性的能力。

SWOT 卫星提供的数据被用来计算俄亥俄河流域湖泊和水库 2023 年 7 月至 2024 年 11 月的平均水位。 资料来源：美国宇航局地球观测站

利用 SWOT 技术彻底改变水资源监测

俄亥俄河流域从宾夕法尼亚州一直延伸到伊利诺伊州，是一个由水库、湖泊和河流组成的巨大网络，其流域面积几乎相当于法国。 由于美国国家航空航天局（NASA）和法国国家空间研究中心（CNES）联合执行的 SWOT（地表水和海洋地形）任务，这一拥有超过 2500 万人口的地区现在正受到前所未有的精确监测。

自 2023 年初以来，SWOT 卫星一直在测量地球表面几乎所有水域（包括海洋、湖泊、水库和河流）的高度，每 21 天至少实现一次全球覆盖。 除水的高度外，SWOT 还跟踪淡水水体中水的水平分布。 今年早些时候，这项任务开始与公众分享其经过验证的数据，为全球水监测和管理开辟了新的可能性。

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的水文学家、SWOT 科学团队成员 Jida Wang 说："同时拥有水域范围和水位这两个视角，并且详细、频繁地覆盖大片区域，这是前所未有的。也是SWOT的一个突破性的、令人兴奋的方面。"

研究人员可以利用任务中有关水位和水域范围的数据来计算湖泊或水库的蓄水量是如何随时间变化的。 这反过来又能让水文学家更精确地了解河流的排水量--有多少水流经某一特定河段。

这幅插图描绘的是地表水和海洋地形（SWOT）卫星，它是由美国国家航空航天局（NASA）和法国国家空间研究中心（CNES）共同领导的一项任务。 图片来源：NASA/JPL-Caltech

本文顶部的可视化图表使用了 2023 年 7 月至 2024 年 11 月的 SWOT 数据，显示了俄亥俄河流域（流入密西西比河）湖泊和水库的平均水位高于海平面的情况。

黄色表示水位高于 1600 英尺（500 米），深紫色表示水位低于 330 英尺（100 米）。 比较这些水位的变化可以帮助水文学家测量当地或整个流域一段时间内的水供应情况。

一直以来，估算流域内社区的淡水可用性都是一项挑战。 研究人员通过安装在某些湖泊和水库的水位计、机载勘测以及其他观测水位或范围的卫星来收集信息。 但是，地面和机载仪器的覆盖范围在空间和时间上都很有限。 水文学家可以从不同的卫星上拼凑出他们所需的部分数据，但这些数据可能是同时采集的，也可能不是同时采集的，或者研究人员可能仍然需要用地面传感器的测量结果来补充信息。

即便如此，计算淡水供应量也是一项复杂的工作。 大部分工作都依赖于计算机模型。供职于布莱克斯堡的弗吉尼亚理工大学的淡水研究员、SWOT 科学团队成员乔治-艾伦（George Allen）说："传统的水模型在俄亥俄河这样高度管制的流域往往不能很好地发挥作用，因为它们难以表现大坝运行的不可预测性。"

美国的许多河流流域都有大坝和水库，由多个实体共同管理。 虽然管理水库的人可能知道他们所管理的水域的水质状况，但要规划整条河流的水源供应却很困难。 由于 SWOT 同时关注河流和湖泊，其数据有助于提供更加统一的视角。

SWOT 科学团队成员、马萨诸塞大学阿默斯特分校水文学家科林-格里森说："这些数据能让水资源管理者真正了解这些淡水系统中的其他人在做什么。"

尽管 SWOT 研究人员对数据带来的可能性感到兴奋，但仍有许多工作要做。 卫星对水位和水域范围的高分辨率观测意味着研究人员必须涉足浩瀚的数据海洋，而处理和分析这些测量数据也需要一些时间。

SWOT（地表水和海洋地形）卫星是由美国国家航空航天局（NASA）和法国国家空间研究中心（CNES）领导的一项开创性合作，加拿大航天局（CSA）和英国航天局也做出了重要贡献。 SWOT 卫星由美国国家航空航天局喷气推进实验室与加州理工学院合作管理，旨在测量全球水位和水体范围，为水文学、气候科学和水资源管理提供宝贵数据。

美国国家航空航天局提供了关键的飞行系统组件，包括 Ka 波段雷达干涉仪（KaRIn）、GPS科学接收器、激光反向反射器、双波束微波辐射计和仪器运行基础设施。 法国国家空间研究中心与泰雷兹阿莱尼亚航天公司和英国航天局合作，提供了卫星平台、地面操作和仪器，如双频海神测高仪、多普勒轨道成像和卫星辐射定位集成系统（DORIS）以及 KaRIn 射频子系统。 加空局通过提供 KaRIn 高功率发射机组件发挥了重要作用。 这些贡献共同使 SWOT 成为推动我们了解地球淡水和海洋系统的有力工具。

编译自/scitechdaily