Впервые исследователи из NASA и Технологического института Вирджинии использовали спутниковые данные для измерения высоты и скорости потенциально опасных паводковых волн, распространяющихся по рекам США. Три волны, которые они отследили, были вызваны сильными осадками и размытым ледяным затором.
Хотя в настоящее время не существует базы, которая систематизирует спутниковые данные о разливах рек, новое исследование подчеркивает потенциал космических наблюдений для оказания помощи гидрологам и инженерам, особенно тем, кто работает в населенных пунктах вдоль речных сетей с нехваткой сооружений по борьбе с наводнениями.
В отличие от океанских волн, которые вызываются ветром и приливами и накатываются на берег регулярно и с постоянной скоростью, речные паводковые волны представляют собой нерегулярные временные волны, которые распространяются вниз по течению на десятки и даже сотни километров. Как правило, они возникают в результате выпадения осадков или сезонного таяния снега. Природе они нужны для переноса питательных веществ и речных организмов вниз по реке. Но они также могут представлять опасность для людей и прибрежных экосистем.
Чтобы найти подходящие речные волны для своей докторской диссертации, ведущий автор исследования Хана Турман (Hana Thurman) из Технологического института Вирджинии обратилась за помощью к космическому аппарату, запущенному в 2022 году. Спутник SWOT (Surface Water and Ocean Topography) создан в сотрудничестве НАСА с Национальным центром космических исследований Франции. Он измеряет высоту почти всех поверхностных вод Земли, как пресных, так и соленых, используя свой чувствительный радарный интерферометр Ka-диапазона (KaRIn). Прибор отображает уровень и ширину водоемов, посылая радиосигналы к поверхности и определяя время, через которое они возвращаются обратно.
Турман знала, что система SWOT помогает ученым отслеживать повышение уровня моря вблизи побережья, выявлять цунами и составлять карты морского дна. Но могла ли она определить незначительные аномалии уровня рек? Все-таки паводковая волна (если только она не возникла при прорыве плотины) редко сравнима по высоте с океанской.
Спутник не подвел. Он зафиксировал три ярких примера крупных речных волн, включая мощную волну, которая внезапно возникла на реке Йеллоустоун в Монтане в апреле 2023 года. Когда аппарат пролетал над руслом реки, он засек гребень высотой 2,8 метра, устремившийся к реке Миссури в Северной Дакоте. Волна разделялась на впечатляющую пиковую часть длиной 11 километров, за которой следовал еще более протяженный «хвост». Эти детали, как отметила Турман, проиллюстрировали уникально высокое пространственное разрешение прибора KaRIn. Изучив снимки этого района с помощью оптического прибора Sentinel-2, она определила, что волна, вероятно, возникла в результате того, что ледяной затор раскололся выше по течению и высвободил скопившуюся воду.
Две другие речные волны, которые обнаружили Турман и ее команда, были вызваны ливневым стоком. Одна из них, обнаруженная SWOT 25 января 2024 года на реке Колорадо к югу от Остина, штат Техас, была связана с крупнейшим наводнением года на этом участке реки. Достигая более 9 метров в высоту и 267 километров в длину, поток имел скорость около 40 км/ч на протяжении более 400 км, прежде чем обрушиться в залив Матагорда.
Менее разрушительная волна возникла на реке Окмулджи близ Мейкона, штат Джорджия, в марте 2024 года. Достигая более 6 метров в высоту и протяженности более 165 км, она двигалась со скоростью около 12 км/ч.
С помощью спутника мы узнаем больше о форме и скорости речных волн, а также о том, как они изменяются на протяженных участках реки. Это может помочь нам оперативно понять, как быстро может начаться наводнение и находится ли инфраструктура в опасности.
Инженеры-гидрологи и управляющие водными ресурсами, пока полагаются на нехитрые водомерные приборы, которые регистрируют высоту воды и оценивают расход в определенных точках вдоль реки.
В Соединенных Штатах сети водомерных приборов обслуживаются различными учреждениями, включая Геологическую службу США. В других частях света их меньше, а в бедных странах может не быть совсем. Спутниковые данные дополняют наземные измерения и могут помочь заполнить их пробелы.
Если датчики потока похожи на пункты сбора платы за проезд, фиксирующие время прохождения автомобилей, то спутник SWOT — это подобие полицейского вертолета, следящего за порядком на шоссе.
По мнению Аллена, спутники могут отслеживать волны в речных бассейнах без наземных датчиков. Это даст ученым возможность предупреждать о наводнениях по всему миру. Облетая Землю несколько раз в день, SWOT сможет наблюдать около 55% крупномасштабных наводнений на том или ином этапе их жизненного цикла. Несколько таких спутников обеспечат круглосуточный мониторинг всех склонных к сильным разливам рек.
Наводнения и паводки — не единственная проблема прибрежных районов. Недавно ученые установили, что все крупные реки земного шара отравлены антибиотиками.
