美国国家航空航天局SWOT卫星首次发现大规模河流波浪
SWOT卫星正在帮助科学家测量黄石河等水道上的洪水波，如2024年10月在蒙大拿州拍摄的照片。SWOT仅在美国就测量了包括海洋在内的地表水以及数十万条河流、湖泊和水库的高度。图像：NPS
（蜘蛛网eeook.com）据美国国家航空航天局：美国国家航空航天局和弗吉尼亚理工大学的研究人员首次利用卫星数据测量了沿美国河流传播的潜在危险洪水波的高度和速度。他们追踪到的三次海浪可能是由极端降雨和松动的冰塞造成的。虽然目前还没有汇编河流洪水波卫星数据的数据库，但这项新研究强调了天基观测在帮助水文学家和工程师方面的潜力，特别是那些在防洪结构有限的河流网络沿岸社区工作的水文学家和工程师，如堤坝和防洪闸。
与通常由风和潮汐驱动并以稳定的速度向岸边滚动的海浪不同，河波（也称为洪水或流动波）是延伸数十至数百英里的临时性涌浪。它们通常是由降雨或季节性融雪引起的，对于将营养物质和生物顺流而下至关重要。但它们也可能造成危害：长时间的倾盆大雨或溃坝引发的极端河流波浪会引发洪水。
美国国家航空航天局南加州喷气推进实验室的水文学家、5月14日发表在《地球物理研究快报》上的一项新研究的合著者塞德里克·戴维说：“海浪在冲浪和航海中众所周知，但河流是地球的动脉。我们想了解它们的动力学。”。
SWOT在这位艺术家的概念图中被描绘在轨道上，其中一块太阳能电池板上的阳光闪闪发光，其关键仪器——Ka波段雷达干涉仪（KaRIn）的两个天线都得到了扩展。天线沿着卫星两侧30英里（50公里）宽的条带收集数据。图像：CNES
测量速度和尺寸
为了在她的博士研究中寻找河流的波浪，弗吉尼亚理工大学的主要作者Hana Thurman转向了2022年发射的航天器。SWOT（地表水和海洋地形）卫星是美国国家航空航天局和法国国家空间研究中心之间的合作。它正在使用其灵敏的Ka波段雷达干涉仪（KaRIn）测量几乎所有地表水的高度，包括淡水和咸水。该仪器通过从水面反射微波并计时信号返回所需的时间来绘制水体的高度和宽度。
美国国家航空航天局华盛顿总部的SWOT项目科学家Nadya Vinogradova Shiffer表示：“除了监测湖泊和河流的总蓄水量外，我们还关注水运动和变化的动态和影响。”。
瑟曼知道SWOT可以帮助科学家追踪海岸附近不断上升的海平面，发现海啸泥流，并绘制海底地图，但她能在数据中识别出表明波浪移动的河流高度异常吗？
她发现，该任务捕捉到了三个明显的河波例子，其中一个是2023年4月在蒙大拿州黄石河上突然出现的。当卫星从头顶经过时，它观察到一个9.1英尺高（2.8米高）的山峰流向北达科他州的密苏里河。它被分成一个引人注目的6.8英里长（11公里长）的山峰，后面是一个更拉长的尾巴。瑟曼说，从轨道上看到这些细节令人兴奋，并说明了KaRIn仪器独特的高空间分辨率。
通过该地区的Sentinel-2光学图像，她确定波浪可能是由于上游的冰塞破裂并释放出被压抑的水造成的。
瑟曼和研究小组发现的另外两个河波是由降雨径流引发的。SWOT从2024年1月25日开始在德克萨斯州奥斯汀以南的科罗拉多河上发现了一个与该河段今年最大的洪水有关。它高30英尺（9米），长166英里（267公里），以每秒3.5英尺（1.07米）的速度行驶了250多英里（400公里），然后排入马塔戈达湾。
另一波于2024年3月起源于佐治亚州梅肯附近的奥库姆吉河。它的高度超过20英尺（6米），延伸超过100英里（165公里），速度约为每秒1英尺（0.33米），行程超过124英里（200公里）。
瑟曼说：“我们正在更多地了解水波的形状和速度，以及它们如何沿着河流的长距离变化。”。“这可以帮助我们回答这样的问题，洪水会以多快的速度到达这里，基础设施是否面临风险？”
补充意见
长期以来，测量河流波浪的工程师和水资源管理人员一直依赖于测流器，测流器记录水位并估算河流沿线固定点的流量。在美国，流量测量网络由包括美国地质调查局在内的机构维护。他们在世界其他地方更稀疏。
弗吉尼亚理工大学的水文学家和遥感专家、研究主管乔治·艾伦说：“卫星数据是互补的，因为它可以帮助填补空白。”。
如果流量表就像收费站，在汽车经过时为其计时，SWOT就像一架交通直升机，在高速公路上拍摄快照。
艾伦说，SWOT帮助确定的波速与仅使用仪表数据计算的波速相似，这表明卫星可以在没有仪表的情况下帮助监测流域的波浪。了解河流波浪的发展位置和原因可以帮助科学家追踪世界各地不断变化的洪水模式。
SWOT每天多次绕地球运行，预计将在其生命周期的某个阶段观测到约55%的大规模洪水。“如果我们在数据中看到一些东西，我们可以说些什么，”大卫谈到SWOT有可能标记正在发生的危险洪水。“很长一段时间以来，我们一直站在河岸上，但我们从未见过像现在这样的河岸。”
关于SWOT卫星
SWOT卫星是由美国国家航空航天局和法国国家空间研究中心联合开发的，加拿大航天局和英国航天局也提供了帮助。美国国家航空航天局喷气推进实验室由加州帕萨迪纳的加州理工学院为该机构管理，领导着该项目的美国部分。对于飞行系统有效载荷，美国国家航空航天局提供了Ka波段雷达干涉仪（KaRIn）仪器、GPS科学接收器、激光后向反射器、双光束微波辐射计和美国国家航空宇航局仪器操作。卫星集成多普勒轨道成像和无线电定位系统、双频波塞冬高度计（由泰雷兹阿莱尼亚航天公司开发）、KaRIn射频子系统（与泰雷兹阿列尼亚航天公司合作，并得到英国航天局的支持）、卫星平台和地面操作由法国国家空间研究中心提供。KaRIn高功率发射机组件由CSA提供。
