由美國國家航空暨太空總署（NASA）和法國國家太空研究中心（CNES）合作研發的SWOT 衛星，透過提供地球上幾乎所有水面的水高綜合數據，正在徹底改變洪水預測的方式。

地表水和海洋地形衛星（SWOT）旨在對地球表面的水進行首次全球調查，它將收集地球上水體隨時間變化的詳細測量數據。圖片來源：NASA/JPL-Caltech

河流、湖泊和水庫就像我們地球的動脈，透過相互連接的巨大網路輸送維持生命的水。當地球的水循環速度過快時，就會導致洪水氾濫，危及生命和財產安全。隨著氣候變遷改變了降水模式，全世界越來越多的人生活在洪水易發地區，這種風險正在增加。

科學家和水資源管理者使用多種類型的數據來預測洪水。今年，他們有了一個新工具：來自地表水和海洋地形（SWOT）衛星的淡水資料。美國國家航空暨太空總署（NASA）和法國國家太空研究中心（CNES）合作建立的觀測站正在測量地球上幾乎所有水面的高度。 SWOT 的設計目的是測量每條寬度超過300 英尺（100 公尺）的主要河流，初步結果表明它可能能夠觀測到更小的河流。

2011 年，蘇里斯河的洪水淹沒了北達科他州的這個社區。美國和法國的SWOT 衛星為科學家和水資源管理者提供了一種新的工具，用來觀察三維洪水，這些資訊可以改善洪水發生地點和頻率的預測。資料來源：北達科他州水務委員會

溪流測量儀可以精確測量河流的水位，但只能測量個別地點的水位，而且往往相隔很遠。許多河流根本沒有水位計，尤其是在沒有資源維護和監測水位計的國家。水位計也可能因洪水而失靈，當水位超過河岸並流入水位計無法測量的區域時，水位計就不可靠了。

SWOT 能以三維方式更全面地觀察洪水，測量洪水的高度、寬度和坡度。科學家可以利用這些數據來更好地追蹤洪水在地形中的脈動，從而改善洪水發生地點和頻率的預測。

在這張2023 年10 月8 日的圖片中，季風雨造成的洪水覆蓋了孟加拉東北部的廣大地區。這顆由美國和法國共同研發的衛星首次以高分辨率為整個地區提供及時、精確的水面高程信息，從而改進了洪水預報。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UNC-Chapel Hill/Google Earth

建立更好的洪水模型

將SWOT 資料納入洪水模型的一項工作由位於科羅拉多州博爾德的環境科學合作研究所(CIRES) 的J. Toby Minear 領導。 Minear 正在研究如何將SWOT 資料納入美國國家海洋暨大氣總署的國家水模型，該模型可預測美國河流發生洪水的可能性及其時間。 SWOT 淡水數據將填補測量儀之間的空間空白，幫助Minear 等科學家確定河流沿岸特定地點發生洪水的水位（高度）。

SWOT 河流坡度資料–如圖所示的加州薩克拉門托河的坡度資料–可以改善對水流通過河流和沖刷地形的速度的預測。為了計算坡度，科學家將較低的水位（右）減去較高的水位（左），然後除以河段長度。圖片來源：NASA/JPL-Caltech/UNC-Chapel Hill/Google地球

他希望SWOT 能以多種方式改善國家水模型資料。例如，它將對河流坡度以及坡度如何隨水流變化提供更準確的估算。一般來說，河流坡度越陡，水流速度越快。水文建模人員利用坡度資料來預測水流通過河流和流出地表的速度。

SWOT 也將幫助科學家和水資源管理者量化湖泊和水庫的儲水量。雖然美國有大約90,000 個相對較大的水庫，但其中只有幾千個水庫擁有納入國家水模型的水位資料。這就限制了科學家們了解水庫水位與周圍陸地高程和潛在洪水之間關係的能力。 SWOT 正在測量數以萬計的美國水庫，以及幾乎所有大於兩個足球場的美國天然湖泊。

包括美國在內的一些國家在河流測量網絡和詳細的當地洪水模型方面投入了大量資金。但在非洲、南亞、南美洲部分地區和北極地區，有關湖泊和河流的數據卻很少。在這些地方，洪水風險評估通常依靠粗略估計。 SWOT 的部分潛力在於，它能讓水文學家填補這些空白，提供有關地表蓄水量和河流流量的資訊。

聯合國大學教堂山分校博士生瑪麗莎-休斯（Marissa Hughes）用三腳架安裝全球定位系統，以精確測量紐西蘭懷馬卡里里河一段的水面高程。測量結果用於校準和驗證來自美國-法國SWOT 衛星的數據。信用：Alyssa LaFaro/NC Research

美國國家航空暨太空總署SWOT淡水科學負責人、北卡羅來納大學教堂山分校研究員塔姆林-帕維爾斯基（Tamlin Pavelsky）說，SWOT有助於應對氣候變遷引發的極端風暴所造成的日益嚴重的洪水威脅。想想2017年的休士頓和哈維颶風吧，」他說。」如果沒有氣候變化，我們不太可能在一場風暴中看到60 英吋的降雨量。隨著強降水事件變得越來越常見，社會將需要更新工程設計標準和洪氾區地圖。 “

地球水循環的這些變化正在改變社會對洪水和洪氾區的假設，隨著降雨強度的增加以及洪水易發地區人口的增長，未來全球數億人將面臨更大的洪水風險。

SWOT 洪水資料還有其他實際用途。例如，保險公司可以利用SWOT 數據建立的模型來改善洪水災害地圖，從而更好地估計一個地區潛在的破壞和損失風險。一家大型再保險公司FM Global 是SWOT 目前的40 家早期採用者之一，這是一個致力於將SWOT 數據納入其決策活動的全球組織社群。

帕維爾斯基說：”FM Global 等公司和美國聯邦緊急事務管理局等政府機構可以透過與SWOT 數據進行比較，對其洪水模型進行微調。這些更好的模型將讓我們更準確地了解洪水可能發生的地點和頻率。

關於任務的更多信息

SWOT 於2022 年12 月16 日從加州中部的范登堡空軍基地發射升空，目前正處於運作階段，收集的數據將用於研究和其他目的。

SWOT 計畫由美國國家航空暨太空總署和法國國家太空研究中心共同開發，加拿大太空總署和英國太空總署也提供了支持。美國國家航空暨太空總署的噴射推進實驗室由加州帕薩迪納的加州理工學院代為管理，是該計畫的美國部分領導單位。在飛行系統有效載荷方面，NASA 提供了KaRIn 儀器、GPS科學接收器、雷射反向反射器、雙波束微波輻射計和NASA 儀器操作。法國國家太空研究中心提供了多普勒軌道成像和衛星輻射定位整合系統、雙頻波塞冬測高儀（由泰雷茲阿萊尼亞航太公司開發）、KaRIn 射頻子系統（與泰雷茲阿萊尼亞航太公司合作，並得到英國航太局的支持）、衛星平台和地面操作。加空局提供了KaRIn 高功率發射機組件。美國國家航空暨太空總署（NASA）提供了運載火箭和該局設在甘迺迪太空中心的發射服務計劃，並管理相關的發射服務。

編譯來源：ScitechDaily