如何使用卫星数据了解海平面上升

不幸的是，世界海平面在不断上升。这不是由单一原因造成的，而是受到许多因素的影响，包括大量消耗储存的水。湿地丧失和森林砍伐等因素对于水从人工水库持续流入海洋至关重要。例如，让我们考虑一下咸海地区的情况。农业耗水量如此之高，以至于降低了水库的蓄水位，持续抬高海平面。地壳下沉引起的陆地运动变化也是一个促成因素。上升的构造板块也将不可避免地抬高海平面。然而，这个过程发生在大时间尺度上并且非常缓慢。

毫无疑问，海平面上升的主要原因是气候变化导致的海洋变暖。当水分子吸收热量时，它们会变大（热膨胀）并最终导致海洋本身变大，海平面上升。全球变暖的另一个影响是冰川融化，冰川将水返回海洋，从而导致海洋扩张。科学家们现在正在仔细研究冰盖，并估计融化的冰每年导致海平面上升 0.35 毫米。为了更好地展示规模，值得一提的是，如果冰盖完全融化，海平面将从南极西部冰盖上升约 5 米，从格陵兰冰盖上升 7 米，从东部上升 53 米南极冰原！

自 1992 年以来，卫星一直在记录海面高度。据美国国家航空航天局称，从那时起，平均海平面上升了 10.1 厘米。此外，海平面上升的速度还在继续上升。20世纪海平面每年上升1.5毫米；在 1990 年代初期，它是每年 2.5 毫米，但在过去十年中，它已经加速到每年 3.9 毫米！据美国宇航局称，海平面每上升 2.5 厘米，海岸线就会减少 2.5 米。

不幸的是，一项长达 30 年的研究表明，造成这种情况的罪魁祸首是人。用 NASA 海洋学家乔希·威利斯 (Josh Willis) 的话来说，“人类干扰气候导致的海平面上升现在正在超越自然周期……而且每十年发生的速度越来越快。” 事实上，人类的影响是海平面自然上升的 10 倍，这在很大程度上取决于我们。政府间气候变化专门委员会预测，到本世纪末海平面可能上升 1.1 米。

下图显示了全球平均海平面的上升趋势和未来预测。

过去和未来全球平均海平面的时间序列。资料来源：政府间气候变化专门委员会 (IPCC)

如果我们回顾地球的历史，就会发现海平面在过去曾多次上升和下降。原因主要是自然过程、构造运动和气候变暖。然而，风险从未如此之高，地球上的人口也从未如此稠密。

海平面上升已经造成了灾难性的后果。我们可以通过观察沿海洪水和萎缩的海滩，用肉眼看到这些。一些国家，如孟加拉国，由于海水污染土地，正在失去农作物物种。对于沿海社区来说，这种情况以侵蚀、风暴和洪水的形式构成危险。

此外，许多拥有数十亿人口的大城市都位于沿海地区。上海、纽约和伦敦只是可能面临风险的高度城市化城市的一些例子。Landscape Metrics的交互式可视化示例说明了这对城市居民和基础设施意味着什么。

这种情况对较小的岛屿构成了更大的风险，人们在这些岛屿上搬迁的空间有限。生活的主要中心位于沿海地区，洪水泛滥就是一场大灾难。

卫星数据预测警告场景

一个不争的事实是，没有比通过环绕地球的卫星更好的观察蓝色海洋的方法了。水覆盖了地球 70% 的面积，同时从地表获取相同的信息是不可能的。通过卫星数据，我们可以看到随时间变化的程度，从而可以为影响做好准备。卫星图像生成的地图和分析清楚地表明了水位上升问题的严重程度，以及我们能多快感受到后果。变化正在发生，有必要采取行动将潜在的损害降到最低。

汹涌的海洋全球风险区地图

预计冰盖的破裂将导致未来两个世纪全球海平面至少加速上升一米，最后至少上升三米。有没有想过你的城市在这种情况下会是什么样子？Climate Central 创建了一个汹涌的海域全球风险区地图这使您可以研究世界沿海 30 米以下洪水泛滥的风险。可以按城市、州、邮政编码和其他位置标准搜索地图。对于美国地区，该地图包括 NOAA 提供的最新高精度、高分辨率 LiDAR 数据。此外，这些层还包括显示社会脆弱性和人口密度的信息。然而，对于美国以外的地区，使用了来自 NASA 的航天飞机雷达地形测量任务 (SRTM) 的高度数据。该应用程序中呈现的可视化效果提供发人深省的见解，帮助我们更好地了解水位上升对我们生活的影响。

波士顿预测显示水位高于涨潮线 3 米；资料来源：https://riskfinder.climatecentral.org/

热带地区易受海平面上升的影响

根据最近发表在Nature Communications上的一篇文章，2.67亿人生活在海拔不到两米的陆地上。该研究使用了一种称为 LiDAR 的遥感方法，它使用脉冲激光形式的光来测量到物体的距离。这些光脉冲与系统记录的其他数据相结合，生成有关所研究物体形状的精确三维信息。根据研究结果，研究人员预测，如果海平面上升一米，人口保持不变，那么到2100年，面临风险的人数将增加超过1.4亿！根据文章中提供的地图，62% 的最脆弱土地位于热带地区。不幸的是，预测并不乐观，假设 59% 的人口在亚洲热带地区处于危险之中，而在热带地区则高达 72%！

（上）2020 年人口（中）2020 年地表高程（下）相对海平面上升 1 米（RSLR）后的地表高程；资料来源：Hooijer, A.、Vernimmen, R. 全球 LiDAR 陆地高程数据揭示了热带海平面上升的最大脆弱性。

但是有了可衡量的数据，世界上更多的地方可以更好地规划海平面上升，并采取周到的措施来保护易受灾害的地区。根据该研究的主要作者 Aljosji Hooijer 博士的说法，“只要桌面上没有真正好的数据，就无法对此进行适当的讨论，但如今，数据就在那里，而且准确性要高得多。” LiDAR 技术在理论上自 1960 年代就已存在，但近年来有了长足的发展，调查结果也更加准确。Hooijer 能够使用世界各地的地形高程测量值，误差幅度要小得多。如今， UP42等地理空间平台上的每个人都可以访问数据和处理功能. 技术、数据质量和地理空间市场在不断发展，这使得更多的调查研究成为可能。

波罗的海海豹突击队

卫星数据在更好地了解正在发生的变化方面的作用也得到了欧空局名为波罗的海海豹突击队的项目的证实。慕尼黑工业大学的一组科学家与来自世界各地的合作伙伴合作，着手开发处理水位变化数据的算法。

研究人员选择波罗的海作为研究的模型区域。“该地区的数据非常适合开发分析它们的新方法，因为许多因素——例如蜿蜒的海岸线、海面冰和风——使分析变得复杂。此外，还需要进行许多当地海平面测量来确认结果，”项目负责人 Marcello Passaro 说。“适用于波罗的海的方法很容易适用于其他地区。”

有了上述算法，就可以在部分海岸被淹没的情况下制定预防策略。处理卫星数据的新方法将使每年以毫米为单位确定海平面成为可能。在目前的情况下，如果水位继续以如此快的速度上升，提前获得的信息将为决策机构的规划和行动提供宝贵的指导。

结论

因此，从波罗的海以及其他例子可以看出，卫星数据有许多与海平面上升有关的应用。通过使用先进的算法和 LiDAR 数据，我们可以追踪海平面。因此，我们所知道的是威胁的规模以及潜在威胁可能发生的地方。此外，对情况的了解允许基于使用卫星数据创建的高级模型进行早期预警和预防行动。这让我们意识到了问题，显示了威胁地图是如何传播的，以及我们应该如何做出反应并在可能的响应中进行合作。

如果不使用专门的仪器，就不可能准确快速地调查所描述的现象。即使我们无法阻止海水上涨，我们也会为可能的后果做好准备。这就是精确可靠的卫星数据所能提供的。