De 4, 300 kilometer Mekongfloden är en livlina för Sydostasien. Om detta mäktiga flodsystem spränger sina stränder, översvämningar kan påverka miljontals människors liv och försörjning. En ny metod som utvecklats av ett team av forskare vid Münchens tekniska universitet (TUM) gör det möjligt att övervaka komplexa flodområden med hjälp av endast satellitdata.

Vattennivåer i Mekongbassängen, som sträcker sig genom sex länder i Sydostasien, är föremål för betydande säsongsfluktuationer. En ny modell gör det nu möjligt att beräkna hur vattennivåer påverkas på olika delar av floden av extrema väderhändelser som kraftiga regn eller torka under långa perioder.

Statistisk modellering av flodsystemet

För att modellera flodens flödesmönster, med sitt komplexa nätverk av distributörer, Claudia Klüppelberg, professor i matematisk statistik vid TUM, använt statistiska metoder för att länka satellitdata. Ett team vid det tyska geodetiska forskningsinstitutet vid TUM tillämpade specialutvecklade algoritmer på rå mätdata som samlats in från satellituppdrag. Den nya modellen gör det möjligt att extrapolera vattennivådata för vissa punkter för att bestämma nivåerna på nästan vilken plats som helst i hela älvsystemet.

Beräkna vattennivåer med satellitdata

Höjdmätningsinstrument sänder radarvågor från satelliter till jorden. Dessa signaler studsar tillbaka från vattenytan mot källan. "Genom att mäta tiden det tar för radarvågorna att färdas den sträckan, vi kan beräkna vattennivåerna, säger Florian Seitz, professor i geodetisk geodynamik vid TUM. "Dock, det är endast möjligt där satellitens spår korsar en vattenmassa. Men för vattenförsörjningen, hydrologisk analys och säkerhetsfrågor såsom potentiell risk för översvämning, det är lika viktigt att känna till vattennivåerna på andra punkter."

Länka data från olika satellituppdrag

Höjdmätningssatelliter på repetitiva banor passerar vanligtvis över samma punkter under en upprepad cykel på 10 till 35 dagar. Som ett resultat, vattennivådata samlas in för var och en av dessa punkter med jämna mellanrum. Forskarna använde också observationer som samlats in av en SAR-höjdmetrisatellit. Istället för att följa en repetitiv bana, denna satellit samlar in data vid en given punkt på floden bara en gång. Dock, de täckta punkterna är fördelade över hela flodsystemet. SAR-höjdmätningsmetoden är också överlägsen konventionella system när det gäller noggrannhet.

Forskarna vid de inblandade instituten kombinerade de olika typerna av satellitdata med hjälp av en statistisk metod som kallas universal kriging. "Att kunna inkludera dessa ytterligare, mycket noggranna mätningar med en god rumslig fördelning i vår modell förbättrade kvaliteten på resultaten avsevärt, säger Claudia Klüppelberg.

En enda metod för alla större flodsystem

"De säsongsmässiga fluktuationerna i vattennivåer på Mekong, den mångfaldiga topografin, och den regelbundna översvämningen gjorde det möjligt för oss att testa många olika scenarier, " säger Florian Seitz. "De metoder vi har utvecklat är tillämpliga på alla större flodsystem – även där det inte finns några markstationer för att mäta vattennivåer."