En majoritet av världens befolkning bor på lågt belägna marker nära havet, av vilka några förutspås sjunka under vatten i slutet av 2000-talet på grund av stigande havsnivåer.

Den mest relevanta kvantiteten för att bedöma effekterna av havsnivåförändringar på dessa samhällen är den relativa havsnivåhöjningen – höjdförändringen mellan jordens yta och havsytans höjd. För en observatör som står på kustlandet, relativ havsnivåhöjning är nettoförändringen av havsnivån, vilket också inkluderar uppgång och fall av landet under observatörens fötter.

Nu, med hjälp av exakta mätningar från den senaste satellitbaserade interferometriska syntetiska aperturradarn (InSAR) som kan detektera landytans stigning och fall med millimeters noggrannhet, ett forskningsteam från Arizona State University har, för första gången, spårade hela Kaliforniens kustens vertikala landrörelse.

De har identifierat lokala hotspots på den sjunkande kusten, i städerna San Diego, Los Angeles, Santa Cruz och San Francisco, med en sammanlagd befolkning på 4 till 8 miljoner människor som utsätts för snabb landsättning, som kommer att löpa en högre översvämningsrisk under decennierna före den beräknade havsnivåhöjningen.

"Vi har inlett en ny era av kustkartläggning på mer än 1, 000 gånger högre detaljer och upplösning än någonsin tidigare, sade Manoochehr Shirzaei, som är huvudutredare för det NASA-finansierade projektet. "De oöverträffade detaljerna och submillimeternoggrannheten som lösts i vår vertikala landrörelsedatauppsättning kan förändra förståelsen av naturliga och antropogena förändringar i relativ havsnivå och associerade faror."

Resultaten publicerades i veckans nummer av Vetenskapens framsteg .

Forskargruppen inkluderade doktoranden och huvudförfattaren Em Blackwell, och fakulteten Manoochehr Shirzaei, Chandrakanta Ojha och Susanna Werth, alla från ASU School of Earth and Space Exploration (Werth har en dubbel utnämning i School of Geography and Urban Planning).

Em Blackwell hade ett stort intresse för geologi, och när Blackwell började forskarskolan, Ansökningarna från InSAR drog dem att fortsätta detta projekt. InSAR använder radar för att mäta förändringen i avståndet mellan satelliten och markytan, producerar mycket noggranna deformationskartor av jordens yta med 10s m upplösning över 100s km rymd.

Marksättningar kan uppstå på grund av naturliga och antropogena processer eller en kombination av dem. De naturliga processerna omfattar tektonik, glacial isostatisk justering, sedimentladdning, och jordpackning. De antropogena orsakerna inkluderar grundvattenutvinning och olje- och gasproduktion.

Från och med 2005, cirka 40 miljoner människor exponerades för en översvämningsrisk på 1 av 100 år vid kusten, och år 2070 kommer detta antal att växa mer än tredubblas. Värdet på egendom som utsätts för översvämning kommer att öka till cirka 9 % av den beräknade globala bruttonationalprodukten, med USA, Japan, och Nederländerna är de länder som har mest exponering. Dessa exponeringsuppskattningar förlitar sig ofta bara på prognoser av global genomsnittlig havsnivåhöjning och tar inte hänsyn till vertikala landrörelser.

Studien mätte hela Kaliforniens 1350 kilometer långa kust från 2007-2018, sammanställa 1000-tals satellitbilder över tiden, används för att göra en vertikal landrörelsekarta med 35 miljoner pixlar vid ~80 m upplösning, som omfattar ett brett utbud av kusthöjningar och sättningar. Kustsamhällenas beslutsfattare och allmänheten kan fritt ladda ner uppgifterna (länk i tilläggsdata).

De fyra storstadsområdena som drabbades mest i dessa områden var San Francisco, Monterey Bay, Los Angeles, och San Diego.

"Den stora majoriteten av San Francisco Bays omkrets genomgår sättningar med hastigheter som når 5,9 mm/år, " sade Blackwell. "Särskilt, San Francisco International Airport sjunker med hastigheter snabbare än 2,0 mm/år. Monterey Bay Area, inklusive staden Santa Cruz, sjunker snabbt utan några upphöjningszoner. Säkningshastigheten för detta område når 8,7 mm/år. Los Angeles-området visar sättningar längs små kustzoner, men det mesta av sättningen sker i inlandet."

Områden med landhöjning inkluderade norr om San Francisco Bay Area (3 till 5 mm/år) och centrala Kalifornien (samma hastighet).

Framöver under de kommande decennierna, kustbefolkningen förväntas växa till över 1 miljard människor år 2050, på grund av kustflyttning. Den framtida översvämningsrisken som dessa samhällen kommer att möta styrs huvudsakligen av graden av relativ havsnivåhöjning, nämligen, kombinationen av havsnivåhöjning och vertikal landrörelse. Det är viktigt att inkludera landsättningar i regionala prognoser som används för att identifiera områden med potentiella översvämningar för den urbaniserade kusten.

Utöver studien, ASU:s forskargrupp är hoppfull om att andra inom forskarvärlden kan bygga på sina resultat för att mäta och identifiera kustfaror mer allmänt i USA och runt om i världen.