Forskare som arbetar under ledning av Münchens tekniska universitet (TUM) har genomfört de första exakta och heltäckande mätningarna av havsnivåhöjningar i Östersjön och Nordsjön. En ny metod gör det nu möjligt att bestämma havsnivåförändringar med millimetersnoggrannhet även i kustområden och vid havsistäckning. Detta är av avgörande betydelse för planering av skyddsåtgärder.

För de miljarder människor som bor i kustområden, stigande havsnivåer på grund av klimatförändringar kan utgöra ett existentiellt hot. "För att skydda människor och infrastruktur - till exempel genom att bygga översvämningsskyddsstrukturer, säkra hamnar eller göra vallar högre – vi behöver tillförlitliga prognoser om havsnivåtrender, " förklarar prof. Florian Seitz, direktören för det tyska geodetiska forskningsinstitutet vid TUM. "Dock, detta kräver exakta data med hög rumslig upplösning. Och tills nu, den erforderliga täckningen för stort område var inte tillgänglig."

Särskilt nära kustlinjer – där så många städer, hamnar, industrianläggningar och bostadsområden finns – kvaliteten på data som samlats in av radarsatelliterna som kretsar runt jorden i årtionden äventyrades av höga signal-brus-förhållanden. Anledningen:berg, Vikar och öar till havs sprider signalerna och förvränger de reflekterade ekona. Ett annat problem är havsisen, som täcker delar av haven på vintern, och är ogenomtränglig för radar.

I projektet Baltic Sea Level (Baltic SEAL), ett team av forskare vid TUM arbetade med internationella partners för att utveckla algoritmer för att bearbeta mätdata från radarsatelliter för att möjliggöra exakta och högupplösta mätningar av havsnivåförändringar även i kustområden och under havsisen.

Penetrerande is och öar med radar

Forskarna valde Östersjön som modellregion:"Data från denna region är särskilt lämpliga för att utveckla nya metoder eftersom flera faktorer försvårar analysen:Den komplexa formen av kustlinjen, havsis och vind. På samma gång, det finns gott om lokala havsnivåmätningar för att bekräfta resultaten, " säger projektledaren Dr Marcello Passaro. "En analysmetod som fungerar i Östersjön kan lätt anpassas till andra regioner."

För att hantera hundratals miljoner radarmätningar gjorda mellan 1995 och 2019, teamet utvecklade en process i flera steg:I det första steget, de kalibrerade mätningarna från de olika satellituppdragen så att de kunde kombineras. Med specialutvecklade algoritmer, de kunde sedan upptäcka signaler från det istäckta havsvattnet i radarreflektionerna som producerades längs sprickor och sprickor. Detta gjorde det möjligt att bestämma havsnivåerna för vintermånaderna. Med nya beräkningsmetoder uppnådde de också bättre upplösning av radarekon nära land.

Som ett resultat, det är nu möjligt att mäta havsnivåer i kustområden och jämföra resultaten med lokala tidvattensrekord. Den bearbetade datan anpassades sedan till ett fint rutnät med en upplösning på 6 till 7 km med hjälp av en algoritm utvecklad av teamet. Resultatet:En mycket exakt datauppsättning som täcker hela regionen.

De största höjningarna av havsnivån sker i Bottenviken

Analysen av dessa data för Östersjön visar de regionala effekterna av höjningen av havsnivån under det senaste kvartsseklet:Havsnivån har stigit med en årlig takt på 2 till 3 millimeter i söder, vid den tyska och danska kusten, jämfört med 6 millimeter i nordost, i Bottenviken. Orsaken till denna stora uppgång:Starka sydvästliga vindar som driver vattnet mot norr och österut. Denna ökning av havsnivån över genomsnittet utgör inte ett hot mot kustnära invånare, dock, eftersom landet har höjts sedan slutet av den senaste istiden — för närvarande med en årlig takt på upp till 1 cm.

"Genom de nyutvecklade processerna för att analysera och kombinera radardata, vi är nu i stånd att komma fram till exakta och tillförlitliga slutsatser om havsnivåförändringar under de senaste decennierna även för andra kustregioner, " tillägger Dr. Denise Dettmering. Forskaren har också skapat en omfattande datauppsättning för Nordsjöregionen:Havsnivån där stiger med 2,6 millimeter per år, och med 3,2 millimeter i Tyska bukten. Lokala trender kan bestämmas med hjälp av datamängden och användarmanualen – som båda är fritt tillgängliga online. "Med uppgifterna, forskare kan verifiera sina klimatmodeller, till exempel, och offentliga myndigheter kan planera lämpliga skyddsåtgärder, säger Dr Seitz.