För de hundratals miljoner människor som bor i kustregioner runt om i världen, stigande hav som drivs av klimatförändringar utgör ett direkt hot. För att myndigheterna ska kunna planera lämpliga skyddsstrategier, noggrann information om havsnivåhöjning nära kusten är absolut nödvändig. Av olika skäl, dessa mätningar är svåra att få från satelliter. Dock, ny ESA-finansierad forskning visar hur ett specifikt sätt att bearbeta satellit altimetri data nu gör det möjligt att bestämma havsnivåändring i kustområden med millimeter per år noggrannhet, och även om havet är täckt av is.

Med hjälp av Östersjön som mål för forskningen, denna nya bearbetningsteknik, som visar regionala skillnader i havsnivåhöjning, förbättrar och utökar tidigare trendkartor på havsnivå drastiskt. Resultaten visar att mellan 1995 och 2019, havsnivån har stigit med en årlig hastighet på 2–3 mm i söder, längs den tyska och danska kusten, jämfört med 6 mm i nordost, i Bottenviken.

När vår atmosfär och hav fortsätter att värma på grund av klimatförändringar, havsnivån kommer sannolikt att fortsätta stiga i många decennier framöver. Rapporten från 2019 från FN:s klimatpanel (IPCC) ger en allvarlig bild av problemen vi står inför på grund av havsnivåhöjningar. I specialrapporten om havet och kryosfären i ett föränderligt klimat anges att den globala genomsnittliga havsnivån sannolikt kommer att stiga mellan 0,29 m och 1,1 m i slutet av detta århundrade. Detta är den värsta prognosen av havsnivåhöjningar som någonsin gjorts av IPCC.

Sedan början av 1990 -talet har satelliter som bär radarhöjdmätare har följt havsytans förändrade höjd, och visa att den globala genomsnittliga havsnivån har stigit, i genomsnitt, med drygt 3 mm varje år och, oroande, att denna ökningstakt har ökat under de senaste åren.

Dock, som med vilket genomsnitt som helst, termen ”global medelhög havsnivåökning” berättar inte hela historien. Havsnivån stiger inte i samma takt överallt. Längs kusterna, till exempel, havsnivåhöjningen kan överstiga det globala medelvärdet på grund av komplex havsdynamik närmare land.

Medan franska – U.S. serie av Jason satellituppdrag, ESA:s Envisat- och CryoSat -uppdrag, och Copernicus Sentinel-3-satelliterna har tillhandahållit viktiga data för att spåra havsnivåhöjning i det öppna havet, kartläggningen stiger närmare kusten är svårare. Detta beror på att berg, vikar och havsöar förvränger radarsignalen som reflekteras tillbaka till satelliten. Ett annat problem är havsis, som täcker delar av haven på vintern, är ogenomtränglig för radar.

Florian Seitz, Direktör för det tyska geodetiska forskningsinstitutet vid Münchens tekniska universitet, sa, "För att skydda människor och infrastruktur - till exempel genom att bygga översvämningsskydd, att säkra hamnar eller göra vallar högre-vi behöver pålitliga prognoser om trender på havsnivå. "

Genom ESA:s Earth Observation Science for Society Baltic Sea Level -projekt (Baltic SEAL), ett team av forskare vid Tekniska universitetet i München arbetade med internationella partner för att utveckla algoritmer för att bearbeta mätdata från en rad satellit-altimetrisensorer för att ge exakta och högupplösta mätningar av havsnivåändringar i kustområden och i ledningar mellan havet is.

Forskarna valde Östersjön som modellregion. "Data från denna region är särskilt lämpliga för att utveckla nya metoder eftersom flera faktorer försvårar analysen, till exempel kustens komplexa form, havsis och vind. På samma gång, det finns gott om lokala havsnivåmätningar för att bekräfta resultaten, "sa projektledaren Marcello Passaro.

"En analysmetod som fungerar i Östersjön kan enkelt anpassas till andra regioner."

För att hantera hundratals miljoner radarmätningar tagna mellan 1995 och 2019 från satellituppdrag inklusive Jason -serien, Envisat, CryoSat och Copernicus Sentinel-3, laget 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 isbelagda havsvattnet i radarreflektionerna som produceras längs sprickor och sprickor, kallas leads. Detta gjorde det möjligt att bestämma havsnivån för vintermånaderna. Med nya beräkningsmetoder uppnådde de också bättre upplösning av radarekon nära land.

Som ett resultat, det är nu möjligt att mäta havsnivån i kustområden och jämföra resultaten med lokala tidvattenrekord. De bearbetade uppgifterna monterades sedan på ett fint nät med en upplösning på 6-7 km med hjälp av en algoritm som utvecklats av teamet. Resultatet är en mycket exakt datauppsättning som täcker hela Östersjöregionen.

Data visar de regionala effekterna av havsnivåhöjningen mellan 1995 och 2019. Havsnivån har stigit med en årlig hastighet på 2–3 mm i söder, längs den tyska och danska kusten, jämfört med 6 mm i nordost, i Bottenviken. Orsaken till denna stora uppgång är starka sydvästliga vindar som driver vattnet i norr och österut. Denna ökning av genomsnittet i havsnivån utgör inte ett hot mot kustborna, dock, för sedan slutet av förra istiden har landet här stigit med upp till 1 cm per år till följd av efterglacial återhämtning.

Forskarna har också skapat en omfattande dataset för Nordsjöregionen. Havsnivån här stiger med 2,6 mm per år, och med 3,2 mm i tyska viken. 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.

ESA:s Jérôme Benveniste tillade, "Baltic SEAL -projektet har gett utmärkta resultat, visar värdet av jordobservation för samhället. Detta nya sätt att bearbeta data från satellitradar-altimetri kommer verkligen att hjälpa myndigheterna att vidta lämpliga åtgärder för att skydda medborgare och infrastruktur från havsnivåhöjningar. Vi väntar också med spänning på de högupplösta data som kommer från det nya Copernicus Sentinel-6-uppdraget, som också lovar att kartlägga havsytans höjd nära kusten, som använder en ytterligare ny behandlingsalgoritm som heter Fully-Focused Synthetic Aperture Radar för att drastiskt öka den hämtade upplösningen. "

Datauppsättningen Baltic SEAL finns på balticseal.eu.