Po skoraj štirih letih v orbiti radarski satelit agencije NASA in francoske vesoljske agencije CNES kaže, da drži besedilo pesmi Patty Griffin, da so »reke reke, ne črte«. Satelit Surface Water and Ocean Topography (topografija površinskih voda in oceanov, SWOT) neprekinjeno meri vodostaj in širino svetovnih rek ter z doslej nedosegljivo temeljitostjo razkriva pravo kompleksnost modrih črt na zemljevidu.
Med njimi so reke, zajezene z jezovi, razcepljene, zamrznjene ali izsušene reke, z obnašanjem, ki ga hidrološki modeli težko prikažejo, pravi Colin Gleason, hidrolog z Univerze Massachusetts, ki je vodil novo raziskavo, katere rezultati so bili prejšnji mesec objavljeni v reviji Geophysical Research Letters. Strokovnjaki so ugotovili, da velika večina rek ni preprosta, idealizirana struga:
»Svetovno podobo rek obvladujejo nenavadne reke, na katere vpliva človekova dejavnost.«
Pred izstrelitvijo SWOT-a konec leta 2022 raziskovalci niso imeli možnosti redno spremljati rek na planetu. Vodomeri v realnem času merijo globino na določenih mestih, vendar so redko razporejeni, zlasti v manj razvitih državah. Sateliti so lahko opazovali širino ali vodostaj reke, običajno pa ne obojega hkrati. Za zapolnitev vrzeli se raziskovalci zanašajo na modele, ki so vse pogosteje zasnovani na umetni inteligenci, naučeni na teh razpršenih podatkih. Da bi napovedali, ali bo reka v vročem poletju presahnila ali bo po hudih nalivih prišlo do poplave, modeli sprejemajo množico predpostavk o obliki struge in o tem, koliko vode do nje priteče.
Nov instrument, novi modeli
SWOT bo te modele revolucioniral. Satelit, vreden 1,2 milijarde dolarjev, vsakih 11 dni znova obišče večino točk na Zemlji in lahko smiselno opazuje reke in jezera, široka tudi do 30 metrov. S spodnje strani oddaja radarske impulze, odbite signale pa zajameta dve anteni, razmaknjeni 10 metrov, tako da vsako vodno površino opazuje pod nekoliko različnimi koti. S primerjavo vrnjenih radarskih signalov SWOT določi višino vodne površine, hkrati pa kartira tudi njen obseg.
Njegova natančnost in ločljivost presegata pričakovanja, pravi Tamlin Pavelsky, hidrolog z Univerze Severne Karoline in sovodja znanstvene skupine SWOT za sladke vode: »SWOT nas je popolnoma navdušil. Če bi nam pred izstrelitvijo rekli, da bo tako dober, bi mislil, da nekdo laže.«
V novi študiji Gleason in sodelavci poročajo o preučitvi okoli 68 tisoč rek, pri čemer so podatke SWOT primerjali z obstoječimi hidrološkimi modeli. Raziskovalci so ugotovili, da imajo modeli težave z upodobitvijo obnašanja številnih rek, zlasti na Kitajskem, v arktični regiji in na sušnih območjih. V nekaterih primerih so modeli napovedali dvig vodostaja, SWOT pa je dejansko zaznal upad. Kot pravi Gleason:
»Daje nam tudi nekakšen atlas o tem, kje je morda naše temeljno znanje o rekah pomanjkljivo.«
Gleason pravi, da raziskava ni usmerjena predvsem v spodkopavanje sedanjih hidroloških modelov, ampak v dokazovanje, kako bi jih SWOT lahko izboljšal. V raziskavi so sodelovale vse pomembnejše skupine za modeliranje, mnoge med njimi pa trenutno delajo na tem, da bi meritve SWOT vključile v svoje delo. »SWOT je katalizator za ponovno gradnjo globalne hidrologije iz temeljev. Upam, da bomo prišli do tja,« pravi Gleason.
Ko je voda gospodar
Eno od zgodnjih področij uporabe SWOT-a je lahko razvoj globalnih modelov poplav, na katere se pri napovedovanju nevarnosti zanašajo zavarovalnice in politični odločevalci. Pri izdelavi teh globalnih modelov moramo »podati številne grobe ocene o višini vodne gladine«, pravi Jeffrey Neal, hidrolog z Univerze v Bristolu.
V reviji Water Resources Research julija objavljeni študiji so Neal in soavtorji poročali, da je model poplav, izdelan na podlagi podatkov SWOT, lahko enako natančen kot model, ki temelji na kartiranju rečnih strug z odmevnikom – podatki tega tipa so redki, ker je njihovo zbiranje zamudno in drago. Fathom, del zavarovalniškega velikana Swiss Re, podatke SWOT že uporablja v svojem globalnem modelu poplav. Neal jih medtem uporablja za napovedovanje poplavne ogroženosti v Južni Afriki, kjer je podnebna sprememba bistveno spremenila značaj padavin.
SWOT razkriva tudi procese, ki so jih raziskovalci prej lahko opazovali le z merilniki neposredno na rekah. Dober primer so poplavni valovi: to so dolgotrajni dvigi vodostaja, ki se širijo po rekah navzdol in povzročajo nenadne poplave. Lani je podiplomska študentka z Virginia Tech Hana Thurman s sodelavci pokazala, da jih SWOT lahko zajame, čeprav zaradi virov, potrebnih za obdelavo, še ne more dajati opozoril v realnem času.
»Vse bolje razumemo, kako delujejo rečni poplavni valovi«
pravi Thurman. Strokovnjakinja bo v nadaljevanju preučevala, zakaj so nekatere reke nagnjene k nevarnim poplavnim valovom, druge pa ne. Ta tema je po lanskih poplavnih katastrofah v Teksasu in letošnjih v Nepalu postala še pomembnejša.
Povratne reke
Satelit zazna tudi valove, ki jih oceanska plima potiska navzgor, torej proti toku. V reviji Nature je pred kratkim izšla študija, v kateri je Michael Hart-Davis, oceanograf s Tehniške univerze v Münchnu, s sodelavci s SWOT-om preučil več kot 51 tisoč rečnih rokavov. Pri delu so odkrili več kot 165 tisoč kilometrov rečnih odsekov, kamor prodira plima in lokalne ekosisteme izpostavlja slani vodi.
Na nekaterih rekah v Južni Afriki in drugod, ki so bile doslej opazovane zelo zmerno, plima prodira presenetljivo globoko, pravi Hart-Davis. Tudi pri Amazonki, kjer je učinek plime dobro znan, je bilo izjemno videti celoten obseg pojava, dodaja strokovnjak: »Neverjetno je, kako daleč navzgor segajo naraščajoči oceani.«
Iste meritve ponujajo nov pogled tudi na jezera in mokriščne habitate, pravi Pavelsky. Jida Wang, limnolog z Univerze Illinois, je s SWOT-om izvedel obsežno raziskavo več kot 5 milijonov jezer. Po njegovi analizi, ki še čaka na objavo, se lahko količina vode, shranjena v jezerih, od prej predpostavljene razlikuje tudi za 70 %. Umetni vodni zbiralniki, kjer vodo shranjujejo in iz katerih jo izpuščajo, so odgovorni za polovico variance, čeprav predstavljajo le 5 % vseh jezer. »Človekov poseg resnično teži k temu, da obvladuje naravo,« pravi raziskovalec.
To velja tudi za reke, dodaja Arnaud Cerbelaud, hidrolog za daljinsko zaznavanje pri CNES. V raziskavi o spremembah vodostaja svetovnih rek, ki jo je deloma vodil sam, so njegovi sodelavci ugotovili, da nekatere reke, na primer Nil, kažejo precej nižji vodostaj, kot so napovedali modeli – morda zaradi namakanja ali ogromnega novega jezu, ki ga gradijo v Etiopiji. Kot pravi strokovnjak:
»Na vseh koncih planeta smo spremenili pretok rek.«
