Flüsse, Seen und Stauseen sind wie die Arterien unseres Planeten und transportieren in miteinander verbundenen Netzwerken lebenserhaltendes Wasser. Wenn der Wasserkreislauf der Erde zu schnell läuft, kann es zu Überschwemmungen kommen, die Leben und Eigentum gefährden. Dieses Risiko nimmt zu, da der Klimawandel die Niederschlagsmuster verändert und mehr Menschen in überschwemmungsgefährdeten Gebieten leben weltweit.
Wissenschaftler und Wassermanager nutzen viele Arten von Daten, um Überschwemmungen vorherzusagen. In diesem Jahr steht ihnen ein neues Werkzeug zur Verfügung: Süßwasserdaten vom Satelliten Surface Water and Ocean Topography (SWOT). Das Observatorium, eine Zusammenarbeit zwischen der NASA und der französischen Raumfahrtbehörde CNES (Centre National d’Études Spatiales), misst die Höhe nahezu aller Wasseroberflächen auf der Erde. SWOT wurde entwickelt, um jeden größeren Fluss zu messen, der breiter als etwa 300 Fuß (100 Meter) ist, und vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass damit möglicherweise auch viel kleinere Flüsse beobachtet werden können.
Bachmessgeräte können den Wasserstand in Flüssen genau messen, allerdings nur an einzelnen, oft weit voneinander entfernten Stellen. Viele Flüsse haben überhaupt keine Pegel, insbesondere in Ländern, die nicht über die Mittel verfügen, sie zu unterhalten und zu überwachen. Messgeräte können auch durch Überschwemmungen außer Betrieb gesetzt werden und sind unzuverlässig, wenn Wasser das Flussufer übersteigt und in Bereiche fließt, die sie nicht messen können.
SWOT bietet eine umfassendere 3D-Ansicht von Überschwemmungen und misst deren Höhe, Breite und Neigung. Wissenschaftler können diese Daten nutzen, um besser zu verfolgen, wie Hochwasser in einer Landschaft pulsiert, und so bessere Vorhersagen darüber treffen, wo und wie oft es zu Überschwemmungen kommen wird.
Aufbau eines besseren Hochwassermodells
Ein Versuch, SWOT-Daten in Hochwassermodelle zu integrieren, wird von J. Toby Minear vom Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) in Boulder, Colorado, geleitet. Minear untersucht, wie SWOT-Daten in die National Oceanic and Atmospheric Administration integriert werden können Nationales Wassermodell, die das Überschwemmungspotenzial und deren Zeitpunkt entlang US-Flüssen vorhersagt. SWOT-Süßwasserdaten werden räumliche Lücken zwischen Pegeln schließen und Wissenschaftlern wie Minear dabei helfen, die Wasserstände (Höhen) zu bestimmen, bei denen es an bestimmten Stellen entlang von Flüssen zu Überschwemmungen kommt.
Er geht davon aus, dass SWOT die Daten des Nationalen Wassermodells auf vielfältige Weise verbessern wird. Beispielsweise werden dadurch genauere Schätzungen der Flussneigungen und deren Veränderung mit der Strömung möglich. Im Allgemeinen gilt: Je steiler das Gefälle eines Flusses, desto schneller fließt sein Wasser. Hydrologische Modellierer verwenden Neigungsdaten, um die Geschwindigkeit vorherzusagen, mit der sich Wasser durch einen Fluss und aus einer Landschaft bewegt.
SWOT wird Wissenschaftlern und Wassermanagern auch dabei helfen, zu quantifizieren, wie viel Wasser Seen und Stauseen speichern können. Obwohl es etwa 90.000 relativ große Stauseen in den USA gibt, verfügen nur einige Tausend von ihnen über Wasserstandsdaten, die in das National Water Model integriert sind. Dies schränkt die Fähigkeit der Wissenschaftler ein, den Zusammenhang zwischen dem Füllstand der Stauseen und den umliegenden Landhöhen und möglichen Überschwemmungen zu erkennen. SWOT misst Zehntausende US-Stauseen sowie fast alle natürlichen US-Seen, die größer als etwa zwei Fußballfelder zusammen sind.
Einige Länder, darunter die USA, haben erhebliche Investitionen in Flussmessnetze und detaillierte lokale Hochwassermodelle getätigt. Aber in Afrika, Südasien, Teilen Südamerikas und der Arktis gibt es nur wenige Daten für Seen und Flüsse. An solchen Orten stützen sich Hochwasserrisikobewertungen häufig auf grobe Schätzungen. Ein Teil des Potenzials von SWOT besteht darin, dass es Hydrologen ermöglicht, diese Lücken zu schließen und Informationen darüber zu liefern, wo in Landschaften Wasser gespeichert ist und wie viel Wasser durch Flüsse fließt.
Tamlin Pavelsky, SWOT-Leiter für Süßwasserwissenschaften bei der NASA und Forscher an der University of North Carolina in Chapel Hill, sagt, dass SWOT dazu beitragen kann, der wachsenden Gefahr von Überschwemmungen durch extreme Stürme, die durch den Klimawandel angeheizt werden, zu begegnen. „Denken Sie an Houston und den Hurrikan Harvey im Jahr 2017“, sagte er. „Es ist sehr unwahrscheinlich, dass wir ohne den Klimawandel 60 Zoll Regen von einem Sturm gesehen hätten. Gesellschaften müssen technische Designstandards und Überschwemmungsgebietskarten aktualisieren, da intensive Niederschlagsereignisse häufiger werden.“
Laut Pavelsky verändern diese Veränderungen im Wasserkreislauf der Erde die Vorstellungen der Gesellschaft über Überschwemmungen und darüber, was ein Überschwemmungsgebiet ist. „Hunderte Millionen Menschen weltweit werden in Zukunft einem erhöhten Überschwemmungsrisiko ausgesetzt sein, da die Regenfälle immer heftiger werden und es in überschwemmungsgefährdeten Gebieten zu einem Bevölkerungswachstum kommt“, fügte er hinzu.
SWOT-Überschwemmungsdaten werden weitere praktische Anwendungen haben. Beispielsweise können Versicherer mithilfe von Modellen, die auf SWOT-Daten basieren, Hochwassergefahrenkarten verbessern und so die potenziellen Schadens- und Verlustrisiken eines Gebiets besser einschätzen. Ein großes Rückversicherungsunternehmen, FM Global, gehört zu den 40 aktuellen SWOT-Anwendern – einer globalen Gemeinschaft von Organisationen, die daran arbeiten, SWOT-Daten in ihre Entscheidungsaktivitäten einzubeziehen.
„Unternehmen wie FM Global und Regierungsbehörden wie die US-amerikanische Federal Emergency Management Agency können ihre Hochwassermodelle verfeinern, indem sie sie mit SWOT-Daten vergleichen“, sagte Pavelsky. „Diese besseren Modelle werden uns ein genaueres Bild davon geben, wo und wie oft Überschwemmungen wahrscheinlich sind.“