مأموریت ماهواره ناسا در پیش بینی وقوع سیل

سیل یکی از شایع‌ترین و ویرانگرترین بلایای طبیعی زمین است. در دهه گذشته، سیل ناشی از طغیان رودخانه‌ها سالیانه جان هزاران نفر را در سراسر جهان گرفته است و ده‌ها میلیارد دلار تلفات مالی داشته است. پیش‌بینی می‌شود که تغییرات اقلیمی باعث افزایش بارش در نواحی خاصی از سطح زمین شود. این افزایش ممکن است در دهه‌های آینده منجر به وقوع بیشتر سیل در این مکان‌ها شود.
در حال حاضر، یک مطالعه جدید که توسط محققان آزمایشگاه پیشرانۀ جت ناسا (NASA) در پاسادنا کالیفرنیا انجام شده است، به بررسی و آزمایش ماهواره‌های مشاهده کننده رودخانه‌ها می‌پردازد تا آن‌ها بتوانند ابزار مفیدتری برای کاهش آسیب‌های سیل و بهبود مدیریت مخازن آب به صورت آنی در سطح جهان باشند.
 جورج آلن، محقق اصلی این تحقیق و هیدرولوژیست آزمایشگاه پیشرانۀ جت ناسا می گوید: «سیستم‌های هشدار دهنده سیل به طور معمول بر اساس داده‌های شبکه‌های اندازه‌گیری می‌باشند که در فواصلی دور از رودخانه‌ها قرار دارند. اما این اطلاعات اندازه‌گیری در حال کمتر شدن هستند.» او ادامه داد: «مطالعه ما نشان می‌دهد که ماهواره‌ها می‌توانند این شکاف موجود در داده‌های مورد نیاز را به منظور اطلاع رسانی لازم جهت کاهش تلفات مربوط به سیل را پر کنند. اما ماهواره‌ها بایستی این داده‌ها را در مدت زمان کوتاهی به مدیران و تصمیم‌گیران حوزه آب ارائه دهند.»
سیلاب رودخانه‌ها زمانی اتفاق می‌افتد که یک رود با آبی بیش از ظرفیت بستر خود پر شود که معمولاً ناشی از بارش سنگین باران می‌باشد. سیل در امتداد رودخانه به عنوان یک موج حرکت می‌کند و سریع‌تر از خود آب در پایین دست جریان می‌یابد. چندین مأموریت ماهواره‌ای تحت عنوان تغییرات ناگهانی در ارتفاع یا عرض آب‌های رودخانه، قادر به شناسایی سیل‌ها بوده است. هنگامی که یک سیل مشاهده می‌شود، این که بتوان به طور دقیق پیش‌بینی کرد که موج سیل چگونه در پایین دست رودخانه به حرکت درمی‌آید، نسبتاً آسان است. این اطلاعات در سیستم‌های هشدار سیل و سایر برنامه‌های کاربردی مربوط به مدیریت آنی رودخانه بسیار مفید هستند.
آلن و همکارانش به منظور مطالعه روی سرعت پخش سیلاب در میان جریان رودخانه‌ها در سطح زمین، یک مدل عددی ساده از امواج جریان را به کار بردند که از اطلاعاتی از قبیل عرض، شیب، عمق و سفتی (مقدار اصطکاکی که آب در هنگام حرکت در امتداد رودخانه تجربه می‌کند) رودخانه‌ها استفاده می‌کند.

محققان پس از تحلیل و بررسی سرعت امواج سیل بر روی تقربیا ۱۱ میلیون مایل (۱۷.۷ میلیون کیلومتر) از رودخانه‌های سرتاسر زمین، دریافتند که امواج سیل با سرعت حداکثری خود، تقریبا سه روز برای رسیدن به پایین دست سد، حدود ۴ روز برای رسیدن به نزدیکترین شهر در پایین دست و ۶ روز جهت خروج کامل از سیستم رودخانه، زمان نیاز دارند.
این تیم نتایج مدل خود را با اندازه‌گیری‌های ثبت شده در بیش از ۲۰ هزار ایستگاه سنجش زمین شناسی ایالات متحده در طول ۴۰ هزار مایل (۶۴.۴۰۰ کیلومتر) از سیستم‌های رودخانه‌ای مختلف در ایالات متحده مقایسه کردند. آن‌ها دریافتند که این مدل، سرعت امواج سیل را سریع‌تر از اندازه‌گیری‌های زمینی تخمین می‌زند.
آقای آلن می گوید: «ما حرکت امواج سیل را با حداکثر سرعتشان مدل‌سازی می‌کنیم. در حالی که اندازه‌گیری‌های زمینی همه سرعت‌های ممکن امواج سیل را اندازه‌گیری می‌کنند. به این ترتیب، مطالعه ما یک سناریوی مربوط به بدترین حالت از حرکت سریع سیل را برآورد می کند.»
سپس دانشمندان از یافته‌های سرعت موج خود برای محاسبه تأخیر داده استفاده کردند. اطلاعات ماهواره‌ای باید به سرعت دانلود، پردازش و در دسترس عموم قرار گیرد تا بتوانند برای سیستم‌های هشدار دهنده سیل و دیگر تصمیم‌گیری‌های آنی مربوط به کاهش اثرات سیل و همچنین مدیریت مخازن آبی مفید باشند.
آن‌ها، به طور خاص، بر روی داده‌های آتی مربوط به مأموریت ماهواره سطح آب و توپوگرافی اقیانوس (SWOT) ناسا تمرکز کرده‌اند. ماهواره SWOT که به طور خاص برای مشاهده رودخانه‌ها طراحی شده، قرار است تا سال ۲۰۲۱ پرتاب گردد. به این علت که این ماهواره دارای توان تفکیک زمانی ۲۱ روزه بوده و قادر به تشخیص امواج سیل، به ویژه در رودخانه‌های بزرگ در عرض‌های بالا است. این ماهواره در مقایسه با دیگر ماهواره‌هایی که اطلاعات رودخانه‌ها و سیل‌ها را جمع آوری میک‌نند، نقشه‌های مشاهده نشده از ارتفاع رودخانه‌ها ارائه می‌دهد که امکان پیش‌بینی دقیق‌تر زمان‌بندی و شدت سیل را فراهم می‌کنند.
اگر داده‌ها در مدت زمان دو روز یا کمتر پردازش شوند، می‌توانند، قبل از اینکه حداقل دو سوم امواج سیل به شهر پایین دستی بعدی برسد در اختیار مدیران بحران قرار گیرند. برای سدها، چرخش سریع اندازه‌گیری‌های ماهواره‌ای حداقل در نیمی از موارد زمانی که SWOT یک موج سیلاب را تشخیص می‌دهد اطلاعات لازم را در اختیار مخازن پایین دست قرار می‌دهد.
این داده‌های ماهواره‌ای هشدار وقوع سیل، برای کشورهای در حال توسعه بسیار مفید هستند. زیرا در این کشورها، داده‌های اندازه‌گیری زمینی به اندازه کافی وجود ندارد. همچنین این داده‌ها برای کشورهایی که در پایین دست رودخانه‌ها قرار دارند و نمی‌توانند داده‌های اندازه‌گیری کشورهای همسایه خود را دریافت کنند، کاربرد زیادی دارد.