[미국] NASA, SWOT 위성으로 담수 데이터 제공…홍수 예측 개선

NASA, 프랑스 우주국과 협력해 지구상 모든 수면 높이

데이터를 활용한 사건 발생 위치 및 사용자에 대한 예측을 상기시켜줍니다.

2011년 노스다코타 주에 있는 이 마을은 소리스강의 스토리로 침수되었습니다. 미국-프랑스 SWOT 위성은 파티션들과 물관리자들에게 미스터리를 3D로 볼 수 있는 새로운 도구를 제공하고 있고, 미스터리가 어디에 있는지에 대한 예측을 만들 수 있는 정보를 제공합니다. [사진 제공(사진 출처) = 노스다코타주 물위원회(North Dakota State Water Commission)]

강, 호수는 연결되어 있는 네트워크를 통해 생명을 보호하는 물을 보호하는 곳과 같습니다. 대신 물 순환이 너무 빨리 진행되는 사건이 발생해 생명과 연결을 일으킬 수 있습니다. 지구 변화가 강수량의 패턴을 축소 전 세계적으로 지역적으로 이야기가 발생하기 쉽게 거주하는 사람들이 증가함에 따라 그 위험은 더 증가하고 있습니다.

영역과 물 관리자는 로그를 예측하기 위해 다양한 종류의 데이터를 사용하고 있으며, 올해부터 지표수 및 해양 지형(Surface Water and Ocean Topography, SWOT) 위성을 통해 담수 데이터를 사용할 수 있었습니다. 

NASA(미국 공군우주국)와 프랑스 우주국 CNES(Centre National d'Études Spatiales)가 협력해 만든 이 사람들소는 지구상의 거의 모든 수면의 높이를 측정하고 있습니다. SWOT은 약 100m(300피트)보다 넓은 모든 주요 강을 측정하도록 설계되어 있으며, 이에 대한 결과에 훨씬 더 작은 각도로 접근할 수 있음을 보여줍니다.

2023년 10월 8일 SWOT 데이터를 보여주는 이미지에서 몬순 비로 인한 홍수가 방글라데시 북동부의 넓은 지역을 덮고 있다. 미국-프랑스 위성은 전체 지역에 대해 적시에 정확한 해수면 고도 정보를 고해상도로 제공해 향상된 홍수 예측을 가능하게 하는 최초의 위성이다. [사진제공(Photo Source) = NASA/JPL-Caltech/UNC-Chapel Hill/Google Earth]

캘리포니아의 새크라멘토 강에 대해 묘사된 것과 같은 SWOT 강 경사 데이터는 물이 강을 통해 얼마나 빠르게 흐르는지에 대한 예측을 향상시킬 수 있다. 경사를 계산하기 위해 과학자들은 높은 수위(왼쪽)에서 낮은 수위(오른쪽)을 뺀 다음 구간 길이로 나눈다. [사진제공(Photo Source) = NASA/JPL-Caltech/UNC-Chapel Hill/Google Earth]

 

수위 측정 장치는 강의 수위를 정확하게 측정할 수 있지만, 종종 멀리 떨어져 있는 개별 위치에서만 측정이 가능하다. 많은 강에 수위 측정 장치를 설치하는 것은 어려우며, 특히 이를 유지하고 모니터링할 자원이 없는 국가에서는 더욱 어렵다. 측정 장치는 홍수로 인해 비활성화될 수도 있고, 물이 강둑을 넘어 측정할 수 없는 지역으로 흘러들어갈 경우 그 측정치를 신뢰할 수 없게 된다.

SWOT은 홍수에 대한 보다 포괄적인 3D 보기를 제공해 높이, 너비 및 경사를 측정한다. 과학자들은 이 데이터를 사용해 홍수가 어떻게 흐러가는 지를 더 잘 추적해 홍수가 발생할 위치와 빈도에 대한 예측을 향상시킬 수 있다.

개선된 홍수 모델 구축

SWOT 데이터를 홍수 모델에 통합하려는 노력 중 하나는 콜로라도 볼더에 있는 CIRES(Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences)의 토비 미네어(J. Toby Minear)가 주도하고 있다. 미네어는 SWOT 데이터를 국립해양대기청의 국가 수자원 모델에 통합하는 방법을 조사하고 있다. 이 모델은 미국 강의 홍수 가능성과 홍수 발생 시기를 예측한다. SWOT 담수 데이터는 측정기 사이의 공간적 간격을 메우고 미네어와 같은 과학자가 강을 따라 특정 위치에서 홍수가 발생하는 수위(높이)를 결정하는 데 기여한다.

UNC-Chapel Hill 박사과정 학생 Marissa Hughes는 뉴질랜드 와이마카리리 강의 한 부분의 수면 고도를 정확하게 측정하기 위해 GPS 장치를 설치하기 위해 삼각대의 수평을 맞추고 있습니다. 측정값은 미국-프랑스 SWOT 위성의 데이터를 보정하고 검증하는 데 사용되었습니다. [사진제공(Photo Source) = Alyssa LaFaro/UNC Research]

 

미네어는 SWOT가 여러 방법으로 국가 수자원 모델 데이터를 개선할 것으로 기대한다. 예를 들어, 강의 경사와 하천 흐름에 따른 경사 변화에 대한 보다 정확한 추정치를 제공한다. 일반적으로 강의 경사가 급할수록 물의 흐름은 빨라진다. 수문학 모델 과학자들은 경사 데이터를 사용해 물이 강을 통과해 이동하는 속도를 예측한다.

또한 SWOT은 과학자와 물관리자가 호수와 저수지에 저장할 수 있는 물의 양을 정량화하는 데 도움을 준다. 미국에는 상대적으로 큰 저수지가 약 9만 개 있지만 그 중 단지 몇 천 개만이 국가 수자원 모델에 통합된 수위 데이터를 보유하고 있다. 이로 인해 저수지 수위가 주변 토지 고도 및 잠재적인 홍수와 어떤 관련이 있는지를 아는 과학자의 능력을 제한한다. SWOT은 축구장 두 개를 합친 것보다 큰 규모의 거의 모든 미국 자연 호수와 함께 수만 개의 미국 저수지를 측정하고 있다.

미국을 포함한 일부 국가에서는 하천 측량 네트워크와 상세한 지역 홍수 모델에 상당한 투자를 해왔다. 그러나 아프리카, 남아시아, 남미 일부 지역, 북극 지역에는 호수와 강에 대한 데이터가 거의 전무한 실정이다. 그러한 장소에서 홍수 위험 평가는 종종 대략적인 추정치에 의존하는 경우가 많다. SWOT의 잠재력 중 하나는 수문학자가 이러한 격차를 메울 수 있게 해 물이 저장돼 있는 위치와 강을 통해 흐르는 물의 양에 대한 정보를 제공할 수 있다는 것이다.

NASA의 SWOT 담수 과학 책임자이자 노스캐롤라이나 대학교 채플힐 연구원인 탐린 파벨스키(Tamlin Pavelsky)는 SWOT가 기후변화로 인한 극심한 폭풍으로 인해 증가하는 홍수 위협을 해결하는 데 도움이 될 수 있다고 말한다. 그는 “2017년 휴스턴과 허리케인 하비를 생각해 보라”며 “기후변화가 없었다면 한 번의 폭풍으로 인해 60인치의 비가 내렸을 가능성은 거의 없다. 집중호우 현상이 더욱 흔해짐에 따라 사회에서는 공학적 설계 표준과 범람원 지도를 업데이트할 필요가 있을 것”이라고 말했다.

파벨스키는 지구 물순환의 이러한 변화가 홍수와 범람원이 무엇인지에 대한 사회의 가정을 바꾸고 있다고 말힌다. 그는 “강우 현상이 점점 더 심해지고 홍수가 발생하기 쉬운 지역에서 인구 증가가 발생함에 따라 앞으로 전 세계적으로 수억 명의 사람들이 홍수 위험이 커질 것”이라고 덧붙였다.

SWOT 홍수 데이터는 다른 실용적인 용도로 사용될 것이다. 예를 들어, 보험사는 SWOT 데이터를 기반으로 한 모델을 사용해 홍수 위험 지도를 개선해 해당 지역의 잠재적 피해 및 손실 위험을 더 잘 예측할 수 있다. 주요 재보험 회사인 FM Global은 SWOT 데이터를 의사결정 활동에 통합하기 위해 노력하는 전 세계적인 조직 공동체 40개사 중 하나다.

파벨스키는 "FM Global과 같은 회사와 미국 연방재난관리청과 같은 정부 기관은 홍수 모델을 SWOT 데이터와 비교해 미세 조정할 수 있다"며 "이러한 개선된 모델은 홍수가 발생할 가능성이 있는 위치와 빈도에 대한 더 정확한 청사진을 제공할 것"이라고 말했다.

SWOT에 대한 자세한 내용은 https://swot.jpl.nasa.gov/에서 확인할 수 있다.

[원문보기]

International SWOT Mission Can Improve Flood Prediction

 

A partnership between NASA and the French space agency, the satellite is poised to help improve forecasts of where and when flooding will occur in Earth’s rivers, lakes, and reservoirs.

Rivers, lakes, and reservoirs are like our planet’s arteries, carrying life-sustaining water in interconnected networks. When Earth’s water cycle runs too fast, flooding can result, threatening lives and property. That risk is increasing as climate change alters precipitation patterns and more people are living in flood-prone areas worldwide.

Scientists and water managers use many types of data to predict flooding. This year they have a new tool at their disposal: freshwater data from the Surface Water and Ocean Topography (SWOT) satellite. The observatory, a collaboration between NASA and the French space agency, CNES (Centre National d’Études Spatiales), is measuring the height of nearly all water surfaces on Earth. SWOT was designed to measure every major river wider than about 300 feet (100 meters), and preliminary results suggest it may be able to observe much smaller rivers.

Stream gauges can accurately measure water levels in rivers, but only at individual locations, often spaced far apart. Many rivers have no stream gauges at all, particularly in countries without resources to maintain and monitor them. Gauges can also be disabled by floods and are unreliable when water overtops the riverbank and flows into areas they cannot measure.

SWOT provides a more comprehensive, 3D look at floods, measuring their height, width, and slope. Scientists can use this data to better track how floodwaters pulse across a landscape, improving predictions of where flooding will occur and how often.

Building a Better Flood Model

One effort to incorporate SWOT data into flood models is led by J. Toby Minear of the Cooperative Institute for Research in Environmental Sciences (CIRES) in Boulder, Colorado. Minear is investigating how to incorporate SWOT data into the National Oceanic and Atmospheric Administration’s National Water Model, which predicts the potential for flooding and its timing along U.S. rivers. SWOT freshwater data will fill in spatial gaps between gauges and help scientists like Minear determine the water levels (heights) at which flooding occurs at specific locations along rivers. 

He expects SWOT to improve National Water Model data in multiple ways. For example, it will provide more accurate estimates of river slopes and how they change with streamflow. Generally speaking, the steeper a river’s slope, the faster its water flows. Hydrologic modelers use slope data to predict the speed water moves through a river and off a landscape.

SWOT will also help scientists and water managers quantify how much water lakes and reservoirs can store. While there are about 90,000 relatively large U.S. reservoirs, only a few thousand of them have water-level data that’s incorporated into the National Water Model. This limits scientists’ ability to know how reservoir levels relate to surrounding land elevations and potential flooding. SWOT is measuring tens of thousands of U.S. reservoirs, along with nearly all natural U.S. lakes larger than about two football fields combined.

Some countries, including the U.S., have made significant investments in river gauging networks and detailed local flood models. But in Africa, South Asia, parts of South America, and the Arctic, there’s little data for lakes and rivers. In such places, flood risk assessments often rely on rough estimates. Part of SWOT’s potential is that it will allow hydrologists to fill these gaps, providing information on where water is stored on landscapes and how much is flowing through rivers.

Tamlin Pavelsky, NASA’s SWOT freshwater science lead and a researcher at the University of North Carolina at Chapel Hill, says SWOT can help address the growing threat of flooding from extreme storms fueled by climate change. “Think about Houston and Hurricane Harvey in 2017,” he said. “It’s very unlikely we would have seen 60 inches of rain from one storm without climate change. Societies will need to update engineering design standards and floodplain maps as intense precipitation events become more common.”

Pavelsky says these changes in Earth’s water cycle are altering society’s assumptions about floods and what a floodplain is. “Hundreds of millions of people worldwide will be at increased risk of flooding in the future as rainfall events become increasingly intense and population growth occurs in flood-prone areas,” he added.

SWOT flood data will have other practical applications. For example, insurers can use models informed by SWOT data to improve flood hazard maps to better estimate an area’s potential damage and loss risks. A major reinsurance company, FM Global, is among SWOT’s 40 current early adopters — a global community of organizations working to incorporate SWOT data into their decision-making activities.

“Companies like FM Global and government agencies like the U.S. Federal Emergency Management Agency can fine tune their flood models by comparing them to SWOT data,” Pavelsky said. “Those better models will give us a more accurate picture of where and how often floods are likely to happen.”

More About the Mission

Launched on Dec. 16, 2022, from Vandenberg Space Force Base in central California, SWOT is now in its operations phase, collecting data that will be used for research and other purposes.

SWOT은 캐나다 우주국(CSA)과 영국 우주국의 기여를 받아 NASA와 CNES가 공동으로 개발했습니다. 캘리포니아 주 패서디나에 있는 Caltech가 기관을 위해 관리하는 NASA의 제트 추진 연구소는 이 프로젝트의 미국 구성 요소를 이끌고 있습니다. 비행 시스템 페이로드의 경우 NASA는 KaRIn 장비, GPS 과학 수신기, 레이저 역반사경, 2빔 마이크로파 복사계 및 NASA 장비 작동을 제공했습니다. CNES는 DORIS(Doppler Orbitography and Radioposition Integrated by Satellite) 시스템, 이중 주파수 포세이돈 고도계(Thales Alenia Space에서 개발), KaRIn 무선 주파수 하위 시스템(Thales Alenia Space와 함께 영국 우주국의 지원을 받아), 위성을 제공했습니다. 플랫폼 및 지상 운영. CSA는 KaRIn 고전력 송신기 어셈블리를 제공했습니다. NASA는 케네디 우주 센터에 기반을 둔 발사체와 기관의 발사 서비스 프로그램을 제공하고 관련 발사 서비스를 관리했습니다.

SWOT에 대한 자세한 내용을 보려면 https://swot.jpl.nasa.gov/를 방문하세요.

[출처 = NASA(미국 인사우주국) ( https://www.nasa.gov/missions/swot/international-swot-mission-can-improve-flood-prediction/ ) / 2024년 5월 7일]