Voor de honderden miljoenen mensen die in kustgebieden over de hele wereld wonen, stijgende zeeën als gevolg van klimaatverandering vormen een directe bedreiging. Om de autoriteiten in staat te stellen passende beschermingsstrategieën te plannen, nauwkeurige informatie over de zeespiegelstijging dicht bij de kust is absoluut noodzakelijk. Om verschillende redenen, deze metingen zijn moeilijk te krijgen van satellieten. Echter, nieuw door ESA gefinancierd onderzoek toont aan hoe een specifieke manier om satelliethoogtemetinggegevens te verwerken het nu mogelijk maakt om zeespiegelveranderingen in kustgebieden te bepalen met een nauwkeurigheid van millimeters per jaar, en zelfs als de zee bedekt is met ijs.

Met behulp van de Oostzee als doelwit voor het onderzoek, deze nieuwe verwerkingstechniek, die regionale verschillen in zeespiegelstijging laat zien, verbetert en breidt eerdere zeespiegeltrendkaarten drastisch uit. Uit de resultaten blijkt dat tussen 1995 en 2019, de zeespiegel is in het zuiden jaarlijks met 2-3 mm gestegen, langs de Duitse en Deense kust, vergeleken met 6 mm in het noordoosten, in de Botnische Baai.

Terwijl onze atmosfeer en oceanen blijven opwarmen als gevolg van klimaatverandering, de zeespiegel zal waarschijnlijk nog vele decennia blijven stijgen. Het rapport uit 2019 van het Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) van de Verenigde Naties schetst een ernstig beeld van de problemen waarmee we worden geconfronteerd als gevolg van de stijging van de zeespiegel. In het Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate staat dat het wereldgemiddelde zeeniveau tegen het einde van deze eeuw waarschijnlijk tussen 0,29 m en 1,1 m zal stijgen. Dit is de slechtste prognose van de zeespiegelstijging die het IPCC ooit heeft gemaakt.

Sinds het begin van de jaren negentig is satellieten met radarhoogtemeters hebben de veranderende hoogte van het oceaanoppervlak gevolgd, en laten zien dat het wereldgemiddelde zeeniveau is gestegen, gemiddeld, met iets meer dan 3 mm per jaar en, zorgwekkend, dat dit stijgingspercentage de afgelopen jaren is toegenomen.

Echter, zoals bij elk gemiddelde, de term 'wereldwijde gemiddelde zeespiegelstijging' vertelt niet het hele verhaal. De zeespiegel stijgt niet overal even snel. Langs kusten, bijvoorbeeld, zeespiegelstijging kan het wereldgemiddelde overschrijden vanwege de complexe oceaandynamiek dichter bij land.

Terwijl de Frans-V.S. reeks Jason-satellietmissies, ESA's Envisat- en CryoSat-missies, en de Copernicus Sentinel-3-satellieten hebben essentiële gegevens geleverd om de zeespiegelstijging in de open oceaan te volgen, het in kaart brengen van stijging dichter bij de kustlijn is moeilijker. Dit komt omdat bergen, baaien en eilanden voor de kust vervormen het radarsignaal dat wordt teruggekaatst naar de satelliet. Een ander probleem is zee-ijs, die in de winter delen van de oceanen bedekt, ondoordringbaar is voor radar.

Florian Seitz, Directeur van het Duitse Geodetic Research Institute aan de Technische Universiteit van München, zei, "Om mensen en infrastructuur te beschermen, bijvoorbeeld door waterkeringen te bouwen, het beveiligen van havens of het verhogen van dijken - we hebben betrouwbare voorspellingen nodig over trends op zeeniveau."

Via ESA's Earth Observation Science for Society Baltic Sea Level-project (Baltic SEAL), een team van onderzoekers van de Technische Universiteit van München werkte samen met internationale partners aan de ontwikkeling van algoritmen om meetgegevens van een reeks satelliethoogtemeters te verwerken om nauwkeurige metingen met hoge resolutie te verkrijgen van zeespiegelveranderingen in kustgebieden en in leidingen tussen de zee ijs.

De onderzoekers kozen de Oostzee als modelregio. "Gegevens uit deze regio zijn vooral geschikt voor het ontwikkelen van nieuwe methoden omdat meerdere factoren analyse bemoeilijken, zoals de complexe vorm van de kustlijn, zee-ijs en wind. Tegelijkertijd, er zijn tal van lokale zeespiegelmetingen om de resultaten te bevestigen, ", aldus projectleider Marcello Passaro.

"Een analytische methode die in de Oostzee werkt, kan gemakkelijk worden aangepast aan andere regio's."

Om honderden miljoenen radarmetingen uit te voeren die tussen 1995 en 2019 zijn genomen van satellietmissies, waaronder de Jason-serie, overwegen, CryoSat en Copernicus Sentinel-3, het team ontwikkelde een proces in meerdere fasen. In de eerste stap, ze kalibreerden de metingen van de verschillende satellietmissies zodat ze gecombineerd konden worden. Met speciaal ontwikkelde algoritmen, ze konden vervolgens signalen van het met ijs bedekte zeewater detecteren in de radarreflecties die langs scheuren en kloven werden geproduceerd, leiden genoemd. Dit maakte het mogelijk om de zeespiegel voor de wintermaanden te bepalen. Met nieuwe rekenmethoden bereikten ze ook een betere resolutie van radarecho's dicht bij land.

Als resultaat, het is nu mogelijk om de zeespiegel in kustgebieden te meten en de resultaten te vergelijken met lokale getijdenregistraties. De verwerkte gegevens werden vervolgens op een fijn raster met een resolutie van 6-7 km geplaatst met behulp van een algoritme dat door het team was ontwikkeld. Het resultaat is een zeer nauwkeurige dataset die het hele Oostzeegebied bestrijkt.

De gegevens laten de regionale effecten zien van de zeespiegelstijging tussen 1995 en 2019. De zeespiegel is in het zuiden jaarlijks met 2-3 mm gestegen, langs de Duitse en Deense kust, vergeleken met 6 mm in het noordoosten, in de Botnische Baai. De oorzaak van deze grote stijging is de sterke zuidwestenwind die het water naar het noorden en oosten drijft. Deze bovengemiddelde stijging van de zeespiegel vormt geen bedreiging voor kustbewoners, echter, want sinds het einde van de laatste ijstijd stijgt het land hier met wel 1 cm per jaar als gevolg van postglaciale opleving.

Ook voor de Noordzeeregio hebben de onderzoekers een uitgebreide dataset gemaakt. De zeespiegel stijgt hier met 2,6 mm per jaar, en met 3,2 mm in de Duitse Bocht. Lokale trends kunnen worden bepaald met behulp van de dataset en de gebruikershandleiding, beide vrij toegankelijk online.

"Met de gegevens onderzoekers kunnen hun klimaatmodellen verifiëren, bijvoorbeeld, en de overheid kan passende beschermende maatregelen plannen, " zegt dr. Seitz.

ESA's Jérôme Benveniste voegde toe:"Het Baltic SEAL-project heeft uitstekende resultaten opgeleverd, het aantonen van de waarde van aardobservatie voor de samenleving. Deze nieuwe manier om satellietradarhoogtemetinggegevens te verwerken, zal de autoriteiten echt helpen om passende maatregelen te nemen om burgers en infrastructuur te beschermen tegen zeespiegelstijging. We wachten ook met spanning op de gegevens met hoge resolutie die zullen komen van de nieuwe Copernicus Sentinel-6-missie, die ook belooft de hoogte van het zeeoppervlak dicht bij de kustlijn in kaart te brengen, die een extra nieuw verwerkingsalgoritme gebruikt, de Fully-Focused Synthetic Aperture Radar genaamd, om de opgehaalde resolutie drastisch te verhogen."

De Baltic SEAL-dataset is beschikbaar op balticseal.eu.