從太空“聆聽”潮汐：SWOT衛星繪出首張全球河流潮汐圖譜 | 前沿動態

原文發表于 《科技導報》2026年第6期科技新聞-前沿動態

從太空“聆聽”到全球河流的潮汐脈動

“河口”一詞源于拉丁語“潮汐出沒之地”，潮汐作為塑造沿海生態與水文過程的關鍵力量，不僅控制著濕地分布、調節咸淡水混合范圍，還深刻影響著沿海城市飲用水安全、三角洲農業灌溉乃至風暴潮洪水風險，但長期以來，由于河流地形復雜、原位觀測站稀疏，加上傳統衛星測高覆蓋不足，全球多數河流的潮汐影響范圍始終是未解之謎。

地表水和海洋地形衛星（SWOT）環繞地球運行

（圖片來源：美國國家航空航天局）

這種“管中窺豹”的觀測格局在2022年底被徹底打破。隨著“地表水與海洋地形”（surface water and ocean topography, SWOT）衛星的成功發射，全球水文學研究迎來了一場從“線”到“面”的革命。

SWOT衛星由美國國家航空航天局與法國國家空間研究中心聯合研制，其核心利器是一臺名為KaRIn的干涉雷達。與以往只能垂直向下測量的儀器不同，KaRIn利用雷達干涉技術，能夠實現左右各50 km 的雙幅寬觀測，總覆蓋寬度達到120 km。這種二維寬幅成像能力，讓科學家首次能夠以厘米級的高度精度，實時俯瞰全球超過90%的地表水動態，將衛星測高的分辨率提升了數個數量級。

由德國慕尼黑工業大學Michael Hart-Davis 領銜，集結了來自全球多個科研機構的聯合團隊，利用2023年3月至2025年5月的SWOT衛星數據，成功繪制出全球首份河流潮汐圖譜，揭開了全球3172條沿海河流的潮汐脈動之謎。

研究團隊經過嚴格的質量控制篩選出7200萬個有效觀測點，通過數據分析技術提取出半日潮（M?）和全日潮（O?）2大核心潮汐信號，并結合全球622個原位潮位站數據進行驗證，結果顯示衛星估算的潮汐振幅中位誤差僅為數厘米，精度遠超傳統觀測手段。通過4項關鍵指標——振幅置信度、信噪比、與河流地形的匹配度及13cm 的振幅閾值，研究將全球51627條河道劃分為潮汐、可能潮汐、可能非潮汐和非潮汐4類，最終識別出超過16.5萬 km 的潮汐影響河道，覆蓋了全球10%的人口（約7.15億人）和2.5%的農業耕地，填補了全球河流潮汐觀測的空白。

有趣的是，研究發現河流的潮汐傳播范圍并非隨機分布，而是受3大核心因素控制：河流規模越大，潮汐延伸越遠，比如7級以上的大型河流（亞馬遜河、長江類大河）潮汐中位傳播距離達161 km，而小型河流僅13 km；河床坡度越平緩、河口寬度越寬闊，潮汐能量耗散越慢，其中坡度小于25 mm/km的河流潮汐可達44 km，河口寬度超1000 m的河流潮汐能延伸67 km。更令人意外的是，約25%的潮汐河流存在“上游振幅放大”現象，如德國易北河在漢堡上游因河道分支匯聚，潮汐振幅反而顯著增大，這一復雜現象被衛星精準捕捉。

這一研究的實用價值已在剛果河的案例中得到體現：通過SWOT衛星提供的潮汐數據校正傳統測高記錄，研究團隊成功修正了2023年剛果河洪水的洪峰時間，將原本誤判的峰值提前兩周，與實際災情記錄高度吻合，為極端水文事件分析提供了全新工具。

此外，該數據集還為多學科研究開辟了新路徑：對生態學家而言，它能助力河口濕地保護與碳循環估算；對氣候學家來說，可為海平面上升、特大型干旱的影響評估提供支撐；對水資源管理者而言，更是預測鹽水入侵、保障沿海城市供水安全的關鍵依據。研究團隊已公開相關數據與分析代碼，隨著SWOT衛星觀測序列的延長，未來還將解析更多潮汐分潮與河潮相互作用機制，進一步提升潮汐預測精度。

（來源：Nature）

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