Jedna z najnowszych prac naukowych na temat wzrostu poziomu morza mówi o tym, by zapobiec wszelkim zagrożeniom powodziowym, sztormowym i pływowym naukowcy muszą uwzględniać obok wiele ważnych metod badawczych, takich jak: konwersja za pomocą cyfrowych modeli terenowych, średnia topografia dynamiczna i oczywiście pomiary altymetryczne, grawimetryczne, lidarowe wzrostu poziomu morza.
Ziemia jest geoidą i w różnych obszarach oceanów ma różną wysokość poziomu. Wpływają na to takie czynniki jak pływy (przypływy i odpływy). Dotychczas wiele badań wzrostu poziomu morza mierzono czy to dawniej za pomocą mareografów (wodowskazów), czy też współcześnie od ponad trzech dekad za pomocą altymetrów (wysokościomierzy) satelitarnych, grawimetrów albo lidarów lotniczych.
Rys. Globalna kombinowana średnia topografia dynamiczna (ang. Mean Dynamic Topography – MDT) CNES-CLS2022. Źródło: AVISO+/CC BY 4.0
Szukania dopasowania między przybrzeżnym oceanem a lądem nadmorskim. DEM i MDT
Najnowsze badanie holenderskich naukowców: Kathariny Seeger i Philipa S. J. Minderhouda z Grupy Geografii Gleb i Krajobrazu na Uniwersytecie w Wageningen pokazuje, że nie tylko klasyczny wzrost poziomu morza (ang. Sea Level Rise – SLR) jest problemem stanowiącym zagrożenie dla ludzi czy też innych nadmorskich gatunków, ale również obniżanie się (pionowy ruch lądu) nisko położonych stref przybrzeżnych (ang. Low-Elevation Coastal Zone – LECZ), około 10-metrów szerokości wąskich pasów lądu na granicy z morzem (oceanem). Ma to oczywiście pośredni związek z zaludnianiem delt rzek i atoli wybrzeży. A to z kolei skutkuje odwadnianie przez ludzi gruntów wybrzeży znajdujących się na granicy mórz i oceanów.
Celem tego badania było oszacowanie, czy czasem przybrzeżne (głównie deltowe i atolowe) populacje ludzi nie zamieszkują obszarów znacznie poniżej średniego poziomu morza (ang. Mean Sea Level – MSL). Dokładnie poniżej 1 metra. A nawet w obrębie nisko położonych przybrzeżnych stref (LECZ) poniżej 10 metrów (badanie nie dotyczy stref depresyjnych jak np. w Holandii).
Naukowcy z Holandii dokładnie przeanalizowali 385 recenzowanych publikacji naukowych na przestrzeni co najmniej dwóch dekad w celu dokonania krytycznego podejścia do wielu zagadnień pod kątem poprawności wykorzystania (czy też niewykorzystania) globalnych cyfrowych modeli terenowych (ang. Digital Elevation Models – DEM), konwersji pionowych układów odniesienia między powierzchnią oceanu przybrzeżnego a powierzchnią lądu nadmorskiego oraz właściwej integracji wysokości poziomu morza i wysokości wybrzeża.
Seeger i Minderhoud zauważyli, iż w najbardziej dotkniętym regionie – Azji Południowo-Wschodniej – mocno jest narażona populacja ludzka, zamieszkująca głównie deltę rzek: Mekong i Irawadi. To właśnie tam ląd, na którym żyje ona jest co najmniej 1 metr poniżej średniego poziomu morza (ang. Mean Sea Level – MSL). Zaobserwowali, gdy w badaniu poprzedników nie brano pod uwagę średniej topografii dynamicznej (ang. Mean Dynamic Topography – MDT), narażenie na podtopienia i powodzie tam wzrosło do 94 %. A gdy uwzględniono MDT – do 96 %. Ponadto, obliczyli, że w badaniu bez MDT było tam narażonych 24,2 mln osób na powierzchni 78 tys. km2. A w badaniu z MDT narażonych było aż 56,0 mln osób na powierzchni 99 700 tys. km2.
– Geoida to ekwipotencjalny model powierzchni, który aproksymuje MSL na podstawie grawitacji i obrotu Ziemi. Ponieważ jakość geoidy zależy od obserwacji grawitacyjnych, niepewności w globalnych modelach geoid mogą sięgać nawet kilku metrów w regionach, które cierpią na niedobór danych grawitacyjnych, głównie położonych na Globalnym Południu. Co więcej, rzeczywista wysokość powierzchni morza nie jest określana tylko przez grawitację i obrót Ziemi, ale także na przykład przez prądy oceaniczne i cyrkulację na dużą skalę, wiatry, pływy, temperaturę wody morskiej i zasolenie. W rezultacie średnia czasowa wysokość powierzchni morza może znacznie odbiegać (do kilku metrów) od geoidy, a ta różnica to tzw. średnia dynamiczna topografia (MDT) – podkreślają naukowcy.
Niedoszacowanie albo brak konwersji za pomocą globalnych modeli terenowych
Sieger i Minderhoud poddali badaniu regiony Ziemi, do których dotychczas jest mało dostępnych danych o regionalnym wzroście poziomu morza (ang. Regional Sea Level Rise – RSLR) czy przybrzeżnych powodziach lokalnych. A ponadto na nich w poprzednich badaniach słabo zostało zaznaczona wydajność modeli grawitacyjnych Ziemi (ang. Earth Gravity Models – EGM).
Analizie poddano przybrzeżne tereny nizinne, znajdujące się w Afryce (14%) i Azji (58%).
Holenderscy naukowcy zauważyli, że prawdopodobnie aż w 90,6 % poprzednich publikacji – w oszacowywaniu wzrostu poziomu morza – została ominięta konwersja pionowego układu odniesienia jako wyrównywania powierzchni morza z terenem nadbrzeżnym. A w 8,6 % przypadków została zastosowana niepoprawnie.
W badaniu tym, w celu oszacowania dokładnych danych wysokościowych, zastosowali globalne modele terenowe (DEM) w celu ich wyrównywania konwersyjnego z przybrzeżnym wzrostem poziomu morza. Na przykład za pomocą lokalnych pływomierzy albo za pomocą altymetrów satelitarnych połączonych z bojami oceanicznymi w celu wyznaczenia dokładnej średniej topografii dynamicznej (DMT).
– Dlatego zakładamy, że brak jakiejkolwiek dokumentacji informacji o poziomie morza (25%) i/lub kroków konwersji metodologicznej (65%) oznacza, że dane dotyczące wysokości poziomu morza nie zostały uwzględnione lub konwersja układu odniesienia na odniesienie poziomu morza została pominięta – zaznaczyli niniejsi geografowie z Wageningen.
Rys. Różnica między wysokością wybrzeża a najczęściej stosowanymi geoidami na świecie. a –c , Nadal szeroko stosowany model grawitacyjny Ziemi z 1996 r. (EGM96) wykazuje duże odchylenia od zmierzonego poziomu morza przybrzeżnego, tutaj wskazanego przez najnowszy dostępny MDT 44 , szczególnie głębokie w skali regionalnej. d–f , Nowszy model geoidy EGM2008 wykazuje ogólną poprawę w stosunku do EGM96 i zapewnia globalnie nieco lepsze przybliżenie lokalnego poziomu morza przybrzeżnego. W bogatych w dane krajach Globalnej Północy globalne geoidy stosunkowo dobrze reprezentują poziom morza przybrzeżnego (na przykład wschodnie Stany Zjednoczone, północna Europa i Europa Zachodnia), podczas gdy w bardziej ubogim w dane Globalnym Południu, regionach takich jak Ameryka Łacińska, Afryka Wschodnia i Indo-Pacyfik, z Azją Południowo-Wschodnią i Oceanią jako globalnymi punktami zapalnymi, geoidy znacznie niedoszacowują rzeczywistą wysokość powierzchni morza, wahającą się od kilku decymetrów do kilku metrów lokalnie. Zdecydowana większość analizowanej literatury przyjęła, że powierzchnia geoidy (0 m) reprezentuje współczesny lokalny średni poziom morza (MSL), wprowadzając tym samym powyższą rozbieżność jako błąd do odpowiednich ocen zagrożenia przybrzeżnego i wpływu SLR. Dla celów wizualizacji, skala przestrzenna przedstawionych danych została przeskalowana do 1° za pomocą przeskalowania dwuliniowego, a wszystkie statystyki podano z rozdzielczością przestrzenną 90 m. Wyniki wizualizacji uzyskano za pomocą oprogramowania QGIS w wersji 3.28.6 oraz plików shapefile z ref. 51 (Open Government Licence w wersji 3.0). Źródło: Katharina Seeger & Philip S. J. Minderhoud / CC BY 4.0
Poziom morza przybrzeżnego jest rozbieżny z modelami geoid w obszarach Ziemi słabo zbadanych i monitorowanych
Oboje naukowców przede wszystkim zaobserwowało, że poziom morza przybrzeżnego jest często wyższy niż poziom geoidy. W tym przypadku zauważyli, iż nieuwzględnienie konwersji przez większość poprzedników zaważyło na tym, że sama powierzchnia geoidy reprezentowana jako średni poziom morza przy zastosowaniu samej średniej topografii dynamicznej (DMT) – bez konwersji DEM – niedoszacowała wysokość poziomu morza przybrzeżnego.
W swoim badaniu przeanalizowali następujące geoidy:
- dla starszego modelu geoidy EGM96 wysokość poziomu morza przybrzeżnego wyniosła 0,27 m (mediana 0,19 m, odchylenie standardowe (ang. Standard Deviation – SD) 0,76 m)
- dla nowszego modelu geoidy EGM2008 wysokość poziomu morza przybrzeżnego wyniosła 0,16 m (mediana 0,16 m, SD 0,52 m)
Jednak niedobór danych mówi o tym, że są regiony oceaniczne i morskie na Ziemi (np. w Azji Południowo-Wschodniej – delty rzek: Mekongu czy Irawadi czy też atole na południowym Pacyfiku ; ponadto w Ameryce Łacińskiej, na zachodnim wybrzeżu Ameryki Północnej, na Karaibach, w Afryce, na Bliskim Wschodzie i w większym Indo-Pacyfiku), gdzie geoidy są niezbyt dokładnie zmierzone. Wówczas:
- dla modelu geoidy EGM96 wysokość poziomu morza przybrzeżnego wyniosła prawdopodobnie aż 5,5-7,6 m,
- dla modelu geoidy EGM2008 wysokość poziomu morza przybrzeżnego wyniosła prawdopodobnie już 2,8-3,4 m
– Najmniejsze rozbieżności między MSL a geoidą występują powszechnie we wschodniej Ameryce Północnej, a także w północnej i zachodniej Europie, co odzwierciedla lepszą wydajność modeli geoid w zbliżaniu się do wysokości powierzchni morza w regionach bogatszych w dane w Globalnej Północy – powiedzieli w swojej publikacji holenderscy naukowcy.
Najnowszy model GOCO2025 bez konwersji globalnych modeli terenowych niedoszacowuje dopasowanie przybrzeżnego poziomu morza do nadmorskiego lądu nawet dzisiaj
Oczywiście obecnie są też nowsze modele geoid, jak min. GOCO2025, który miał częste zastosowanie z pomocą średniej topografii dynamicznej, ale jednak z ominięciem – często wskazywanej przez naukowców z Wageningen – informacji o poziomie morza (na przykład MDT opartej na altymetrii lub średniej powierzchni morza (MSS – Mean Sea Surface) ) oraz niedokładnym zastosowaniu konwersji z tejże nawet najnowszej geoidy na układ odniesienia dotyczący poziomu morza w skali regionalnej. To wszystko we wcześniejszych pracach prowadziło do tego, że geoida i poziom morza z sobą nie pokrywały się dobrze. Powstawało wiele rozbieżności i niestety błędów w dokładniejszym oszacowaniu wzrostu poziomu morza, co dawało wyniki mylnych prognoz strategicznych w celu oszacowania zagrożeń przeciwpowodziowych dla ludności mieszkających w szczególności w deltach rzek i na koralowych atolach nadmorskich i nadoceanicznych.
Naukowcy z Holandii zwrócili uwagę, że nawet jeśli poprzednicy dobrze zastosowali MDT, to jednak niezbyt dokładnie posłużyli się konwersją
– Nieliczne badania, które uwzględniły dane MDT, ale cierpią na konkretny błąd konwersji geoidy, statystycznie niemal dorównują naszej średniej globalnej reprezentacji wysokości poziomu morza przybrzeżnego (niedoszacowanie 0,02 m), ale cierpią regionalnie na rozbieżności do kilku metrów, w zakresie od -4,1 m do +4,3 m (SD = 0,76 m) – napisali badacze w swojej publikacji.
Oczywiście uwzględnili też w niektórych obszarach morskich i oceanicznych przestarzałość narzędzi pomiarowych poziomu morza (mareografów czy nawet altymetrów satelitarnych) czy też na wykresach szeregi czasowe mogły być zbyt krótkie, niekompletne lub po prostu nieaktualne, co też w dużej mierze jest aktualną przyczyną niedokładnego oszacowania porównania wysokościowego przybrzeżnego poziomu morza z lądem nadmorskim, uwzględnionego w wielu wcześniejszych publikacjach naukowych.
– Biorąc pod uwagę wysokie wskaźniki RSLR spowodowane obniżaniem się wybrzeża, które przekraczają globalny SLR w wielu częściach świata, szczególnie w gęsto zaludnionych deltach azjatyckich i nizinach przybrzeżnych, oceny współczesnej ekspozycji wybrzeża muszą uwzględniać względne zmiany poziomu morza od momentu ustalenia punktu odniesienia mareografu lub, w przypadku MDT/MSS, średniego okresu obserwacji – ustalili naukowcy,
Następnie dodali: – Podobnie, ponieważ sama wysokość wybrzeża również nie jest statyczna, podkreślamy pilną potrzebę wykorzystania najnowszych i najdokładniejszych danych wysokościowych, najlepiej skorygowanych o przestrzenny heterogeniczny pionowy ruch lądu i wynikające z niego zmiany wysokości od momentu pozyskania danych.
Badacze holenderscy zwrócili pilną uwagę, że tylko 22 % prac, w celu zbadania porównawczego wysokości poziomu morza z lądem nadmorskim, uwzględniło względne zmiany poziomu morza lub wysokości od momentu ustalenia punktu odniesienia lub pozyskania danych wysokościowych, a 9 % – jak w tym badaniu – było objęte dokładniejszą analizą za pomocą cyfrowych modeli terenowych (DEM).
Referencje:
Katharina Seeger & Philip S. J. Minderhoud , 2026 , Sea level much higher than assumed in most coastal hazard assessments , Nature volume 652, pages 667–674 ; https://www.nature.com/articles/s41586-026-10196-1