原文發(fā)表于 《科技導(dǎo)報(bào)》2026年第6期科技新聞-前沿動(dòng)態(tài)

從太空“聆聽(tīng)”到全球河流的潮汐脈動(dòng)

“河口”一詞源于拉丁語(yǔ)“潮汐出沒(méi)之地”，潮汐作為塑造沿海生態(tài)與水文過(guò)程的關(guān)鍵力量，不僅控制著濕地分布、調(diào)節(jié)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(nóng)業(yè)灌溉乃至風(fēng)暴潮洪水風(fēng)險(xiǎn)，但長(zhǎng)期以來(lái)，由于河流地形復(fù)雜、原位觀測(cè)站稀疏，加上傳統(tǒng)衛(wèi)星測(cè)高覆蓋不足，全球多數(shù)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(wèi)星（SWOT）環(huán)繞地球運(yùn)行

（圖片來(lái)源：美國(guó)國(guó)家航空航天局）

這種“管中窺豹”的觀測(cè)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(wèi)星的成功發(fā)射，全球水文學(xué)研究迎來(lái)了一場(chǎng)從“線”到“面”的革命。

SWOT衛(wèi)星由美國(guó)國(guó)家航空航天局與法國(guó)國(guó)家空間研究中心聯(lián)合研制，其核心利器是一臺(tái)名為KaRIn的干涉雷達(dá)。與以往只能垂直向下測(cè)量的儀器不同，KaRIn利用雷達(dá)干涉技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)左右各50 km 的雙幅寬觀測(cè)，總覆蓋寬度達(dá)到120 km。這種二維寬幅成像能力，讓科學(xué)家首次能夠以厘米級(jí)的高度精度，實(shí)時(shí)俯瞰全球超過(guò)90%的地表水動(dòng)態(tài)，將衛(wèi)星測(cè)高的分辨率提升了數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。

由德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)Michael Hart-Davis 領(lǐng)銜，集結(jié)了來(lái)自全球多個(gè)科研機(jī)構(gòu)的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)，利用2023年3月至2025年5月的SWOT衛(wèi)星數(shù)據(jù)，成功繪制出全球首份河流潮汐圖譜，揭開(kāi)了全球3172條沿海河流的潮汐脈動(dòng)之謎。

研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的質(zhì)量控制篩選出7200萬(wàn)個(gè)有效觀測(cè)點(diǎn)，通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)提取出半日潮（M?）和全日潮（O?）2大核心潮汐信號(hào)，并結(jié)合全球622個(gè)原位潮位站數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果顯示衛(wèi)星估算的潮汐振幅中位誤差僅為數(shù)厘米，精度遠(yuǎn)超傳統(tǒng)觀測(cè)手段。通過(guò)4項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)——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(shí)別出超過(guò)16.5萬(wàn) 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(nóng)業(yè)耕地，填補(bǔ)了全球河流潮汐觀測(cè)的空白。

有趣的是，研究發(fā)現(xiàn)河流的潮汐傳播范圍并非隨機(jī)分布，而是受3大核心因素控制：河流規(guī)模越大，潮汐延伸越遠(yuǎn)，比如7級(jí)以上的大型河流（亞馬遜河、長(zhǎng)江類大河）潮汐中位傳播距離達(dá)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(dá)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(xiàn)象，如德國(guó)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(fù)雜現(xiàn)象被衛(wèi)星精準(zhǔn)捕捉。

這一研究的實(shí)用價(jià)值已在剛果河的案例中得到體現(xiàn)：通過(guò)SWOT衛(wèi)星提供的潮汐數(shù)據(jù)校正傳統(tǒng)測(cè)高記錄，研究團(tuán)隊(duì)成功修正了2023年剛果河洪水的洪峰時(shí)間，將原本誤判的峰值提前兩周，與實(shí)際災(zāi)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(shù)據(jù)集還為多學(xué)科研究開(kāi)辟了新路徑：對(duì)生態(tài)學(xué)家而言，它能助力河口濕地保護(hù)與碳循環(huán)估算；對(duì)氣候?qū)W家來(lái)說(shuō)，可為海平面上升、特大型干旱的影響評(píng)估提供支撐；對(duì)水資源管理者而言，更是預(yù)測(cè)鹽水入侵、保障沿海城市供水安全的關(guān)鍵依據(jù)。研究團(tuán)隊(duì)已公開(kāi)相關(guān)數(shù)據(jù)與分析代碼，隨著SWOT衛(wèi)星觀測(cè)序列的延長(zhǎng)，未來(lái)還將解析更多潮汐分潮與河潮相互作用機(jī)制，進(jìn)一步提升潮汐預(yù)測(cè)精度。

（來(lái)源：Nature）

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