SWOT是美国航天局发射的全球首个专门服务于全球水资源监测卫星，旨在打破传统卫星在中小尺度水体监测的局限性，预期将为水资源动态监测、洪涝防治和气候变化研究提供新思路，同时对我国后续卫星设计具有重要借鉴意义。
导 读
水资源是地球上最宝贵的自然资源之一，对维持社会生态系统健康发展至关重要。精确的全球水动态监测不仅是实现可持续发展目标的关键，也是防范和缓解水资源相关灾害的重要手段。现有卫星产品面临诸如时空分辨率有限、全球覆盖不完整以及跨平台传感器异步观测等挑战，难以准确捕捉中小尺度水体变化特征。地表水与海洋地形（SWOT）卫星任务将以更高精度监测河流、湖泊、水库和海洋，从而全面提升全球地表水动态监测能力。
图1 SWOT卫星工作过程及应用。(A) SWOT测绘模式，展示卫星利用多波束雷达干涉技术获取地表水信息过程；(B) 产品，包括SWOT卫星1级产品波形数据和雷达干涉数据，及2级产品地表水范围矢量数据和地表水高度栅格数据；(C)不同场景中应用，如测量湖泊水位高度、监测河流水面高程变化以及监测城市洪涝积水变化。
SWOT卫星概况
SWOT卫星由美国航天局于2022年12月发射，其搭载Ka波段干涉雷达和正射雷达高度计等仪器，能同时测量地表水水位高度、宽度和坡度，提供高时空分辨率立体观测特征，大幅提升全球水资源动态监测能力。其空间覆盖南北纬78°，重访周期21天，分辨率为100米或250米。与Jason等传统卫星不同，SWOT无需频繁地面校准，能提供高精度高度信息，生成高分辨率全球水体表面高程模型。
地表水动态监测
河流、湖泊和水库是水循环重要组成部分，广泛用于社会生产。然而，传统雷达测高卫星受限于空间分辨率，在中小型水体监测存在极大挑战。同时，气候变化和人类活动加剧水体水文动态变化，迫切需要更高频次、更高精度和全球覆盖长期监测。SWOT卫星的二级产品中包括水面表面高程和水体范围边界数据，它能够有效监测面积超过0.06平方公里的水体和宽度大于100米的河流，进而支持全球大规模水文监测和分析。
如图1所示，我们利用Landsat-8卫星和水位站对SWOT大尺度、中小尺度水体的水体表面高程和范围边界进行精度验证。休斯敦湖区域结果显示，SWOT水位监测绝对精度达0.15米，范围边界提取准确率为99.6%。此外，与密苏里河水文站数据对比，SWOT对于小尺度水体的高程测量相对精度约为0.1米。这些高精度立体观测使得SWOT成为分析全球水体变化的重要工具。
洪水动态分析
洪水是全球危害最严重的自然灾害之一， 2023年全球洪水导致经济损失高达2900亿美元。传统监测主要依赖区域气象站和水文站，但其缺乏精确地形数据，难以满足高精度洪水模拟和预测。而基于可见光和红外波段的遥感卫星在云层和降雨条件下效果有限，对洪水评估具有极大不确定性。与传统方法相比，SWOT能够穿透云层、植被，进而生成洪水区域的近实时三维数据，精准捕捉淹没水位变化及洪水演变过程，有效提升洪水预警和应急响应的精度。
如图1所示，在2024年2月的加州洪水事件中，SWOT展示其强大洪水动态监测能力，成功记录洪水从形成到消退全过程，并测量关键流域流量和径流量等重要水文参数。SWOT所获取的高分辨率数据能够精确跟踪洪水动态变化，进而支持水文模型的校准和优化，最终提升洪水变化多维度的预警。传统的流量计无法全面捕捉洪水全貌，而SWOT通过测量大范围新增水体的水位高度、宽度和坡度等特征，为洪水动态过程提供了全面而深刻的理解。
总结与展望
SWOT卫星为全球水资源监测带来前所未有机遇，凭借其多维立体监测能力和高时空分辨率，为水资源管理、洪水监测和气候变化研究提供强有力技术支持。未来，通过不断优化测量算法、提升数据融合能力，以及与其他遥感数据和水文模型的深度结合，SWOT将进一步拓展其应用范围，助力全球水资源高效管理和科学应对气候变化。这些技术不仅推动地球科学研究前沿发展，也为全球水资源可持续管理提供新思路和广阔合作空间。
责任编辑
胡增运 上海交通大学
黄 艳 华东师范大学
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原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2024.100099
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第2卷第4期以Commentary发表的“Promoting global surface water monitoring research with the SWOT satellite” (投稿: 2024-06-17；接收: 2024-10-14；在线刊出: 2024-10-26)。
DOI: https://doi.org/10.59717/j.xinn-geo.2024.100099
引用格式：Yao J., Xu N., Wang M., et al. (2024). Promoting global surface water monitoring research with the SWOT satellite. The Innovation Geoscience 2(4): 100099.
作者简介
么嘉棋，天津师范大学京津冀生态文明发展研究院 助理研究员，研究方向为卫星测高数据处理与应用。
Web：https://3jeco.tjnu.edu.cn/info/1103/1037.htm
徐 南，河海大学地理与遥感学院副教授，博士毕业于清华大学地球系统科学系，研究方向为水资源遥感。
Web：https://jszy.hhu.edu.cn/xn2/
卢 麾，清华大学地球系统科学系教授，研究方向：1）陆地水循环的观测与模拟；2）地表土壤温湿度遥感的机理与算法；3）水文模型、陆面模式和数据同化系统的开发与应用；4）综合对地观测数据在生态水文和全球变化研究中的应用。
Web: http://faculty.dess.tsinghua.edu.cn/luhui/zh_CN/index.htm
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