Le inondazioni dei fiumi sono uno dei disastri naturali più comuni e devastanti della Terra. Nell'ultimo decennio, gli allagamenti dei fiumi hanno ucciso migliaia di persone ogni anno in tutto il mondo e causato perdite dell'ordine di decine di miliardi di dollari USA all'anno. Cambiamento climatico, che dovrebbe aumentare le precipitazioni in alcune aree del pianeta, potrebbe rendere più frequenti e gravi le inondazioni dei fiumi in questi luoghi nei prossimi decenni.

Ora, un nuovo studio condotto dai ricercatori del Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California, analizza ciò che servirebbe affinché i satelliti di osservazione fluviale diventino uno strumento ancora più utile per mitigare i danni delle inondazioni e migliorare la gestione dei bacini idrici a livello globale quasi in tempo reale.

"I sistemi di allerta precoce dipendono tradizionalmente da reti di misuratori che rilevano le inondazioni più a monte del fiume, ma i dati di misura stanno diventando sempre più scarsi, " ha detto George Allen, autore principale della nuova ricerca e idrologo al JPL. "Il nostro studio mostra che c'è spazio per i satelliti per aiutare a colmare il divario. Ma affinché i satelliti informino la mitigazione delle inondazioni in tempo reale, devono fornire i dati ai gestori delle risorse idriche entro un lasso di tempo sufficientemente breve".

Le inondazioni fluviali si verificano quando un canale si riempie d'acqua oltre la capacità delle sue sponde, normalmente a causa di forti piogge. La piena percorre il corso del fiume come un'onda, muovendosi a valle più velocemente dell'acqua stessa. Diverse missioni satellitari sono state in grado di rilevare le inondazioni come improvvisi cambiamenti nell'altezza o nella larghezza delle acque fluviali. Quando si osserva un'alluvione, è relativamente facile prevedere con precisione come si sposterà lungo il fiume. Queste informazioni sono estremamente utili nei sistemi di allerta precoce delle inondazioni e in altre applicazioni di gestione dei fiumi in tempo reale.

Per studiare la velocità con cui le inondazioni si propagano attraverso i fiumi del pianeta, Allen e i suoi colleghi hanno eseguito un semplice modello numerico delle onde di flusso che utilizzava informazioni come la larghezza, pendenza, profondità e rugosità, la quantità di attrito che l'acqua subisce quando si viaggia lungo un fiume, dei fiumi di tutto il mondo. Dopo aver analizzato la velocità delle onde attraverso 11 milioni di miglia (17,7 milioni di chilometri) di fiumi in tutto il pianeta, i ricercatori hanno scoperto che le onde di piena che viaggiano alla loro massima velocità impiegano un tempo medio di tre giorni per raggiungere la successiva diga a valle, quattro giorni per arrivare alla successiva città a valle e sei giorni per uscire completamente dal sistema fluviale.

Il team ha confrontato i risultati del modello con i record di dimissioni di oltre 20, 000 stazioni di misura del Servizio Geologico degli Stati Uniti lungo circa 40, 000 miglia (64, 400 chilometri) di vari sistemi fluviali negli Stati Uniti. Hanno scoperto che il modello stimava velocità delle onde maggiori rispetto a quelle mostrate dai dati del misuratore.

"Ci si aspettava, in base al fatto che stiamo modellando le onde che si muovono alle massime velocità, considerando che i dati del misuratore considerano tutti i tipi di velocità delle onde:basse velocità, alte velocità, tutto quello che c'è in mezzo, " disse Allen. "In questo modo, il nostro studio stima uno scenario peggiore della velocità con cui le inondazioni possono scendere lungo i fiumi".

Gli scienziati hanno quindi utilizzato i risultati sulla velocità delle onde per calcolare la latenza dei dati:la velocità con cui devono essere scaricati i dati satellitari, elaborati e resi disponibili al pubblico per essere utili per i sistemi di allerta precoce delle alluvioni e altre strategie di mitigazione delle alluvioni in tempo reale, così come la gestione del serbatoio. In particolare, si sono concentrati sui dati futuri della prossima missione SWOT (Surface Water and Ocean Topography) della NASA. SWOT, previsto per il lancio nel 2021, è specificamente progettato per osservare i fiumi. Questo perché ha un'orbita ripetuta di 21 giorni e sarà in grado di rilevare le onde di piena, soprattutto nei grandi fiumi a latitudini più elevate. I ricercatori hanno scoperto che rendere disponibili i dati SWOT entro pochi giorni dall'acquisizione da parte del veicolo spaziale potrebbe essere utile per la mitigazione delle inondazioni in tempo reale. Rispetto ai satelliti passati o attuali che forniscono informazioni su fiumi e inondazioni, SWOT fornirà mappe mai viste prima dell'altezza del fiume, allowing for more reliable prediction of flood timing and magnitude.

If the data were to be processed in two days or less, Allen's team calculated, it would be ready for emergency managers before at least two-thirds of observed waves reached the next downstream city. For dams, the quick turnaround of satellite measurements would give advance notice to downstream reservoirs in at least half of the cases when SWOT detects a flood wave.

"There is a trade-off between data latency and data quality, " said Cédric David of JPL, who directed the new study and is a member of SWOT's science team. "Così, do we want to wait to get the best data possible, or do we want to get a rough version of what's going on now, so we can provide actionable information? As we prepare for new satellite missions like SWOT, that's when we start asking these types of questions."

Satellite data that could inform flood early warning systems would be particularly useful for developing nations, where either there are insufficient river gauges or countries do not share gauge data with their downstream neighbors, Allen said.

Results of the study are published in the journal Lettere di ricerca geofisica .