Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Az első műholdas berendezések fellövése óta, az űrtávérzékelés egyik alapvető alkalmazási területe a hidrológiai azon belül is a folyómegfigyelések. Az első árvízi esemény, melyet műholdas képekről térképezték, a Mississippi folyó 1973-es áradása volt, Landsat-1 szenzor segítségével. A műholdas folyómegfigyelés potenciális előnyeit jól demonstrálja az alkalmazás, mely akár a globális hidrológiai folyamatok, és a vízkörforgás tanulmányozására is alkalmas. A legújabb műholdas technológiák megfigyelési lehetőségei azóta hatalmas fejlődésen mentek át lefedve a víz- és energiakörforgás alapvető elemeit, a csapadéktól az evapotranszpiráción, a beszivárgáson át a lefolyásig. Továbbá, ha a víz már vízgyűjtőkön összegyülekezett, a lefolyás legkülönbözőbb paraméterei válnak műholdas eszközökkel mérhetőek, beleértve a folyók vízállását, vízfelszín lejtését, vízhozamot, a folyó szélességét, a szétterülését.
Az első műholdas vizsgálatokhoz általában optikai szenzorok képekeit használtak az árvizek elöntésének meghatározására. Idővel más technikák is megjelentek, amelyek az elektromágneses spektrum szélesebb intervallumán mértek, úgy, mint a mikrohullámhullámú tartomány. A passzív mikrohullámú radiométerk (PMR) megifgyeléseit a témavezető évtizedek óta alkalmazza a lefolyás mérésére. Nagy előnye, hogy globális, napi monitorozására alkalmas, a felhőzeten keresztülhatoló emisszió mérésével. A PMR nagy időfelbontása hatalmas előny más érzékelőtípusokhoz képest, mely kulcsfontosságú áttörést jelent a közel napi folyómegfigyelésben. A PMR megközelítés azon a vízrajzi feltételezésen alapul, hogy a nem szabályozott folyószakaszok mentén, a vízhozam és a víz szétterülés között szoros összefüggés van. Az árvizek a természeti katasztrófák között a világon a legtöbb emberi életet követelik, óriási gazdasági és vagyoni károkat okozva. A hosszútávú következménye pedig a mezőgazdasági terméshozamok csökkenésében, a víz- és élelmiszerellátási problémákat okoz. Ezért elengedhetetlen az árvíz mértékének megbízható és időben történő nyomon követése.
A PhD témakiírás célja, hogy a jelölt korszerű, műholdas megközelítést használjon folyóvízi megfigyelésekre, amely lehetővé teszik a felhőmentes hidrológiai paraméterek becslését, részletes betekintést adva az árvízek lefolyásának dinamikájába, és hosszú megfigyelési idősorokra alapozva visszatérési időszakok gyakoriságát is becsülni tudja. A tanulmánynak kiterjed 1) a rövid visszatérési idejú PMR és további mikrohullámú berendezések megfigyelésének az optikai érzékelőkkel szembeni előnyeire, amelyeket utóbbiakat a felhőborítás erősen korlátoz, 2) bemutatja a különböző több-érzékelős (multi-sensor) megfigyelések előnyeit folyó monitoringra, 3) tárgyalja a folyóvízhozama és az árvízi terület közötti időbeli torzítást. Az eredmények várhatóan alapvető információt szolgáltatnak a folyóvízrajz napi monitorozásához világszerte, és potenciálisan szolgáltatássá válhatnak mind a döntéshozók, mind a tudományos megfigyelések számára.

***

Since the launch of the first EO satellite sensors, a fundamental application of orbital remote sensing is hydrology. The first flood event to be mapped from satellite imagery was the flooding of the Mississippi River in 1973 using a Landsat-1 sensor. The potential benefit of satellite river monitoring is demonstrated by the application, which is suitable to study global hydrological processes and the water cycle. Since then, the observation capabilities of the latest satellite technologies have undergone tremendous development, covering the basic elements of the water and energy cycle, from precipitation through evapotranspiration, infiltration to runoff. Furthermore, once the water has accumulated in catchments, a wide variety of runoff parameters can be measured by satellite instruments, including the water level of rivers, water surface slope, water flow, river width, and spread. For the first satellite studies, images from optical sensors were usually applied to map flooding. Over time, other techniques emerged to measure over a wider range of the electromagnetic spectrum, such as the microwave range. The supervisor has been using the observations of passive microwave radiometers (PMRs) for decades to measure river flow. Its great advantage is that it is suitable for global, daily monitoring, by measuring the emission penetrating the clouds. The high time resolution of PMR is a huge advantage over other sensor types, advantage in near-daily river monitoring. The PMR approach is based on the close relationship between water flow and water area along unregulated river sections.
Floods claim the highest number of human lives among natural disasters in the world, causing enormous economic and property damage. The long-term consequence is a decrease in agricultural yields, water and food supply problems. It is therefore essential to monitor the extent of flooding reliably and in a timely manner.
The aim of the PhD research topic is to enable the candidate to use a state-of-the-art satellite approach for river water observations, which allows the estimation of cloud-free hydrological parameters, providing a detailed insight into the spatial dynamics of floods, and is also able to estimate the frequency of return periods based on long observation time series. The study covers 1) the advantages of monitoring short-return time PMR and other microwave devices over optical sensors, which are severely limited by cloud cover, 2) the advantages of different multi-sensor observations for current monitoring, 3) discussing the temporal bias between river flow and flood area. The results are expected to provide essential information for the daily monitoring of river hydrography worldwide and potentially become a service for both policymakers and scientific observations.