La mission Topographie des eaux de surface et des océans explorera comment l’océan absorbe la chaleur et le carbone atmosphériques, modérant les températures mondiales et le changement climatique.
Bien que le changement climatique entraîne une élévation du niveau de la mer au fil du temps, les chercheurs pensent également que les différences de hauteur de surface d’un endroit à l’autre de l’océan peuvent affecter le climat de la Terre. Ces hauts et ces bas sont associés aux courants et aux tourbillons, des rivières tourbillonnantes dans l’océan, qui influencent la façon dont il absorbe la chaleur atmosphérique et le carbone.
Entrez dans la mission Surface Water and Ocean Topography (SWOT), un effort conjoint de la NASA et de l’agence spatiale française Centre National d’Études Spatiales (CNES), avec des contributions de l’Agence spatiale canadienne (ASC) et de l’Agence spatiale britannique. Lancé en novembre 2022, SWOT collectera des données sur la hauteur des océans pour étudier les courants et les tourbillons jusqu’à cinq fois plus petits que ce qui était auparavant détectable. Il rassemblera également des informations détaillées sur les lacs et les rivières d’eau douce.
L’observation de l’océan à des échelles relativement petites aidera les scientifiques à évaluer son rôle dans la modération du changement climatique. Plus grand entrepôt de chaleur atmosphérique et de carbone de la planète, l’océan a absorbé plus de 90 % de la chaleur piégée par les émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine.
On pense qu’une grande partie de l’absorption continue de cette chaleur – et de l’excès de dioxyde de carbone et de méthane qui l’a produite – se produit autour de courants et de tourbillons de moins de 100 kilomètres de diamètre. Ces flux sont faibles par rapport à des courants tels que le Gulf Stream et le courant de Californie, mais les chercheurs estiment que, dans l’ensemble, ils transfèrent jusqu’à la moitié de la chaleur et du carbone des eaux de surface vers les profondeurs de l’océan.
Mieux comprendre ce phénomène peut être essentiel pour déterminer s’il existe un plafond à la capacité de l’océan à absorber la chaleur et le carbone des activités humaines.
« Quel est le point tournant auquel l’océan commence à libérer d’énormes quantités de chaleur dans l’atmosphère et à accélérer le réchauffement climatique, plutôt que de le limiter ? » a déclaré Nadya Vinogradova Shiffer, scientifique du programme SWOT au siège de la NASA à Washington. « SWOT peut aider à répondre à l’une des questions climatiques les plus critiques de notre époque. »
La mission SWOT collectera des informations sur la hauteur du niveau de la mer, ce qui aidera les scientifiques à étudier le rôle des courants dans la modération du changement climatique, ainsi que les élévations des masses d’eau douce. La mission est menée conjointement par la NASA et le CNES, avec des contributions de l’UKSA et de l’ASC. Crédit : NASA/JPL-Caltech/CNES/Thales Alenia Space
Penser petit
Les satellites existants ne peuvent pas détecter les courants et les tourbillons à plus petite échelle, ce qui limite la recherche sur la façon dont ces caractéristiques interagissent les unes avec les autres et avec les flux à plus grande échelle.
« C’est un endroit où nous apprendrons beaucoup en ayant de meilleures observations des petites échelles », a déclaré J. Thomas Farrar, responsable scientifique de l’océanographie SWOT à la Woods Hole Oceanographic Institution à Falmouth, Massachusetts.
En plus d’aider les chercheurs à étudier les impacts climatiques des petits courants, la capacité de SWOT à « voir » de plus petites zones de la surface de la Terre lui permettra de collecter des données plus précises le long des côtes, où l’élévation du niveau des océans et le flux des courants peuvent avoir des impacts immédiats sur la terre. les écosystèmes et l’activité humaine.
Des mers plus hautes, par exemple, peuvent faire pénétrer les ondes de tempête plus loin à l’intérieur des terres. En outre, les courants intensifiés par l’élévation du niveau de la mer peuvent augmenter l’intrusion d’eau salée dans les deltas, les estuaires et les zones humides, ainsi que les réserves d’eau souterraine.
« En pleine mer, tout le phénomène de réduction de la chaleur et du carbone affectera l’humanité pour les années à venir », a déclaré Lee-Lueng Fu, scientifique du projet SWOT au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud. « Mais dans les eaux côtières, les effets des courants et de la hauteur de la mer se font sentir pendant des jours et des semaines. Ils affectent directement la vie humaine. »
Alors, comment la mesure de la hauteur des océans mènera-t-elle à une meilleure connaissance des courants et des tourbillons ?
Les chercheurs utilisent les différences de hauteur entre les points, connues sous le nom de pente, pour calculer le mouvement des courants. Le calcul tient compte de la force de gravité de la Terre, qui tire l’eau de haut en bas, et de la rotation de la planète, qui, dans l’hémisphère nord, dévie le flux dans le sens des aiguilles d’une montre autour des points hauts et dans le sens antihoraire autour des points bas. L’effet est inverse dans le sud.
La hauteur de l’océan est associée aux courants et aux tourbillons à la surface de l’océan, qui sont présentés dans cette visualisation basée sur la période de juin 2005 à juin 2007. SWOT pourra observer des courants et des tourbillons plus petits que ceux illustrés, jusqu’à 12 milles (20 kilomètres) de diamètre. Crédit : Centre de vol spatial Goddard de la NASA
Des systèmes de courants larges de plusieurs centaines de kilomètres circulent autour de vastes étendues océaniques. En cours de route, des courants et des tourbillons plus petits se détachent et interagissent les uns avec les autres. Lorsqu’ils se rejoignent, ils entraînent l’eau de la surface vers des profondeurs plus froides, emportant la chaleur et le carbone de l’atmosphère. Lorsque ces petits courants et tourbillons se séparent, l’eau de ces profondeurs plus froides remonte à la surface, prête à absorber à nouveau la chaleur et le carbone.
Ce mouvement vertical de chaleur et de carbone se produit également au niveau des tourbillons eux-mêmes. Dans l’hémisphère nord, les tourbillons dans le sens des aiguilles d’une montre génèrent des flux descendants, tandis que les tourbillons dans le sens antihoraire créent des flux ascendants. L’inverse se produit dans l’hémisphère sud.
Combler les lacunes
En mesurant la hauteur des océans jusqu’à des incréments de 0,16 pouce (0,4 centimètre), ainsi que leurs pentes, les deux antennes de l’interféromètre radar en bande Ka (KaRIn) de SWOT aideront les chercheurs à discerner les courants et les tourbillons aussi petits que 12 miles (20 kilomètres) à travers .
SWOT utilisera également un altimètre nadir, une technologie plus ancienne qui peut identifier les courants et les tourbillons jusqu’à environ 60 miles (100 kilomètres) de large. Là où l’altimètre nadir pointera vers le bas et prendra des données dans une dimension, les antennes KaRIn s’inclineront. Cela permettra aux antennes KaRIn de balayer la surface en deux dimensions et, travaillant en tandem, de collecter des données avec une plus grande précision que l’altimètre nadir seul.
« Actuellement, pour obtenir une vue bidimensionnelle à partir d’une ligne unidimensionnelle, nous prenons toutes nos lignes unidimensionnelles et estimons ce qui se passe entre elles », a déclaré Rosemary Morrow, responsable scientifique de l’océanographie SWOT au Laboratoire d’Études en Géophysique. et Océanographie Spatiales à Toulouse, France. « SWOT observera directement ce qu’il y a dans les lacunes. »
Page d’accueil des missions : swot.jpl.nasa.gov/