Les ballons stratosphériques confirment les données de vent du satellite éolien Aeolus

Les futurs satellites éoliens devraient augmenter la résolution verticale pour mieux résoudre les ondes de gravité sous les tropiques, écrit une équipe de chercheurs de l’Institut Leibniz pour la recherche troposphérique (TROPOS), de l’Agence spatiale européenne (ESA), du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme ( ECMWF), l’Université de Hambourg et la société Google Loon. Leur étude a été publiée dans le Journal trimestriel de la Royal Meteorological Society.

La qualité des modèles de prévision numérique du temps et donc des prévisions météorologiques dépend fortement des données disponibles. Au cours des dernières décennies, un système d’observation global a donc été construit pour inclure également les profils de vent des ballons météorologiques, les données des aéronefs ou les systèmes radar profileurs de vent. Cependant, la plupart de ces données proviennent de l’hémisphère nord densément peuplé. Dans l’hémisphère sud, au-dessus des océans et surtout sous les tropiques, le réseau de mesures directes est encore relativement peu dense.

Le lancement du premier satellite éolien Aeolus de l’Agence spatiale européenne (ESA), le 22 août 2018, a été une étape majeure vers les mesures mondiales du vent. Ce nouveau satellite embarque un puissant laser, l’Atmospheric Laser Doppler Instrument (ALADIN). ALADIN est le premier lidar de vent Doppler dans l’espace à fournir des profils de vitesse horizontale du vent depuis la surface de la Terre ou depuis le sommet de nuages ​​épais jusqu’à une hauteur d’environ 30 km à l’échelle mondiale.

Pour ce faire, le satellite émet de courtes impulsions laser ultraviolettes en orbite autour de la Terre. Une petite partie de ces impulsions lumineuses est renvoyée vers le satellite par les molécules d’air, les aérosols et les nuages, puis collectée et traitée dans le détecteur. Pour un tour du monde, Éole met 90 minutes ; en une semaine, le satellite collecte des données sur le vent dans le monde entier.

Ces données sont assimilées par les centres de prévisions météorologiques du monde entier pour améliorer leurs prévisions. Comme il n’y a pas eu de missions satellites comparables jusqu’à présent, les données sont vérifiées de manière particulièrement critique et comparées avec d’autres mesures de vent.

Une étude récemment publiée a utilisé les données de 229 ballons stratosphériques du projet Loon entre juillet 2019 et décembre 2020 des régions tropicales d’Amérique latine, de l’océan Atlantique, d’Afrique et de l’océan Indien à des fins de comparaison. Loon était un projet commercial qui avait fourni aux régions éloignées un accès Internet via des ballons à hélium dans la stratosphère. Les ballons, qui mesuraient environ 12 mètres de diamètre, agissaient comme des stations flottantes de téléphonie mobile à des altitudes de 16 à 20 kilomètres au-dessus du sol.

Pour entretenir le réseau, les ballons devaient corriger automatiquement la direction du vent en modifiant l’altitude. Cela a créé un vaste ensemble de données sur les vitesses du vent dans ces couches atmosphériques, qui comble en partie le manque de données sur le vent à cette altitude dans le système d’observation mondial. Le projet Loon a été interrompu en 2021 pour des raisons économiques, mais il reste un ensemble de données très intéressant pour la recherche atmosphérique.

« Notre analyse confirme que le satellite Aeolus fournit des mesures de vent presque sans biais dans la haute troposphère et la basse stratosphère. En revanche, le modèle météorologique actuel de l’ECWMF sous-estime systématiquement la vitesse du vent d’environ 1 mètre par seconde, ce qui pourrait être démontré par le Données d’Aeolus et de Loon. Ces résultats sont importants pour mieux comprendre les processus dynamiques dans la haute troposphère et la basse stratosphère et pour améliorer encore les modèles météorologiques », souligne le Dr Sebastian Bley de TROPOS, qui a travaillé sur l’étude à l’ESA à Frascati, en Italie.

Une autre recommandation des chercheurs est d’effectuer plus de mesures verticales pour pouvoir fournir plus d’informations sur le vent dans les couches atmosphériques. Cela pourrait encore améliorer la précision des prochains satellites éoliens. En plus de la vitesse du vent, Aeolus fournit également des informations sur les aérosols et les nuages, mais uniquement via une partie de la lumière rétrodiffusée.

« Nous espérons que les futures missions éoliennes pourront également mesurer la dépolarisation, la rotation de la lumière lorsqu’elle est réfléchie. Ce serait une étape importante car le satellite pourrait alors également fournir plus d’informations sur les aérosols », explique Bley.

Aeolus a été développé en tant que mission d’exploration avec une durée de vie prévue de 3 ans pour démontrer la technologie d’un lidar éolien Doppler dans l’espace. Cependant, les attentes ont été dépassées et Aeolus fournit maintenant des données précieuses depuis plus de 4 ans.

Les données de vent sont désormais utilisées dans les prévisions météorologiques de plusieurs services météorologiques à travers l’Europe, tels que le Service météorologique allemand (DWD), et ont été convaincantes en raison de leur influence positive sur la qualité des prévisions météorologiques. La voie à suivre pour la mission de suivi Aeolus-2 a été récemment décidée au sein du comité ministériel de l’ESA et sera développée conjointement par l’ESA et EUMETSAT.

En septembre, des chercheurs américains ont intégré à titre d’essai les données d’Aeolus dans le modèle d’ouragan (HWRF) de l’agence météorologique et océanographique américaine NOAA afin de mieux prévoir les tempêtes tropicales. Leur conclusion est que l’utilisation des données de vent d’Aeolus est plus efficace là où il n’y a pas de vols de reconnaissance dans les ouragans et pourrait donc avoir le plus grand impact positif sur la prévision des cyclones tropicaux dans les océans Pacifique et Indien.