Détection en temps réel des perturbations de l'ionosphère causées par le 27 octobre, 2012, Tsunami de l'île de la Reine-Charlotte au large de la Colombie-Britannique, Canada, en utilisant l'algorithme VARION. Crédit :Université Sapienza/NASA-JPL/Caltech
Une équipe de scientifiques de l'Université Sapienza de Rome, Italie, et le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, a développé une nouvelle approche pour aider au développement continu de systèmes de détection des tsunamis en temps opportun, basé sur des mesures de la façon dont les tsunamis perturbent une partie de l'atmosphère terrestre.
La nouvelle approche, appelée approche variométrique pour l'observation de l'ionosphère en temps réel, ou VARION, utilise les observations du GPS et d'autres systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) pour détecter, en temps réel, perturbations de l'ionosphère terrestre associées à un tsunami. L'ionosphère est la couche de l'atmosphère terrestre située à environ 50 à 621 milles (80 à 1, 000 kilomètres) au-dessus de la surface de la Terre. Il est ionisé par le rayonnement solaire et cosmique et est surtout connu pour les aurores boréales (aurores boréales) et les aurores australes (aurores boréales).
Lorsqu'un tsunami se forme et traverse l'océan, les crêtes et les creux de ses vagues compriment et étendent l'air au-dessus d'elles, créant des mouvements dans l'atmosphère connus sous le nom d'ondes de gravité internes. Les ondulations des ondes de gravité internes sont amplifiées lorsqu'elles se déplacent vers le haut dans une atmosphère qui s'amincit avec l'altitude. Lorsque les vagues atteignent une altitude comprise entre 186 et 217 miles (300 à 350 kilomètres), ils provoquent des changements détectables de la densité des électrons dans l'ionosphère. Ces changements peuvent être mesurés lorsque les signaux GNSS, tels que ceux du GPS, traverser ces perturbations provoquées par le tsunami.
VARION a été conçu sous la direction de Mattia Crespi de Sapienza. Le principal auteur de l'algorithme est Giorgio Savastano, doctorant en géodésie et géomatique à la Sapienza et salarié affilié au JPL, qui a poursuivi le développement et la validation de l'algorithme. Le travail a été décrit récemment dans une étude financée par Sapienza et la NASA publiée dans Nature's Rapports scientifiques journal.
En 2015, Savastano a reçu une bourse du Consiglio Nazionale degli Ingegneri (CNI) et de l'Italian Scientists and Scholars in North America Foundation (ISSNAP) pour un stage de deux mois au JPL, où il a rejoint le Groupe de télédétection ionosphérique et atmosphérique sous la supervision d'Attila Komjathy et Anthony Mannucci.
Animation du 27 octobre 2012, Tsunami de l'île de la Reine-Charlotte alors qu'il traversait Hawaï. Alors que la vague (lignes bleu foncé/blanches venant du nord-est) se déplaçait, il a perturbé l'atmosphère et modifié la densité des électrons ionosphériques comme le reflètent les changements de signal des satellites de navigation (points colorés). Crédit :Université Sapienza/NASA-JPL/Caltech
« VARION est une nouvelle contribution aux futurs systèmes opérationnels intégrés d'alerte précoce aux tsunamis, " a déclaré Savastano. " Nous intégrons actuellement l'algorithme dans le système GPS différentiel global de JPL, qui fournira un accès en temps réel aux données d'environ 230 stations GNSS du monde entier qui collectent des données de plusieurs constellations de satellites, y compris GPS, Galilée, GLONASS et BeiDou." Comme les tsunamis importants sont rares, l'exercice de VARION à l'aide d'une variété de données en temps réel aidera à valider l'algorithme et à faire avancer la recherche sur cette approche de détection des tsunamis.
Savastano dit que VARION peut être inclus dans les études de conception pour les systèmes de détection de tsunami en temps opportun qui utilisent des données provenant de diverses sources, y compris les sismomètres, bouées, Récepteurs GNSS et capteurs de pression de fond océanique.
Une fois qu'un tremblement de terre est détecté dans un endroit spécifique, un système pourrait commencer à traiter des mesures en temps réel de la distribution des électrons dans l'ionosphère à partir de plusieurs stations au sol situées près de l'épicentre du séisme, à la recherche de changements pouvant être corrélés à la formation attendue d'un tsunami. Les mesures seraient recueillies et traitées par une installation de traitement centrale pour fournir des évaluations des risques et des cartes pour les événements sismiques individuels. L'utilisation de plusieurs types de données indépendants devrait contribuer à la robustesse du système.
"Nous espérons montrer qu'il est possible d'utiliser des mesures ionosphériques pour détecter les tsunamis avant qu'ils n'affectent les zones peuplées, " a déclaré Komjathy. " Cette approche ajoutera des informations supplémentaires aux systèmes existants, en complément d'autres approches. D'autres dangers peuvent également être ciblés à l'aide d'observations ionosphériques en temps réel, y compris les éruptions volcaniques ou les météorites."
Observer l'ionosphère, et comment le temps terrestre en dessous s'interface avec l'espace au-dessus, continue d'être un objectif important pour la NASA. Deux nouvelles missions, l'Explorateur de connexions ionosphériques et les Observations à l'échelle mondiale du membre et du disque, devraient être lancées d'ici début 2018 pour observer l'ionosphère, qui devrait à terme améliorer un large éventail de modèles utilisés pour protéger les humains au sol et les satellites dans l'espace.
