Les courants et les vents océaniques forment une boucle de rétroaction sans fin :les vents soufflent à la surface de l'océan, y créant des courants. À la fois, l'eau chaude ou froide de ces courants influence la vitesse du vent.

Cette danse délicate est cruciale pour comprendre le changement climatique de la Terre. La collecte de données sur cette interaction peut également aider les gens à suivre les déversements de pétrole, planifier les routes de navigation et comprendre la productivité des océans par rapport aux pêches.

Des instruments existent déjà pour mesurer les courants océaniques, et d'autres qui mesurent le vent, tels que QuickScat et RapidScat de la NASA. Mais un nouveau, instrument radar aéroporté développé par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, est capable de mesurer les deux.

Appelé DopplerScat, l'instrument est un radar en rotation qui "pique" la surface de l'océan, lui permettant de prendre des mesures dans plusieurs directions à la fois. C'est une avancée par rapport à la technologie précédente, qui pourrait mesurer simultanément le courant d'une ou deux directions au maximum, et n'a pas pu mesurer les propriétés de la surface de la mer aussi complètement que ce nouvel instrument.

Ces mesures feraient de DopplerScat un complément précieux aux futures missions satellitaires, dit Ernesto Rodriguez, responsable scientifique de l'instrument au JPL.

« DopplerScatt nous offre une observation simultanée sans précédent du vent et des courants, ", a déclaré Rodriguez. "Parce qu'il combine des observations de la surface sur une large bande, nous pouvons maintenant prendre un instantané haute résolution de l'océan et de l'atmosphère en interaction qui n'était pas disponible avec les instruments précédents."

DopplerScatt a été développé au JPL avec le financement du Earth Science Technology Office de la NASA. Comme avec le fusil de vitesse d'un patrouilleur routier, il calcule l'effet Doppler d'un signal radar rebondissant sur un objet. Au fur et à mesure que cet objet se rapproche ou s'éloigne, il détecte ces changements et calcule sa vitesse et sa trajectoire. Ces mesures sont combinées avec les données d'un diffusomètre, qui détecte la réflexion du signal radar de la surface de l'océan. Plus le radar observe de "diffusion", plus les vagues sont agitées. De la rugosité et de l'orientation des vagues, la vitesse et la direction du vent peuvent être calculées.

Bien qu'il ait été testé sur deux sites de terrain en 2016, DopplerScatt a trouvé son terrain d'essai idéal en avril dernier, lorsque l'équipe DopplerScatt a rejoint plusieurs agences menant des recherches scientifiques au large de la côte américaine du golfe.

L'initiative, appelée campagne Submesoscale Processes and Lagrangian Analysis on the Shelf (SPLASH), était axé sur le suivi des déversements et des fuites de pétrole. Il a été piloté par le Consortium de Recherche Avancée sur le Transport des Hydrocarbures dans l'Environnement (CARTHE), une équipe de recherche qui se concentre sur la façon dont ces fuites affectent l'environnement.

SPLASH a été conçu pour examiner comment le pétrole dérive dans le golfe du Mexique, atterrissant sur les plages ou affectant la qualité de l'eau à l'embouchure du fleuve Mississippi. Les recherches de l'équipe CARTHE se sont appuyées sur des "drifters" - des flotteurs en forme de beignet avec des unités GPS attachées.

Le laboratoire de recherche naval des États-Unis, membre de l'équipe CARTHE, a fourni une modélisation informatique à haute résolution pour prédire les courants et où les dériveurs iraient.

Entrez dans l'équipe DopplerScatt du JPL. Rodriguez et la chercheuse principale Dragana Perkovic-Martin ont vu une opportunité de prouver la valeur de la technologie JPL. Ensemble, les dériveurs et la modélisation pourraient fournir une validation indépendante des mesures de DopplerScatt, tout en offrant son propre jeu de données unique.

Les bouées dérivantes sont limitées dans la mesure où elles ne collectent que des données océaniques, et le faire dans des régions clairsemées au fil des jours. DopplerScatt, fixé au fond d'un avion King Air B200, collecté des données océaniques et éoliennes sur de vastes zones en un seul survol. Il a brossé un tableau à grande échelle tout en validant les modèles informatiques de la Marine.

"C'était essentiellement la première validation à grande échelle que nous ayons faite, " a déclaré Perkovic-Martin. " L'équipe CARTHE a utilisé nos données pour décider où placer leurs bouées dérivantes. À l'avenir, nous utiliserons leurs données et ils utiliseront les nôtres pour améliorer la modélisation."

"Nous avons pu étudier le vent et le courant dans toutes les directions sur 16 miles (25 kilomètres), " Rodriguez a dit. " Si vous agrandissez ceci à l'espace, au lieu de couvrir la Terre une fois par semaine, nous pouvons le couvrir une fois par jour."

Ce type de précision offre plus qu'un simple suivi en temps réel des catastrophes environnementales, comme les marées noires. Cela pourrait conduire à de meilleures prévisions de l'endroit où ce pétrole dérivera et des régions côtières les plus à risque. Plus fondamentalement, cela pourrait accroître notre compréhension des mécanismes importants qui régissent le temps et le climat de la Terre.

Cela pourrait également profiter aux routes maritimes, qui reposent en grande partie sur les mesures actuelles des bouées.

« La capacité de cartographier les courants d'une région côtière en haute résolution serait essentielle pour des régions comme l'Alaska, où les courants au large d'une côte déchiquetée sont forts et changent rapidement, ", a déclaré Rodriguez.

Maintenant que l'instrument a été validé, Perkovic-Martin a dit, DopplerScatt est disponible pour les futures missions scientifiques aéroportées de la NASA.

QuickScat lancé en 1999. Malgré une défaillance partielle de l'instrument en 2009, il continue de fournir des données d'étalonnage aux partenaires internationaux des missions satellitaires du diffusiomètre. RapidScat a mis fin à deux années de surveillance réussie des vents océaniques à bord de la Station spatiale internationale en 2016.