Le 18 novembre, 2017, la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et la NASA ont lancé le Joint Polar Satellite System, le premier d'une série avancée de satellites météorologiques en orbite polaire.

Le nouveau satellite, nommé NOAA-20 après son lancement, poursuit un héritage consistant à fournir aux scientifiques et aux citoyens du monde entier un accès gratuit aux données météorologiques qu'il collecte, sans restrictions ni cryptage.

Depuis des décennies, la communauté mondiale des satellites météorologiques a opéré dans le cadre d'une politique de partage libre des données. Il représente une philosophie et un modèle de coopération d'abord promus par les États-Unis et adoptés par les agences satellites mondiales, qui perdurent indépendamment des convictions politiques ou nationales.

C'est aussi un héritage et une philosophie dont les racines remontent à des décennies jusqu'au Centre des sciences et de l'ingénierie spatiales de l'Université du Wisconsin-Madison et au Cooperative Institute for Meteorological Satellite Studies.

« Nous, à la SSEC et au CIMSS, sommes très fiers de notre rôle dans l'établissement et la promotion de cette approche communautaire mondiale pour mieux comprendre et prévoir le temps et le climat, ", explique Liam Gumley, scientifique de la SSEC.

Meilleures prévisions avec NOAA-20

Au début des années 1980, les scientifiques de la SSEC ont développé certains des premiers outils logiciels pour traiter les données des instruments de la première série de satellites en orbite polaire de la NOAA connue sous le nom de TIROS.

Aujourd'hui, Gumley est spécialisé dans la réception et le traitement de données provenant de satellites comme NOAA-20 à l'usage de tous, des autres chercheurs et météorologues au grand public.

Le satellite NOAA-20 a été conçu pour faire le tour de la planète 14 fois par jour. Depuis son orbite basse à un peu plus de 500 milles au-dessus de la Terre, il collecte des données haute résolution en bandes consécutives pour construire une image de la planète deux fois par jour.

Le satellite rejoint son prédécesseur, Suomi NPP (du nom du fondateur de la SSEC, feu le professeur Verner Suomi), ainsi que des satellites exploités par d'autres pays, en réalisant des mesures importantes de l'environnement terrestre, formant la colonne vertébrale du système mondial d'observation en fournissant des informations détaillées sur l'état de l'atmosphère de la planète, terre et océans.

Gumley et son équipe, d'autres scientifiques de la SSEC, et les scientifiques du monde entier utilisent les données de la NOAA-20 de trois manières distinctes :pour améliorer les prévisions; aider à la prise de décision en temps réel; et analyser les processus environnementaux mondiaux sur de plus longues périodes.

Améliorer les prévisions est primordial pour des scientifiques comme Gumley, qui note que tandis que les ballons météo, avion, les instruments au sol et d'autres sources fournissent des données qui alimentent les modèles de prévision météorologique, "de loin, la source de données la plus importante est les données satellitaires, " il dit.

Les données de ces satellites, qui ont tous des capteurs infrarouges et micro-ondes à bord, sont cruciales pour la prévision numérique du temps (NWP) au cœur des prévisions américaines, qui exploite la puissance des ordinateurs pour exécuter des algorithmes qui traitent des quantités massives de données satellitaires.

Rendre les données satellitaires accessibles

Les données de tous les satellites environnementaux géostationnaires et en orbite polaire des États-Unis sont stockées dans les archives CLASS de la NOAA (Comprehensive Large Array-Data Stewardship System) dans les 10 heures suivant leur collecte. Tout le monde peut visiter CLASS et télécharger ces données.

Cependant, ceux qui ont un intérêt ou ont besoin d'obtenir les données plus tôt - comme les agences météorologiques à des fins de prévision - peuvent installer une antenne et du matériel spécifique pour recevoir les données en temps réel, directement du satellite. Quelques minutes après la numérisation sur le satellite, ces données de diffusion directe sont transmises aux récepteurs ci-dessous.

Dans les pays développés, où l'acquisition et l'exploitation de l'équipement approprié pour recevoir et traiter directement les données peuvent être d'un coût prohibitif, Gumley dit que pour moins de 1 $, 000, ils peuvent acheter une petite antenne ou un ordinateur pour recevoir les rediffusions d'une autre source.

Pour NOAA-20, l'agence satellitaire européenne EUMETSAT ou NOAA peut recevoir et traiter les données, liaison montante vers un satellite de télécommunications, puis le renvoyer sur un signal similaire à celui d'une télévision numérique.

La rediffusion ne se fait pas directement au SSEC, Gumley dit, mais le centre assiste EUMETSAT avec certaines des données pour les rediffuser sur l'Europe dans le cadre d'un système appelé EUMETCast.

"C'est gratifiant de voir que tout l'argent, l'expertise et le travail acharné nécessaires à la construction de ces systèmes aboutissent à quelque chose qui est partagé pour le bien mondial, " dit Gumley.

Connecter les décideurs aux données satellitaires

Les données de satellites comme NOAA-20 jouent également un rôle clé dans la prise de décision, surtout quand le temps presse. Des scientifiques comme Gumley sont essentiels à cette entreprise.

Les services de données satellitaires du SSEC ingèrent et archivent les données quotidiennes de nombreux satellites. Avec un accès quasi immédiat, Gumley et ses collègues peuvent visualiser et analyser les flux de données et les images satellitaires en 15 minutes ou moins.

En réalité, son équipe a développé une suite logicielle appelée Community Satellite Processing Package (CSPP) qui peut être téléchargée à partir du site Web du programme, sans frais ni restriction, visant à soutenir le processus de prise de décision aux États-Unis et à le rendre plus économique pour les autres pays.

Dans le cadre d'un effort communautaire, Le SSEC et les sites partenaires ont développé des produits CSPP qui convertissent les signaux satellites numériques en informations utilisables. Les produits peuvent être utilisés pour détecter les incendies, obtenir des informations sur la température et la vapeur d'eau, évaluer la végétation et plus encore. Les données peuvent aider à la prévision météorologique et à la réponse aux catastrophes.

L'immédiateté qu'il offre aux utilisateurs, comme le service météorologique national de la NOAA, leur permet d'évaluer rapidement les situations pouvant affecter la sécurité publique. Par exemple, la bande jour/nuit VIIRS sur NOAA-20 peut détecter le brouillard nocturne dans les vallées. Si un brouillard de faible niveau recouvre une autoroute très fréquentée, les prévisionnistes peuvent rapidement informer la patrouille routière de l'État ou d'autres organismes compétents pour alerter les conducteurs d'une visibilité réduite.

Ou, note Gumley, « les incendies peuvent être repérés à partir d'images satellites, trop. Si nous voyons un incendie à une latitude et une longitude particulières, nous pouvons informer les agences de protection contre les incendies afin qu'elles puissent envoyer du personnel. »

Les chercheurs utilisent également ces données pour étudier les processus mondiaux sur une longue période (20 à 30 ans) afin de déterminer les tendances climatiques. Par exemple, les scientifiques ont déjà déterminé que les nuages ​​sont une variable importante dans le bilan radiatif mondial. Pour aujourd'hui, dit Gumley, la question est :« Est-ce que nous voyons des nuages ​​plus ou moins hauts à cause du changement climatique ?

NOAA-20 poursuivra ces observations et d'autres types d'observations collectées et archivées à partir des générations précédentes de satellites au cours des 25 dernières années, ce qui rend l'identification des tendances plus fiable.

En outre, Le groupe de Gumley fait partie de l'équipe au sol chargée de caractériser les données de la NOAA-20 pour leur exhaustivité, validité, précision et cohérence. À compter de trois jours après le lancement, et alors que les capteurs à bord du vaisseau spatial étaient allumés, son équipe a travaillé avec la NASA et la NOAA pour assurer l'intégrité de plusieurs téraoctets de données chaque jour.

"Maintenant que la NOAA a donné son feu vert, " dit Gumley, « nous le fournissons aux centres de prévision numérique du temps afin qu'ils puissent commencer à évaluer les données NOAA-20, trop."

Remontant à la centrale nucléaire de Suomi et s'étendant à la NOAA-20, SSEC continue également d'être impliqué dans un contrat avec la NASA pour créer des produits atmosphériques qui soutiennent l'étude du climat à long terme, appelé Science Investigator-led Processing Systems (SIPS). C'est le seul des six groupes impliqués dans le développement de SIPS qui est basé en dehors de la NASA.

Pour Gumley, il est gratifiant de travailler au sein d'une collaboration mondiale où, malgré des environnements et des emplacements différents, tout le monde reçoit les mêmes données et souhaite les utiliser pour améliorer les prévisions et étudier les conditions environnementales.

« Il n'y a pas que les États-Unis, mais à cause de son exemple, tous les grands opérateurs de satellites y participent, " il dit.