A la fin des années 1990, le satellite météorologique NOAA-14 a erré dans le temps et l'espace, changeant apparemment le record du climat de la Terre au fur et à mesure.

Conçu pour une orbite synchronisée avec le soleil, L'orbite de NOAA-14 d'un pôle à l'autre devait traverser l'équateur à 13h30. du côté ensoleillé du globe et à 1h30 du côté obscur, 14 fois par jour. L'un des instruments qu'il transportait était une unité de sondage à micro-ondes (MSU), qui regardait le monde et collectait des données sur les températures dans l'atmosphère terrestre et sur la façon dont ces températures ont changé au fil du temps.

Au moment où NOAA-14 terminait sa vie utile en 2005, cependant, il s'était éloigné vers l'est de son orbite prévue jusqu'à ce qu'il franchisse l'équateur non pas à 1h30 mais vers 8h00. Cela a poussé son passage en début d'après-midi jusqu'à la nuit tombée et ses mesures au milieu de la nuit jusqu'à bien après l'aube.

Étant donné que les températures locales varient généralement entre 1h30 et 8h00, cela a introduit des changements de température parasites qui ont dû être calculés et supprimés des ensembles de données de température à long terme qui utilisent les données des instruments satellitaires.

La dérive a également modifié l'orientation du satellite par rapport au soleil, de sorte qu'au lieu que les instruments soient protégés de la lumière du soleil de manière cohérente, les rayons du soleil ont culminé dans des crevasses ouvertes et non protégées et dans d'autres endroits où la lumière intense du soleil pourrait influencer les capteurs. Il a réchauffé le MSU, ce qui l'a amené à regarder la moyenne troposphère de l'atmosphère (de la surface jusqu'à environ 40, 000 pieds) comme très légèrement plus chaud qu'il ne l'était en réalité par rapport à son temps de traversée initial de 1h30.

En utilisant les données des satellites météorologiques qui sont restés plus près de chez eux que NOAA-14, des scientifiques du Earth System Science Center (ESSC) de l'Université de l'Alabama à Huntsville (UAH) ont calculé combien de faux réchauffement NOAA-14 a été signalé afin que le faux réchauffement puisse être supprimé d'un enregistrement de la température atmosphérique mondiale à long terme recueilli par les MSU sur satellites depuis la mi-novembre 1978.

Les détails de cette recherche ont été publiés dans le Revue internationale de télédétection .

Le satellite errant est devenu un problème lorsque le Dr John Christy, directeur de l'ESSC de l'UAH et auteur principal de l'étude, et le Dr Roy Spencer, un chercheur principal de l'ESSC, mettaient à jour et révisaient l'ensemble de données de température mondiale par satellite de l'UAH. (La version 6.0 a été achevée en 2016.) Alors qu'ils savaient que NOAA-14 s'était éloigné de son chemin, un examen plus attentif a montré que le réchauffement signalé par la MSU sur NOAA-14 était en décalage avec les données de température collectées par les instruments d'autres satellites NOAA. Cela semblait être particulièrement vrai dans la moyenne troposphère tropicale.

NOAA-14 "dérivait plus que tout autre vaisseau spatial utilisé dans cet ensemble de données, " dit Christy.

"Nous regardions 39 ans d'une tendance de température, et ce satellite égaré a affecté la tendance d'environ 0,05 degrés Celsius (environ 0,09 ° F) par décennie, " a déclaré Christy. " Plus de 39 ans, ce serait un réchauffement total d'environ 0,2 C, ou plus d'un tiers d'un degré Fahrenheit. Et ce problème s'est produit, presque tout, dans les années 90 et au début des années 2000.

« Un élément de preuve important indiquant un problème avec le satellite NOAA-14 était son réchauffement par rapport au nouveau satellite NOAA-15 arrivé à la fin des années 1990, " a dit Christy.

Pour mesurer l'ampleur du problème après la finalisation de l'ensemble de données satellitaires UAH, l'équipe ESSC a commencé avec un sous-ensemble de ballons météorologiques américains qui n'avaient changé ni les instruments ni les logiciels pendant au moins une grande partie de la période pendant laquelle NOAA-14 était en orbite. Les ballons météo sont un outil utile pour comparer les données satellitaires, car les deux collectent les températures de la surface jusqu'aux couches profondes de l'atmosphère.

Lorsque les ballons américains ont montré moins de réchauffement que le MSU sur NOAA-14, Christy a élargi l'étude pour inclure un groupe de ballons météorologiques australiens qui n'avaient pas non plus changé d'instrument pendant la majeure partie du temps où NOAA-14 était en orbite.

"Cela nous a donné deux ensembles de données réputés qui sont largement séparés à la surface de la Terre, " a déclaré Christy. " Ensuite, nous avons également examiné les données homogénéisées de groupes indépendants qui corrigent les ensembles de données de ballons. "

Ces données de la NOAA, l'Université de Vienne et l'Université de Nouvelle-Galles du Sud ont été ajoutées aux données de trois autres groupes :le Centre européen de prévisions à moyen terme, le Japan Climate Research Group et la NASA, qui « réanalysent » les données météorologiques mondiales, corriger les défauts et les problèmes.

UAH a même créé son propre ensemble de données de ballons homogénéisés à partir de données brutes de ballons archivées par la NOAA, qui provenait de 564 stations à travers le monde.

"Nous avons essayé de comprendre la situation en inter-comparant avec autant d'individus, ensembles de données indépendants que possible, " a déclaré Christy. " Nous savons qu'aucun ensemble de données n'est parfait, la comparaison avec diverses sources est donc un élément clé de l'analyse des ensembles de données. Cela nous permet de cibler les endroits avec le plus grand écart. Nous avons trouvé la plus grande différence entre l'ensemble de données UAH et d'autres ensembles de données satellitaires - et même certains avec des ballons - a été trouvée dans les années 1990 et au début des années 2000, la période de NOAA-14."

Et NOAA-14 montrait plus de réchauffement que n'importe quel ensemble de données de ballons, ainsi que plus de réchauffement que NOAA-12 ou NOAA-15, dont chacun chevauchait NOAA-14 à un moment donné au cours de son temps en service. Ils ont également comparé les données de température de NOAA-15 aux données du satellite AQUA stabilisé en orbite de la NASA.

Lorsque l'équipe UAH, dirigé par Spencer, Christy et W. Daniel Braswell, construit l'ensemble de données UAH version 6.0 en 2016, ils ont fait par hasard deux choses qui ont limité l'influence de la dérive.

"D'abord, nous avons arrêté d'utiliser NOAA-14 en 2001, quand il a dérivé vers 17 heures, " Christy a déclaré. " À notre avis, c'était tout simplement trop de dérive pour avoir confiance qu'une correction précise pourrait être trouvée."

Ils ont également appliqué un algorithme minimisant les différences entre les satellites, supprimant en grande partie la dérive de NOAA-14 par rapport aux autres satellites.

Cela a entraîné une tendance à long terme au réchauffement de la moyenne troposphère dans les tropiques d'environ 0,082 C (environ 0,15° F) de la fin de 1978 à 2016. Cela se compare bien à la tendance de +0,10 C (± 0,03 C) par décennie trouvée par d'autres sources qui n'étaient pas exclusivement satellitaires.

La façon dont UAH a construit son ensemble de données et pris en compte ces problèmes est unique parmi les quatre principaux ensembles de données de température satellitaires. Les trois autres ensembles de données incluent toujours toutes les données NOAA-14 et montrent des tendances de réchauffement supérieures à la tendance indiquée dans l'ensemble de données UAH.

D'autres ensembles de données de température uniquement satellitaires signalent des tendances de réchauffement de la mi-troposphère tropicale allant de +0,13 à +0,17 C par décennie.

"Ne s'en rendant pas compte à l'époque, les méthodes que nous avons utilisées pour créer l'ensemble de données le plus récent semblent avoir résolu un écart mis en lumière par cette étude d'intercomparaison, " a dit Christy.

Remarque :il ne s'agit pas des données de la basse troposphère ou de la tendance au réchauffement à long terme rapportées chaque mois depuis plus de 27 ans dans le rapport sur la température mondiale de l'UAH. La basse troposphère s'étend de la surface de la Terre jusqu'à une altitude d'environ huit kilomètres (plus de 26, 000 pieds).

Parce que la plupart des satellites en orbite terrestre basse ont tendance à s'écarter quelque peu de leurs orbites prévues, les nouveaux satellites météorologiques en orbite polaire de la NOAA dont le lancement est prévu dans les années à venir transporteront le carburant supplémentaire nécessaire pour les garder plus près de chez eux tout au long de leur séjour dans l'espace.