Vous ne remarquerez peut-être pas d'eau dans le sol sous vos pieds, mais il joue un rôle important pour vous garder en vie. Les plantes puisent l'eau du sol dans leurs racines et l'utilisent pour pousser. S'il n'y en a pas assez, la sécheresse qui en résulte peut avoir des impacts qui s'étendent à tous les approvisionnements en eau locaux, l'agriculture régionale et même les prix alimentaires internationaux. La mission GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) de la NASA a été le premier système satellitaire à mesurer directement les changements globaux de l'eau stockée sous terre dans les plus grands aquifères du monde. Suite GRACE, lancement prévu ce mois-ci, poursuivra cette tâche importante.

"Il n'y a vraiment pas de produits de télédétection qui soient équivalents aux données GRACE pour donner un instantané des conditions dans les aquifères profonds, " a déclaré Brian Wardlow, directeur du Center for Advanced Land Management Information Technologies de l'Université du Nebraska, Lincoln. Wardlow est familier avec la valeur de cette information pour comprendre la sécheresse. Il a travaillé au National Drought Mitigation Center (NDMC) à Lincoln lorsque les données originales de GRACE ont été incorporées pour la première fois dans les produits expérimentaux des cartes hebdomadaires U.S. Drought Monitor. Les cartes montrent l'humidité du sol à trois niveaux souterrains :les premiers centimètres du sol, les premiers pieds/un mètre de sol (la zone racinaire), et aquifères.

Les cartes U.S. Drought Monitor sont l'un des outils les plus importants du pays pour suivre la sécheresse aux États-Unis. Ils sont largement utilisés par les décideurs aux niveaux fédéral et étatique. Par exemple, le Farm Bill actuel des États-Unis désigne les classements de sécheresse comté par comté du Drought Monitor comme la norme pour juger de l'admissibilité à certains programmes fédéraux d'aide en cas de catastrophe.

Le climatologue Brian Fuchs du NDMC, l'un des membres de l'équipe de scientifiques qui ont rédigé les cartes de sécheresse, a expliqué que l'humidité du sol est mesurée de manière clairsemée sur le sol. "Certains États ont leurs propres réseaux [terrestres], mais les données sont inégales, et cela rend très difficile l'utilisation des produits dans une évaluation nationale, " dit-il. " GRACE couvre tout le pays, et cela nous aide à avoir une idée de l'endroit où se trouvent les zones humides et sèches."

Le NDMC a également pris en compte les données GRACE dans la production d'autres ressources NDMC telles que l'indice de réponse rapide à la sécheresse (QuickDRI), un projet soutenu par la NASA avec de multiples partenaires institutionnels. QuickDRI est un système d'alerte précoce pour les sécheresses éclair, qui se développent rapidement en cas de pertes d'humidité du sol dues aux vagues de chaleur et au manque de pluie. L'apparition d'une sécheresse éclair est difficile à détecter au niveau du sol, mais ses impacts sur l'agriculture peuvent être aussi durs que ceux d'une sécheresse saisonnière.

Introduire les données dans les cartes

Lors du lancement de GRACE en 2002, l'équipe scientifique savait que les données seraient utiles pour mesurer l'épuisement des grands aquifères. Cependant, la plupart des hydrologues ne connaissaient pas la mesure. L'une des rares exceptions était Matt Rodell, maintenant chef du laboratoire des sciences hydrologiques du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. Rodell avait récemment effectué sa recherche doctorale sur la façon dont les nouvelles données GRACE pourraient être utilisées pour surveiller les eaux souterraines.

GRACE-FO, comme GRÂCE, est conçu pour mesurer les changements d'attraction gravitationnelle résultant des changements de masse sur Terre. Plus de 99% de l'attraction gravitationnelle moyenne de la Terre ne change pas d'un mois à l'autre. C'est parce qu'il vient de la masse de la Terre solide elle-même - sa surface et son intérieur - et qui bouge rarement, ou se déplace très lentement. L'eau, d'autre part, se déplace continuellement presque partout :La neige tombe, les courants océaniques coulent, la glace fond et ainsi de suite. Alors que les satellites jumeaux GRACE-FO orbitent autour de la Terre, l'un suivant de près l'autre, les changements de masse ci-dessous modifient très légèrement la distance entre les deux satellites. L'enregistrement de ces changements est analysé pour créer des cartes mondiales mensuelles des changements et de la redistribution de la masse de la Terre près de la surface.

Étant donné que les techniques utilisées par GRACE enregistrent la variation totale de masse d'un mois à l'autre, pas si ce changement s'est produit au-dessus du sol, près de la surface dans le sol, ou bien en sous-sol, Rodell et Jay Famiglietti, maintenant au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, nécessaire de combiner les données GRACE avec des données météorologiques et autres pour séparer les changements des eaux souterraines des changements au-dessus du sol et près de la surface. Après plusieurs expériences avec les observations combinées, Rodell et Famiglietti ont pu pour la première fois isoler le signal d'un changement d'eau dans les aquifères à l'aide de données de télédétection.

Un autre obstacle entre GRACE et le suivi opérationnel de la sécheresse était une inadéquation entre les échelles temporelles et spatiales. Les produits de données GRACE ont été produits une fois par mois avec une résolution d'environ 115 miles carrés (300 kilomètres carrés). Les gestionnaires de l'eau ont besoin de nouvelles données tous les quelques jours pour suivre l'évolution de l'humidité du sol, et ils préféreraient l'avoir à l'échelle de leur comté, district ou une zone similaire plus petite. Rodell et son équipe à Goddard ont assimilé les données GRACE et un enregistrement à long terme des observations météorologiques telles que les précipitations, température et rayonnement solaire dans un modèle hydrologique de la NASA, appelé modèle de surface terrestre du bassin versant. C'est un modèle numérique des processus de l'eau et de l'énergie sur terre, développé pour la recherche sur le cycle mondial de l'eau. Avec des techniques sophistiquées de modélisation numérique et d'analyse de données, l'équipe Goddard a pu réduire les données GRACE, C'est, pour adapter ses plus grandes échelles de temps et d'espace pour "s'adapter" aux échelles plus fines du modèle.

L'équipe a généré des indicateurs de sécheresse expérimentaux à partir de données réduites chaque semaine de 2011 jusqu'à la fin de la mission GRACE en octobre 2017.

Regarder vers l'avant

Parce que la mission originale de GRACE s'est terminée après la fin de la saison de croissance l'automne dernier, NDMC's Fuchs said that its loss has not yet been strongly felt by the Drought Monitor mappers. "We would be looking for GRACE in the growing season, where soil moisture is pertinent to determining crops and vegetation, " he said. "In a couple more months, people will be asking, 'Where are these data?'"

Those people will most likely have their answer before the 2019 growing season, as GRACE Follow-On begins delivering monthly maps. Fuchs said, "If it's going to behave as GRACE did in the past, it will be a valuable asset."