Les drones et autres technologies sans pilote peuvent collecter de manière rentable des données météorologiques dans des environnements difficiles ou éloignés et contribuer à de meilleurs modèles météorologiques et climatiques, selon une nouvelle étude des chercheurs du CIRES et de la NOAA. Les aéronefs sans pilote et les ballons captifs porteurs d'instruments aident à combler les lacunes de données critiques sur les surfaces difficiles à échantillonner dans l'Arctique, y compris la glace de mer nouvellement formée et la toundra partiellement gelée.

« Nous montrons que nous avons la capacité de déployer régulièrement des avions sans pilote et des systèmes de ballons captifs dans un environnement très difficile pour des campagnes de terrain ciblées. Nous soutenons également les efforts de développement pour mettre ces technologies à la disposition de la communauté scientifique au sens large, " dit Gijs de Boer, un chercheur du CIRES travaillant au Laboratoire de recherche sur le système terrestre de la NOAA et auteur principal de l'article, publié le 29 juin dans le Bulletin de la Société météorologique américaine .

Communautés, entreprises, et les gouvernements du monde entier ont besoin de prévisions météorologiques et climatiques précises et opportunes pour la planification et la sécurité. L'une des clés de l'amélioration des modèles de prévision consiste à obtenir des données supplémentaires, en particulier dans les régions éloignées comme l'Arctique. Cette recherche, une collaboration entre les scientifiques du CIRES et de la NOAA, avec le Département de l'énergie des États-Unis (DOE) et des partenaires universitaires, a été conçu pour déterminer si les drones et autres technologies sans pilote peuvent compléter et améliorer les méthodes plus conventionnelles de collecte de données atmosphériques.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs constatent que les systèmes d'avions sans pilote et de ballon captif, collectivement appelés systèmes d'avions sans pilote ou UAS, peuvent aider à combler les lacunes en matière de données et sont bien adaptés aux vols de routine dans l'Arctique. Et en raison du travail effectué par l'installation utilisateur de mesure du rayonnement atmosphérique (ARM) du DOE, en partenariat avec de Boer et ses collègues pour développer ces technologies sans pilote de pointe, ARM accepte désormais les propositions de scientifiques de l'atmosphère pour déployer des UAS sur leurs sites de recherche.

Depuis 1997, l'installation utilisateur ARM a collecté des mesures de nuages, aérosols, état atmosphérique, et le rayonnement à leur observatoire du versant nord de l'Alaska près d'Utqiaġvik (anciennement Barrow). Des mesures supplémentaires ont été prises à Atqasuk (environ 60 milles à l'intérieur des terres d'Utqia ?vik) et Oliktok Point (un autre site côtier, 165 milles au sud-ouest d'Utqiaġvik). Ces mesures basées sur des observatoires ont aidé les scientifiques à mieux comprendre le système naturel de l'Arctique.

Lorsqu'il est au sol, les instruments fixes prennent des mesures, ces observations sont limitées à cet emplacement ou au champ de vision d'un instrument de balayage. Les aéronefs sans pilote ou les ballons captifs peuvent prendre des mesures sur des zones beaucoup plus vastes. Reconnaissant le potentiel des observations UAS, le DOE a favorisé l'accélération des déploiements scientifiques d'UAS sur le terrain dans l'Arctique à partir de 2015.

« La surface autour des sites du versant nord d'ARM est très hétérogène, les informations que ces technologies peuvent fournir sont donc extrêmement précieuses pour comprendre quel impact la surface variée a sur les propriétés atmosphériques, " dit James Mather, Directeur technique ARM.

Dans une série de campagnes, de Boer et ses collègues ainsi que des membres du personnel d'ARM ont piloté divers aéronefs sans pilote, et le personnel ARM du laboratoire national Sandia a lancé des ballons captifs, démontrant des capacités de mesure de plus en plus avancées et miniaturisées, y compris le spectromètre de particules optiques imprimé de la NOAA, ou POPS—tout en étendant les opérations à des conditions arctiques plus difficiles. Ensemble, ces UAS fournissent des profils détaillés des propriétés atmosphériques, y compris la thermodynamique, les vents, radiation, aérosols, microphysique des nuages, qui fournissent une compréhension plus complète de la basse atmosphère de l'Arctique.

Parce qu'ils sont pris in situ, ou à l'endroit d'intérêt, les mesures atmosphériques prises avec des systèmes d'aéronefs sans pilote peuvent mieux représenter les conditions locales, et l'alimentation de ces observations dans les modèles météorologiques ou climatiques rend les modèles plus précis. "Avec des ballons et des avions sans pilote, nous obtenons une perspective différente, " a déclaré de Boer. "Nous pouvons couvrir de plus grandes surfaces et obtenir une distribution, par exemple, de la variabilité de la température autour d'un site. Avec les UAS, nous pouvons échantillonner à travers la boîte de grille d'un modèle au lieu d'un seul point, et c'est important pour le développement du modèle."

En plus de ses recherches sur l'Arctique, de Boer est l'organisateur du rassemblement annuel de cette année d'une communauté internationale utilisant des UAS pour la recherche atmosphérique connue sous le nom d'ISARRA, abréviation de l'International Society for Atmospheric Research using Remotely piloted Aircraft. Suite à une conférence d'une semaine à l'Université du Colorado à Boulder, plus d'une centaine de scientifiques, ingénieurs et pilotes d'avion se regrouperont pour une semaine de vols scientifiques dans la vallée de San Luis, dans le sud du Colorado.

De Boer, avec le CIRES, NOAA, et collègues de l'ARM, retournera sur le versant nord de l'Alaska plus tard cet été pour une autre campagne sur le terrain. Dans le cadre de l'Année de prévision polaire de l'Organisation météorologique mondiale et du Programme mondial de recherche sur le climat, les chercheurs utiliseront des avions sans pilote et des ballons captifs pour observer et modéliser la basse atmosphère arctique sur le site du DOE Oliktok Point. Ils font également équipe avec l'Université d'Alaska Fairbanks et des partenaires pour prendre des mesures UAS au-dessus de l'océan Arctique afin de mieux comprendre comment le vent influence le mélange océanique.