Une nouvelle étude utilise des CubeSats pour mesurer les changements à court terme dans les lacs de l'hémisphère nord. La région d'étude comprend (dans le sens des aiguilles d'une montre en commençant en haut à gauche) :le delta du fleuve Mackenzie, Territoires du nord-ouest, Canada; Bouclier canadien, au nord de Yellowknife, Territoires du nord-ouest, Canada; Plaines du Yukon, l'Alaska et la péninsule de Tuktoytaktuk, Territoires du nord-ouest, Canada. Crédit :Planète
À l'aide d'une armée de petits satellites, les chercheurs ont montré que les niveaux d'eau dans les petits lacs du nord du Canada et de l'Alaska sont beaucoup plus variables pendant l'été qu'on ne le pensait auparavant. Les résultats, Publié dans Lettres de recherche géophysique , pourrait avoir des répercussions sur la façon dont les scientifiques calculent les émissions naturelles de gaz à effet de serre de ces lacs nordiques.
L'étude a utilisé des images prises par un réseau de plus de 150 CubeSats - de petits satellites de la taille de boîtes à chaussures - qui ont fait des observations presque quotidiennes de plus de 85, 000 petits lacs nord-américains durant l'été 2017. Les images ont permis aux chercheurs de voir comment les lacs ont changé au fil du temps. Ils ont trouvé des changements de rivage petits mais significatifs dans des lacs individuels qui totalisaient des centaines de kilomètres carrés de changement de superficie de lac dans la région d'étude.
"Il y a eu beaucoup de recherches sur les changements climatiques dans la région du lac, mais il est principalement axé sur les changements à long terme, " a déclaré Sarah Cooley, un doctorat étudiant à l'Université Brown et auteur principal de l'étude. "C'est la première fois que quelqu'un regarde à petite échelle, changements à court terme, et nous avons constaté qu'il y a beaucoup plus de variabilité au cours d'une saison que prévu."
La zone d'étude comprend une large bande de toundra arctique et de forêt boréale, un biome qui entoure l'hémisphère nord de la Terre dans une bande d'environ 50 à 70 degrés de latitude nord. La région abrite des écosystèmes forestiers et de toundra essentiels ainsi que la plus forte densité de lacs de la planète, comprendre son hydrologie est donc scientifiquement important. L'une des raisons à cela est que les lacs boréaux sont une source importante d'émissions naturelles de gaz à effet de serre. Leurs sédiments contiennent des tonnes de carbone organique, qui s'imprègne du paysage environnant. Une partie de ce carbone se décompose ensuite et est émis dans l'atmosphère sous forme de gaz à effet de serre de dioxyde de carbone et de méthane.
Cette nouvelle découverte de fluctuation substantielle du littoral en été a des implications sur la façon dont les scientifiques calculent ces émissions, disent les chercheurs. C'est parce que les zones côtières où l'eau monte et descend d'une saison à l'autre sont des points chauds connus pour la production et l'émission de gaz à effet de serre. Mais les estimations des émissions des lacs supposent généralement que les rives sont stables au cours de chaque saison. La découverte d'une fluctuation surprenante du littoral au cours de la saison, disent les chercheurs, suggère que les modèles d'émissions actuels des lacs boréaux pourraient être sous-estimés.
"Un littoral fluctuant va émettre plus de carbone qu'un littoral stable, " Cooley a dit. " Ces fluctuations à court terme, que personne n'avait jamais cartographié auparavant, suggèrent que ces lacs émettent potentiellement plus de gaz que les gens ne le pensaient. »
Une autre découverte qui a surpris l'équipe de recherche était la grande importance globale des fluctuations du littoral sur l'ancien Bouclier canadien, un rocher, paysage humide du centre du Canada où des millions de petits lacs couvrent 20 pour cent du paysage.
« Les études précédentes supposaient que les lacs de cette région étaient relativement stables, " a déclaré Laurence C. Smith, co-auteur de l'étude et chef de projet pour l'expérience de vulnérabilité arctique-boréale de la NASA, qui a contribué au financement de l'étude. "À notre surprise, la haute résolution, L'imagerie à haute fréquence offerte par CubeSats a révélé que les petites fluctuations du rivage dans cette région riche en lacs totalisent des nombres impressionnants. »
Dans tout, l'étude a exploré quatre sous-régions de l'Arctique et du sous-Arctique nord-américains et a trouvé que le Bouclier canadien, peu étudié, était le plus dynamique de tous, avec environ 1,4 pour cent de son paysage inondé de façon saisonnière par de petites fluctuations du niveau des lacs.
Une nouvelle étude montre que les lacs du nord du Canada et de l'Alaska sont beaucoup plus dynamiques pendant l'été que les chercheurs ne l'avaient pensé. L'animation montre l'évolution de la superficie du lac au fil du temps dans les plaines du Yukon en Alaska. Crédit :Sarah Cooley
Big Data, petits satellites
Un autre point à retenir de l'étude, Cooley dit, est qu'il montre la puissance des CubeSats pour acquérir des données que les plus gros satellites ne peuvent pas collecter.
"Ce qui me passionne le plus d'un point de vue scientifique, c'est la possibilité d'utiliser cette nouvelle imagerie CubeSat, " Cooley a dit. " Nous n'aurions pas pu faire ces observations sans les CubeSats, et ici, nous montrons qu'il est possible d'extraire de précieuses informations scientifiques à partir de ces images."
Les grands satellites des agences spatiales ornés d'instruments scientifiques sensibles peuvent recueillir toutes sortes d'informations, mais ne faites tout simplement pas assez de passes au-dessus pour détecter les changements qui se produisent sur de courtes périodes de temps. Et les satellites qui passent quotidiennement n'ont pas la résolution de la caméra pour faire des observations à petite échelle de la région du lac.
Les CubeSats, récemment lancé par une société appelée Planet, a proposé une solution potentielle. La société exploite plus de 150 satellites, qui orbitent autour de la Terre dans un arrangement qui leur permet d'imager toute la masse continentale de la Terre chaque jour alors que la planète tourne sous eux. Et tandis que les minuscules satellites manquent d'équipements scientifiques sophistiqués, ils ont des caméras haute puissance capables de capturer des images avec une résolution de 3 mètres.
Mais les données CubeSat présentent des défis uniques, dit Cooley. Par exemple, les données de localisation des CubeSats ont tendance à ne pas être aussi précises que celles des satellites des agences spatiales. Et les images CubeSat manquent de filtres qui les rendent plus faciles à analyser. Les données satellitaires de la NASA ou de l'Agence spatiale européenne (ESA) sont filtrées pour éliminer les images prises par temps nuageux ou d'autres images de mauvaise qualité.
Cooley a donc dû concevoir son propre système pour compenser ces problèmes. Pour l'étude, elle a formé un algorithme d'apprentissage automatique pour repérer les modèles de données anormaux et les jeter. Par exemple, les cas dans lesquels un lac disparaît soudainement en une journée pour revenir à la vue quelques jours plus tard sont très probablement dus à la couverture nuageuse ou à des observations erronées, pas une véritable disparition du lac. L'algorithme pourrait signaler de telles instances et les supprimer des données.
En utilisant cet algorithme, Cooley et ses collègues ont pu passer au crible plus de 25 téraoctets de données CubeSat. Cooley dit qu'elle s'attend à ce que des résultats plus intéressants en sciences de la terre proviennent de CubeSats dans les années à venir.
"Je vois cela comme le début d'une nouvelle période en télédétection, en ce que soudain toutes sortes d'observations terrestres qui n'étaient peut-être pas possibles auparavant deviendront possibles avec ces petits, satellites simples, " a déclaré Cooley.
