Lorsque vous entendez des nouvelles sur la perte de glace du Groenland ou de l'Antarctique, un aquifère californien qui s'épuise, ou une nouvelle explication pour une oscillation dans la rotation de la Terre, vous ne réalisez peut-être pas que toutes ces découvertes peuvent s'appuyer sur les données d'une seule mission :l'expérience américano-allemande de récupération de la gravité et du climat (GRACE). données GRACE, collectés de 2002 à 2017 pendant que la mission était active, sont encore utilisées pour améliorer notre compréhension de l'eau en mouvement et de ses effets parfois surprenants sur notre planète. Un nouvel article rassemble des résumés nouvellement calculés et existants des principaux résultats générés par GRACE, mettant en valeur l'éventail des sujets que la mission a éclairés au fil des ans.

"L'eau est un signe important de la santé de la planète, " a déclaré Michael Watkins, le scientifique original du projet GRACE et maintenant directeur du Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA à Pasadena, Californie. "Mais l'eau est difficile à suivre sous certaines formes, par exemple, glace polaire ou eau stockée profondément sous terre. Nous devons comprendre ces composants aussi bien que nous comprenons l'eau dans ses formes les plus faciles à évaluer dans le monde entier. C'est ce que GRACE nous a permis de faire. » Les scientifiques ont utilisé cette connaissance accrue de la façon dont l'eau se déplace et est stockée sur Terre pour comprendre le climat mondial et son évolution.

Byron Tapley, Le chercheur principal original de GRACE et la force motivante derrière la mission (maintenant à la retraite de l'Université du Texas à Austin), est l'auteur principal du nouveau document. Intitulé « Contributions de GRACE à la compréhension du changement climatique » et publié dans la revue Nature Changement Climatique , il résume les derniers résultats et les nouvelles idées que GRACE a permises jusqu'à présent. L'article, qui couvre les aspects de la technique de mesure GRACE, les percées scientifiques et la pertinence pour les applications des services climatologiques, a été rédigé par une équipe distinguée d'experts GRACE. La plupart des auteurs ont contribué à la mission GRACE avant même son lancement et ont fait un travail révolutionnaire avec ses données.

Comment la mesure de la gravité révèle l'eau en mouvement

GRACE et son successeur, Suite GRACE, ont été conçus 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 tournaient autour de la Terre, l'un suivant de près l'autre, les changements de masse ci-dessous ont très légèrement modifié la distance entre les deux satellites. L'enregistrement de ces changements a été analysé pour créer des cartes mondiales mensuelles des changements et de la redistribution de la masse de la Terre près de la surface.

« Ce fut un défi d'écrire une revue représentative de huit pages des réalisations de GRACE, qui ont été documentés dans plus de 3, 000 publications à comité de lecture, " a déclaré Ingo Sasgen, Scientifique GRACE au Centre Helmholtz de recherche polaire et marine de l'Institut Alfred Wegener à Bremerhaven, Allemagne, qui a coordonné le nouveau journal. "Nous voulions dire à quel point la mission GRACE était vraiment unique et à quel point ses données sont importantes pour nous pour comprendre comment le changement climatique affecte l'eau stockée dans l'océan, la glace et sur les continents." Voici quelques exemples.

Groenland et Antarctique. Le document met à jour les études précédentes pour signaler que pendant la durée de vie de la mission GRACE, Le Groenland a perdu 258 gigatonnes de glace par an, dont le montant varie de plus de 50 % d'une année à l'autre, dans une large mesure en réponse aux températures pendant les mois d'été. "L'Arctique se réchauffe environ deux fois plus vite que la moyenne mondiale, avec la perte de masse de glace et l'élévation du niveau de la mer étant des conséquences majeures, " a déclaré Sasgen. "Avec GRACE, nous avons pu budgétiser chaque mois la perte massive de glaciers et de calottes glaciaires dans le monde. Ces données ont considérablement amélioré notre compréhension des processus en jeu dans ces zones reculées et leur sensibilité au changement climatique. » L'Antarctique a perdu 137 gigatonnes par an en moyenne, mais le taux annuel de perte variait de plus de 150 %, principalement en raison des fluctuations des chutes de neige. GRACE a également constaté que ces grandes fluctuations se produisent principalement dans l'Antarctique occidental et sont bien corrélées avec les événements El Niño, qui affectent la quantité de précipitations atteignant le continent.

Changements dans le stockage de l'eau sur la terre. GRACE a révélé que moins d'eau est maintenant stockée naturellement dans les régions terrestres des latitudes moyennes (c'est-à-dire, ces régions reçoivent moins de précipitations et deviennent plus sèches) et plus est stocké dans les régions de haute et basse latitude (c'est-à-dire, ces régions deviennent de plus en plus humides). Les modèles climatiques prédisent depuis longtemps que le changement climatique mondial entraînera cette tendance, les observations fournissent donc une confirmation précoce importante des modèles.

Le niveau de la mer monte. Le niveau de la mer a augmenté de plus de 3,7 centimètres par décennie en moyenne sur le globe de 2005 à 2016. Il y a deux causes principales à ce changement :le ruissellement de la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, et l'expansion de l'eau de l'océan elle-même à mesure qu'elle se réchauffe. En plus de surveiller les changements dans les calottes glaciaires et les glaciers, GRACE a pu détecter à quel point l'élévation du niveau de la mer était due à l'ajout d'eau autrefois emprisonnée dans la glace sur la terre ferme à l'océan. Les données montrent que cette source a augmenté tout au long de la mission et est actuellement responsable d'environ les deux tiers de l'élévation du niveau de la mer.

« GRACE a apporté un changement de paradigme dans notre vision de la façon dont les océans, les composants de l'atmosphère et de la surface terrestre interagissent, " dit Tapley. " A titre d'exemple, GRACE a montré que l'eau quittant les calottes polaires est égale à l'augmentation de la masse d'eau dans les océans, confirmant l'utilisation de cette mesure importante dans l'évaluation du stockage de la chaleur des océans."

Outre sa valeur pour la recherche, Tapley a souligné, « GRACE est également un atout important pour évaluer l'état de l'eau douce et aider à sa gestion. Pour améliorer les prévisions de crues pour l'Europe, le service européen de gravité pour une gestion améliorée des urgences utilise les données GRACE pour examiner les niveaux de saturation des sols des semaines avant la saison des inondations. Les chercheurs ont découvert que la connaissance de niveaux inhabituellement élevés de stockage d'eau souterraine peut augmenter jusqu'à six semaines le délai d'avertissement des crues maximales des rivières. Dans les situations où l'eau douce est rare, Les données GRACE prennent en charge le U.S. Drought Monitor, qui suit la sécheresse à travers les États-Unis et ses territoires et est largement utilisé par les gestionnaires aux niveaux fédéral et étatique

La valeur de GRACE pour la communauté scientifique a été reconnue au cours de ses deux premières années de fonctionnement, et la communauté a fortement recommandé que la mission se poursuive sans lacunes majeures dans les données. Pour y parvenir, La NASA et le Centre de recherche allemand pour les géosciences (GFZ) ont lancé un successeur, Suite GRACE, en mai 2018. GRACE-FO a terminé toutes ses phases de vérification et commencera bientôt à publier des cartes mensuelles des changements de masse sur Terre. « GRACE-FO nous permet de poursuivre l'héritage révolutionnaire de GRACE, " a déclaré Watkins. " Il y aura certainement des découvertes plus inattendues et innovantes à venir. "

GRACE a été mis en œuvre dans le cadre d'une mission conjointe de la NASA et du Centre aérospatial allemand. GRACE a été la première mission dirigée par un chercheur principal mise en œuvre dans le cadre du programme Earth System Pathfinder. L'équipe de mise en œuvre comprenait l'Université du Texas à Austin, JPL et le GFZ. JPL a géré la mise en œuvre et les opérations de la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. Caltech à Pasadena gère JPL pour la NASA.