La fumée des incendies de forêt extrêmes sur la côte ouest des États-Unis en septembre 2020 a parcouru plusieurs milliers de kilomètres jusqu'en Europe centrale, où il a continué à affecter l'atmosphère pendant des jours après. Une comparaison des mesures au sol et par satellite montre maintenant :L'aérosol des incendies de forêt a perturbé la troposphère libre au-dessus de Leipzig en Allemagne comme jamais auparavant. Une évaluation par une équipe de recherche internationale dirigée par le Leibniz Institute for Tropospheric Research (TROPOS) a révélé une épaisseur optique extraordinaire le 11 septembre 2020, qui a atténué la lumière du soleil d'un tiers. L'étude, Publié dans Lettres de recherche géophysique, est la première publication à montrer que le nouveau satellite Aeolus de l'ESA peut non seulement mesurer de manière fiable les profils de vent mondiaux, mais aussi les aérosols dans l'atmosphère, comme cela a été montré en comparant les mesures d'Aeolus avec les mesures lidar depuis le sol. Le Centre National de Recherches Météorologiques (CNRM) de l'Université de Toulouse, le Centre aérospatial allemand (DLR) et l'Agence spatiale européenne (ESA) ont participé à l'étude.

Depuis août 2018, un nouveau type de satellite de recherche est en orbite autour de la Terre, nommé d'après un dieu grec du vent, Aeolus. L'objectif d'Aeolus est de mesurer activement le vent depuis l'espace et ainsi d'améliorer les prévisions météorologiques. A bord de ce satellite de l'Agence spatiale européenne (ESA) se trouve l'instrument Atmospheric Laser Doppler (ALADIN), un laser haute performance. ALADIN est le premier instrument dans l'espace capable de mesurer activement les profils verticaux de la vitesse du vent. Il utilise le principe d'un radar lumineux (abrégé :Lidar de « LIght Detection And Ranging »). Un signal est émis et la réflexion fournit des informations sur l'emplacement et la distance. L'effet Doppler est ensuite utilisé pour mesurer la vitesse du vent à différentes hauteurs dans l'atmosphère.

Pour valider les mesures laser dans l'espace, elles sont comparées à des mesures laser depuis le sol. Plusieurs groupes de recherche allemands sont impliqués dans cet effort dans le cadre de l'initiative EVAA (Experimental Validation and Assimilation of Aeolus observations). TROPOS, par exemple, mesures avec ses appareils lidar tous les vendredis soirs et dimanches matins lorsque le satellite Aeolus survole Leipzig. Les données du sol et de l'espace peuvent alors être comparées. Le 11 septembre 2020, il en est résulté la rare constellation que l'extraordinaire panache de fumée des incendies de forêt californiens pouvait être mesuré au-dessus de Leipzig simultanément depuis le sol et depuis l'espace.

"En utilisant la technologie laser révolutionnaire, Aeolus est actuellement le seul satellite au monde capable de mesurer indépendamment les profils de vitesse du vent horizontal ainsi que la rétrodiffusion et l'extinction des aérosols et des nuages. Le satellite fournit ainsi de précieuses informations sur les propriétés radiatives de ces aérosols de fumée, " souligne le Dr Sebastian Bley de TROPOS, qui a participé au projet Aeolus au centre de recherche ESRIN de l'Agence spatiale européenne (ESA) au cours des trois dernières années. "On s'attend à ce que cette configuration unique contribue à améliorer les prévisions d'une telle dispersion globale de la fumée, mais aussi des conditions météorologiques en général."

En septembre 2020, la chaleur des incendies de forêt extrêmes sur la côte ouest des États-Unis a transporté la fumée à haute altitude. Une fois en haut, il a ensuite été transporté par le courant-jet à travers l'Amérique du Nord et l'Atlantique jusqu'en Europe. A Leipzig, Allemagne, la couche de fumée est apparue à une altitude d'environ 12 kilomètres le matin du 11.09.2020 et a coulé à une altitude d'environ 5 kilomètres au cours de la journée. C'est ce que montrent les données du lidar PollyXT de TROPOS. Des mesures lidar à Leipzig ont confirmé la forte atténuation de la lumière directe du soleil ce vendredi :observations lidar en 1997, " rapporte le Dr Holger Baars de TROPOS.

"La troposphère libre est la région de l'atmosphère dans laquelle se déroule le temps mais l'influence directe du sol est faible. Nous avons pu estimer une concentration massique moyenne d'aérosols de feux de forêt de 8 microgrammes par mètre cube entre 4 et 11 km Au sommet, c'était même 22 microgrammes par mètre cube, ce qui est assez remarquable pour ces altitudes. Samedi et dimanche étaient des jours brumeux malgré un ciel sans nuages. L'indice UV de l'Office fédéral de la radioprotection (BfS), entre autres, a également montré à quel point les couches de fumée amortissaient le rayonnement solaire en Saxe :la station TROPOS à Melpitz près de Torgau a enregistré environ un quart de rayonnement UV de moins le 12 septembre à midi que ce qui aurait été possible par ciel clair. L'état inhabituel de l'atmosphère était particulièrement frappant au coucher du soleil avec une lumière jaune laiteux distinctive.

Les chercheurs ont pu confirmer l'origine de la fumée à l'aide d'un modèle informatique :la simulation à rebours prouve que les masses d'air arrivées à midi le 11 septembre à une altitude de 8,5 km au-dessus de Leipzig provenaient de la côte ouest de l'Amérique du Nord, où des incendies intenses ont eu lieu quelques jours auparavant. La fréquence et l'intensité des incendies en Californie ont continué d'augmenter au cours de la première semaine de septembre, comme le montrent les images satellite. Des feux légèrement plus faibles ont été observés en Oregon, Washington et Montana. « En raison des vents dominants, le temps de trajet de la fumée de la côte ouest des États-Unis vers l'Europe n'était que d'environ 3 à 4 jours. Les masses d'air ont même parcouru les quelque 3000 kilomètres à travers l'océan Atlantique entre Terre-Neuve et l'Irlande à grande vitesse en une seule journée (9 septembre), " explique Martin Radenz de TROPOS.

Les satellites d'observation de la Terre sont devenus un outil important pour la recherche environnementale au cours des dernières décennies, documenter le changement climatique à l'échelle mondiale. Cependant, le besoin de données continues d'une part et la durée de vie limitée des satellites d'autre part posent des défis majeurs à la recherche :une nouveauté et catapulte la recherche sur les interactions aérosol-nuage dans une nouvelle ère, " souligne le Dr Ulla Wandinger. " Les résultats présentés ici montrent qu'Aeolus est en partie capable de combler le fossé entre la mission CALIPSO de la NASA, qui est en train de disparaître, et la prochaine mission EarthCARE."

EarthCARE est une mission conjointe nippo-européenne qui vise à étudier les effets des nuages ​​et des particules d'aérosols sur le bilan radiatif de la Terre. Le lancement du satellite est prévu début 2023. « Aeolus a été conçu pour mesurer le vent. Le fait qu'il fournisse également des données sur les particules est un sous-produit très apprécié. Cependant, dans les situations où la composition des couches d'aérosols est moins claire, il serait utile de pouvoir également mesurer la polarisation. Étant donné que la lumière laser est tournée différemment lorsqu'elle est réfléchie sur la poussière minérale, aérosol de cendres volcaniques ou de feu de forêt, il est plus facile de déterminer d'où proviennent les particules qui influencent le rayonnement solaire et la formation des nuages. EarthCARE (Nuages ​​terrestres, Aerosols and Radiation Explorer) pourra le faire. Nous croisons donc fermement les doigts pour ce satellite également, " dit le Dr Ulla Wandinger. Tilo Arnhold