Capturé par la mission Copernicus Sentinel-3 le 30 mai 2021, cette image montre la mer Baltique et les côtes des pays environnants du Danemark, Suède, Finlande, Russie, Estonie, Lettonie, Lituanie, Pologne, et l'Allemagne. L'élévation du niveau de la mer est une préoccupation mondiale majeure, et l'utilisation de satellites équipés d'altimètres radars pour cartographier l'évolution du niveau de la mer à proximité de la côte est difficile, en particulier le long de côtes complexes comme celles que l'on voit ici. Le principal problème est que les montagnes, les baies et les îles au large déforment le signal radar qui est réfléchi vers le satellite. Un autre problème est la glace de mer, qui couvre des parties des océans en hiver, est impénétrable au radar. Cependant, de nouvelles recherches montrent comment un mode de traitement spécifique du satellite permet désormais de déterminer l'évolution du niveau de la mer dans les zones côtières avec une précision millimétrique par an, et même si la mer est couverte de glace. Crédit :contient des données Copernicus Sentinel modifiées (2021), traitées par l'ESA, CC BY-SA 3.0 IGO
Pour les centaines de millions de personnes vivant dans les régions côtières du monde, la montée des eaux provoquée par le changement climatique constitue une menace directe. Afin que les autorités planifient des stratégies de protection appropriées, des informations précises sur l'élévation du niveau de la mer à proximité de la côte sont impératives. Pour diverses raisons, ces mesures sont difficiles à obtenir des satellites. Cependant, une nouvelle recherche financée par l'ESA montre comment un mode spécifique de traitement des données altimétriques satellitaires permet désormais de déterminer l'évolution du niveau de la mer dans les zones côtières avec une précision millimétrique par an, et même si la mer est couverte de glace.
En utilisant la mer Baltique comme cible pour la recherche, cette nouvelle technique de traitement, qui montre des différences régionales dans l'élévation du niveau de la mer, améliore et étend considérablement les cartes de tendance du niveau de la mer précédentes. Les résultats révèlent qu'entre 1995 et 2019, le niveau de la mer a augmenté à un taux annuel de 2 à 3 mm dans le sud, le long des côtes allemandes et danoises, contre 6 mm au nord-est, dans la baie de Botnie.
Alors que notre atmosphère et nos océans continuent de se réchauffer à cause du changement climatique, le niveau de la mer devrait continuer à monter pendant de nombreuses décennies. Le rapport 2019 du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) des Nations Unies dresse un tableau grave des problèmes auxquels nous sommes confrontés en raison de l'élévation du niveau de la mer. Le rapport spécial sur l'océan et la cryosphère dans un climat changeant indique que le niveau moyen mondial de la mer devrait augmenter de 0,29 m à 1,1 m d'ici la fin de ce siècle. Il s'agit de la pire projection d'élévation du niveau de la mer jamais réalisée par le GIEC.
Depuis le début des années 1990, des satellites équipés d'altimètres radar ont suivi l'évolution de la hauteur de la surface de l'océan, et montrer que le niveau moyen mondial de la mer a augmenté, en moyenne, d'un peu plus de 3 mm chaque année et, inquiétant, que ce taux d'augmentation a augmenté ces dernières années.
Cependant, comme pour toute moyenne, l'expression « élévation moyenne du niveau de la mer à l'échelle mondiale » ne dit pas tout. Le niveau de la mer ne monte pas partout au même rythme. Le long des côtes, par exemple, l'élévation du niveau de la mer peut dépasser la moyenne mondiale en raison de la dynamique complexe des océans plus près des terres.
Alors que la France et les États-Unis série de missions satellitaires Jason, les missions Envisat et CryoSat de l'ESA, et les satellites Copernicus Sentinel-3 ont fourni des données essentielles pour suivre l'élévation du niveau de la mer en haute mer, cartographier l'élévation plus près du littoral est plus difficile. C'est parce que les montagnes, les baies et les îles au large déforment le signal radar qui est réfléchi vers le satellite. Un autre problème est la glace de mer, qui couvre des parties des océans en hiver, est impénétrable au radar.
Pour les centaines de millions de personnes vivant dans les régions côtières du monde, la montée des eaux provoquée par le changement climatique constitue une menace directe. Afin que les autorités planifient des stratégies de protection appropriées, des informations précises sur l'élévation du niveau de la mer à proximité de la côte sont impératives. Pour diverses raisons, ces mesures sont difficiles à obtenir des satellites. Cependant, de nouvelles recherches montrent comment un mode de traitement spécifique du satellite permet désormais de déterminer l'évolution du niveau de la mer dans les zones côtières avec une précision millimétrique par an, et même si la mer est couverte de glace. La carte montre l'élévation moyenne du niveau de la mer dans la mer du Nord et la mer Baltique (millimètres par an), calculé à partir des données altimétriques satellitaires entre 1995 et 2019. Crédit :TUM/ESA
Florian Seitz, Directeur de l'Institut allemand de recherche géodésique de l'Université technique de Munich, mentionné, « Pour protéger les personnes et les infrastructures, par exemple en construisant des structures de protection contre les inondations, sécuriser les ports ou élever les digues, nous avons besoin de prévisions fiables sur l'évolution du niveau de la mer."
Grâce au projet Earth Observation Science for Society Baltic Sea Level de l'ESA (Baltic SEAL), une équipe de chercheurs de l'Université technique de Munich a travaillé avec des partenaires internationaux pour développer des algorithmes pour traiter les données de mesure d'une gamme de capteurs altimétriques par satellite afin de produire des mesures précises et à haute résolution des changements du niveau de la mer dans les zones côtières et dans les conduits entre la mer la glace.
Les chercheurs ont choisi la mer Baltique comme région modèle. « Les données de cette région sont particulièrement adaptées au développement de nouvelles méthodes car de multiples facteurs rendent l'analyse difficile comme la forme complexe du littoral, glace de mer et vent. À la fois, il existe de nombreuses mesures locales du niveau de la mer pour corroborer les résultats, " a déclaré le chef de projet Marcello Passaro.
"Une méthode analytique qui fonctionne dans la mer Baltique peut être facilement adaptée à d'autres régions."
Pour gérer des centaines de millions de mesures radar prises entre 1995 et 2019 à partir de missions satellitaires dont la série Jason, Envisat, CryoSat et Copernicus Sentinel-3, l'équipe a développé un processus en plusieurs étapes. Dans la première étape, ils ont calibré les mesures des différentes missions satellitaires afin qu'elles puissent être combinées. Avec des algorithmes spécialement développés, ils ont ensuite pu détecter les signaux de l'eau de mer recouverte de glace dans les réflexions radar produites le long des fissures et des fissures, appelés pistes. Cela a permis de déterminer le niveau de la mer pour les mois d'hiver. Avec de nouvelles méthodes de calcul, ils ont également obtenu une meilleure résolution des échos radar près de la terre.
Par conséquent, il est désormais possible de mesurer le niveau de la mer dans les zones côtières et de comparer les résultats avec les relevés locaux des marées. Les données traitées ont ensuite été ajustées à une grille fine avec une résolution de 6 à 7 km à l'aide d'un algorithme développé par l'équipe. Le résultat est un ensemble de données très précis couvrant toute la région de la mer Baltique.
L'altimètre radar à double fréquence (bandes C et Ku) Copernicus Sentinel-6 Poseidon-4 utilise un mode entrelacé innovant qui a amélioré les performances par rapport aux conceptions précédentes d'altimètres satellites. Crédit :ESA/ATG medialab
Les données montrent les effets régionaux de l'élévation du niveau de la mer entre 1995 et 2019. Le niveau de la mer a augmenté à un taux annuel de 2 à 3 mm dans le sud, le long des côtes allemandes et danoises, contre 6 mm au nord-est, dans la baie de Botnie. La cause de cette forte montée est les forts vents du sud-ouest qui poussent les eaux vers le nord et vers l'est. Cette augmentation supérieure à la moyenne du niveau de la mer ne constitue pas une menace pour les habitants du littoral, cependant, car depuis la fin de la dernière période glaciaire, les terres ici ont augmenté jusqu'à 1 cm par an en raison du rebond post-glaciaire.
Les chercheurs ont également créé un ensemble de données complet pour la région de la mer du Nord. Le niveau de la mer monte ici de 2,6 mm par an, et de 3,2 mm dans la baie allemande. Les tendances locales peuvent être déterminées à l'aide de l'ensemble de données et du manuel d'utilisation, tous deux accessibles gratuitement en ligne.
"Avec les données, les chercheurs peuvent vérifier leurs modèles climatiques, par exemple, et les pouvoirs publics peuvent prévoir des mesures de protection adaptées, " dit le Dr Seitz.
Jérôme Benveniste de l'ESA a ajouté, "Le projet Baltic SEAL a produit d'excellents résultats, démontrant la valeur de l'observation de la Terre pour la société. Cette nouvelle façon de traiter les données altimétriques des radars satellitaires va vraiment aider les autorités à prendre les mesures appropriées pour protéger les citoyens et les infrastructures de l'élévation du niveau de la mer. Nous attendons également avec impatience les données haute résolution qui proviendront de la nouvelle mission Copernicus Sentinel-6, qui promet également de cartographier la hauteur de la surface de la mer à proximité du littoral, qui utilise un nouvel algorithme de traitement supplémentaire appelé Radar à ouverture synthétique entièrement focalisé pour augmenter considérablement la résolution récupérée. »
L'ensemble de données Baltic SEAL est disponible sur balticseal.eu.
