Le programme NOAA recueille des données bien au-dessus du Pacifique pour prévoir les tempêtes meurtrières

À BORD D’UN GULFSTREAM IV, au-dessus du Pacifique – Les tempêtes hivernales qui ont frappé la Californie ce mois-ci se sont souvent produites à des milliers de kilomètres à l’ouest, dans l’air humide au-dessus du Pacifique.

Cela a donné à un groupe de scientifiques et de techniciens quelques jours avant que l’on ne débarque à terre pour examiner les lectures des satellites, exécuter des modèles informatiques et planifier les équipes et l’équipement, ce qui aboutit à un effort unique de plein contact pour comprendre le fonctionnement interne de ces tempêtes : y laissant tomber des capteurs depuis le ciel.

Cette semaine, à bord d’un jet Gulfstream IV qui se dirigeait vers l’Alaska alors qu’une tempête géante bouillonnait à des kilomètres plus bas, un ingénieur a lancé un compte à rebours rapide : « Sonde est sorti dans 5, 4, 3, 2 … »

Une trappe dans le ventre de l’avion s’est ouverte. La sonde, un tube d’instruments de la taille d’un modèle de fusée, a été aspirée dans l’air glacial et a commencé à plonger vers les nuages, où elle allait enquêter sur les entrailles de la tempête et transmettre ses découvertes au monde.

Les rivières atmosphériques ont provoqué des semaines d’inondations, de pannes de courant et d’évacuations en Californie, et tué au moins 18 personnes. Mais la dévastation serait presque certainement encore plus grande sans les prévisions météorologiques qui arrivent avant chaque tempête. Les intervenants d’urgence, les exploitants de barrages et les agriculteurs disposent désormais de piles d’informations rapidement mises à jour sur la direction de ces tempêtes, la date à laquelle elles pourraient arriver et la quantité de pluie et de neige qu’elles pourraient apporter une fois sur place.

Cependant, l’assemblage de ces prédictions commence toujours par se rapprocher de l’action. Les rivières atmosphériques de la côte ouest passent leurs premiers jours sur d’immenses étendues vides du Pacifique. Aucun réseau de stations météorologiques ne collecte d’informations détaillées sur leur approche, comme cela est possible pour les tempêtes qui se déplacent au-dessus de la terre. Les nuages ​​peuvent obstruer les mesures par satellite et les bouées dérivantes mesurent principalement les conditions près de la surface de l’océan.

Un programme appelé Atmospheric River Reconnaissance, ou AR Recon, tente de combler ce vide de données. Il est dirigé par des scientifiques du Center for Western Weather and Water Extremes, qui fait partie de la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego.

AR Recon est en partie une initiative de recherche, mais depuis 2019, il fait également partie des opérations météorologiques hivernales du gouvernement fédéral, avec le soutien de l’Air Force et de la National Oceanic and Atmospheric Administration. Cet hiver, AR Recon a commencé à effectuer des missions plus tôt que jamais, en novembre, pour échantillonner davantage les tempêtes de début de saison qui ont provoqué des inondations dévastatrices sur la côte du Pacifique ces dernières années.

Les données recueillies par ces avions font partie d’une série d’avancées dans les prévisions météorologiques et les modèles informatiques qui les sous-tendent.

Richard Henning, un météorologue de vol de la NOAA qui est directeur de vol avec AR Recon, a effectué des missions de recherche avec l’agence et l’Air Force pendant près de 30 ans. Il a utilisé une analogie pour décrire à quel point les modèles météorologiques prédisaient l’avenir à l’époque : si vous leur demandiez à quoi ressemblerait un gland un jour, leur réponse serait essentiellement « un gland beaucoup plus gros », a-t-il déclaré.

Aujourd’hui, ils vous montreraient un chêne. « C’est littéralement la différence dans la sophistication des modèles. »

Pourtant, la dépendance à l’égard des vols avec équipage signifie que ce travail de haute technologie peut rencontrer des problèmes de faible technologie. En décembre, le Gulfstream-IV a dû être envoyé à Saint-Louis pour réparer un indicateur de carburant, obligeant AR Recon à annuler plusieurs vols dans la semaine avant qu’une rivière atmosphérique ne frappe la Californie à la fin du mois dernier.

La prochaine tempête, la veille du Nouvel An, devrait être modérée dans le nord de la Californie. Mais il a fini par caler et déverser des seaux de pluie sur une partie de la région. Au moins trois personnes sont mortes dans les inondations. San Fransisco a failli battre son record pour les pluies d’une seule journée.

Selon Michael Anderson, climatologue de l’État de Californie, l’une des raisons pour lesquelles les prédictions étaient erronées était peut-être que AR Recon n’avait pas volé la semaine précédente. Le programme était sur une pause de vacances prévue.

Les scientifiques essaient toujours de mieux comprendre les caractéristiques qui peuvent provoquer une intensification des rivières atmosphériques à la 11e heure, a déclaré le Dr Anderson. « Améliorer notre capacité à prévoir ceux-ci et à obtenir des détails à l’échelle du bassin versant, c’est vraiment là où nous voulons arriver. »

F. Martin Ralph, un scientifique de Scripps qui aide à diriger AR Recon, a reconnu que bien que le programme ait démarré tôt cet hiver, il n’avait pas le personnel, le financement et la disponibilité des avions pour collecter des données pendant la période des vacances. « Maintenant, nous apprenons la leçon, malheureusement, que nous devrions vraiment viser à avoir une couverture complète » de la saison des pluies, a-t-il dit.

Chaque vol AR Recon commence par des scientifiques et des officiels se réunissant virtuellement et dans une salle de conférence de San Diego pour élaborer un plan d’attaque. C’était mercredi. Une autre rivière d’humidité se dirigeait vers la Californie. Un gros.

Avec seulement trois avions à leur disposition – le NOAA G-IV et deux avions C-130 de l’Air Force – les planificateurs de mission doivent être stratégiques. Ils effectuent des analyses pour déterminer où des données supplémentaires provenant de l’intérieur d’une rivière atmosphérique pourraient être les plus utiles pour améliorer les prévisions, puis ils tracent des trajectoires de vol pour atteindre ces endroits de manière économique.

Avec les prévisions avant toute tempête, « de très petites erreurs ont le potentiel de se développer pour rendre une prévision de précipitations vraiment erronée », a déclaré Anna M. Wilson, scientifique chez Scripps et directrice de mission d’AR Recon la semaine dernière.

Tôt le lendemain matin, une petite équipe de la NOAA, plus un journaliste, un photographe et un autre scientifique de Scripps, partit dans le G-IV depuis Honolulu.

La mission : voler environ 1 500 milles presque tout droit vers le nord, vers les îles Aléoutiennes en Alaska, avant de doubler. Cela permettrait à l’avion de traverser deux sections distinctes du noyau chargé d’humidité de la rivière atmosphérique alors qu’il balayait vers l’est. Et voler à une altitude de 41 000 pieds à 45 000 pieds permettrait à l’avion d’échantillonner à la fois la tempête elle-même et le courant-jet, dont les vents puissants aident à façonner la trajectoire du système. Durée totale du vol : environ huit heures.

Le NOAA G-IV, surnommé « Gonzo », est principalement équipé pour la science, avec quelques concessions aux besoins des équipages qui passent de longues heures dans des espaces restreints. Il y a des cruches pour l’eau et le café, ainsi qu’une glacière. Les collations ne sont pas fournies, bien que l’avion dispose d’un micro-ondes pour réchauffer les aliments apportés à bord. Serré à l’arrière se trouve une version encore plus exiguë des toilettes d’un jet commercial.

De lourds racks de matériel ont été installés dans toute la cabine avec une efficacité astucieuse. Un radar Doppler monté sur la queue estime la vitesse à laquelle l’humidité se déplace en dessous. Un récepteur GPS voit combien de signaux satellites sont réfractés dans l’air pour estimer les niveaux de vapeur sur les côtés de l’avion.

Ensuite, il y a les sondes, qui coûtent à la NOAA environ 800 $ chacune. L’équipage a largué plus de 30 d’entre eux lors du vol de jeudi, les espaçant pour échantillonner une large section de la rivière atmosphérique.

Les données sont transmises à un référentiel mondial qui alimente les prévisions météorologiques dans le monde entier. Mais les premiers à le voir sont les météorologues à bord, dont les écrans dansent avec des gribouillis colorés représentant la vitesse et la direction du vent, la température et l’humidité – la preuve de vie de chaque sonde lors de sa plongée inimaginablement chaotique de 15 minutes vers la mer.

Les informations fournies par les sondes ont commencé à prouver leur utilité pour rendre plus précises les prévisions atmosphériques fluviales. Les scientifiques ont utilisé le même modèle informatique pour générer une prévision qui intègre les données et une autre qui ne les intègre pas, puis les a comparées aux effets réels d’une tempête. Dans certains cas, ils ont trouvé des améliorations dans les prévisions allant jusqu’à 25 %.

« C’est du jamais vu », a déclaré Vijay S. Tallapragada, scientifique principal au centre de modélisation environnementale de la NOAA qui aide à diriger AR Recon. « Si vous regardez l’historique des améliorations des prévisions de précipitations, elles ont stagné au cours des 20 dernières années. »

À l’altitude de croisière élevée du G-IV, le ciel bleu serein a créé un étrange contraste avec l’agitation invisible sous les nuages. Luca Delle Monache, scientifique chez Scripps, a expliqué comment l’intelligence artificielle pourrait un jour améliorer encore plus les prévisions. En parcourant les données sur les erreurs qu’un modèle avait commises dans le passé, les techniques d’IA pourraient augmenter ses prédictions à l’avenir.

Il y a des années, le Dr Delle Monache s’est lancé dans ce domaine parce qu’il adorait l’idée d’utiliser les mathématiques pour se projeter dans l’avenir. Les mathématiques deviennent de plus en plus sophistiquées, mais l’objectif reste le même.

« La magie de vous dire ce qui va se passer demain – cela m’a toujours fasciné », a-t-il déclaré.