Alors que les rivières atmosphériques battaient la côte ouest américaine l'hiver dernier, les scientifiques ont déployé des outils d'observation de plus en plus avancés sur l'océan Pacifique pour améliorer les prévisions des puissantes tempêtes.
À l'aide d'observations aéroportées et de bouées océaniques, les scientifiques ont ciblé les régions éloignées du Pacifique oriental qui influencent le plus le développement et le chemin des rivières atmosphériques. Ces observations ont été introduites dans des modèles de prévision de premier plan, améliorant les prédictions d'un à cinq jours d'une manière qui a aidé à protéger non seulement les communautés vulnérables de la côte ouest, mais sur toute la nation.
« Ces observations ciblées offrent un énorme gain », a déclaré le scientifique du National Foundation National Foundation américain pour la recherche atmosphérique (NSF NCAR), Christopher Davis. « En prenant ces observations, nous améliorons les prévisions des rivières atmosphériques pour la côte ouest et, comme les tempêtes continuent de se déplacer vers l'est, nous améliorons également les prévisions hivernales pour l'ensemble des États-Unis continentaux. »
Davis est l'un des directeurs de mission de la reconnaissance des rivières atmosphériques (AR Recon), un effort majeur impliquant plusieurs agences fédérales, universités et autres partenaires. Il est dirigé par le Center for Western Weather and Water Extrêmes, qui est basé à la Scripps Institution of Oceanography de l'Université de Californie.
L'objectif d'AR Recon est de permettre aux prévisionnistes de mieux anticiper la piste et l'intensité des tempêtes féroces, aidant les gestionnaires des urgences à protéger la vie et les biens et les opérateurs de réservoir pour économiser des millions de dollars grâce à la gestion plus efficace des niveaux d'eau.
Des études indiquent que, depuis le lancement de ses premières observations en 2016, AR Recon a généré des améliorations significatives des prévisions. Les données des observations, par exemple, ont amélioré les prévisions de 3 jours de fortes précipitations sur la Californie en 2022 jusqu'à 12%.
Au cours de la saison dernière, AR Recon a effectué 50 vols au-dessus du Pacifique entre novembre et mars, collectant des mesures clés alors que les rivières atmosphériques se formaient et gagnaient en force.
« Le programme AR Recon comble un grand écart d'information sur l'océan Pacifique où ces rivières atmosphériques se forment », a déclaré Marty Ralph, directeur du Center for Western Weather and Water Extrêmes et chercheur principal d'AR Recon.
« Si vous voulez prédire où une voiture sera dans cinq minutes, vous devez savoir d'où elle commence et à quelle vitesse elle se déplace. De même, s'il y a une rivière atmosphérique près d'Hawaï, et nous voulons prévoir où il atteindra la côte californienne quelques jours plus tard et sa force, nous devons sortir et prendre des mesures directes. »
Les principaux sponsors de AR Recon sont le US Army Corps of Engineers, California Department of Water Resources, US Air Force Reserve Command 53rd Mether Reconnaissance Squadron et Office of Marine and Aviation Office Office of Marine and Aviation.
Économies de coûts importants
Les rivières atmosphériques sont des «rivières dans le ciel» longues et étroites qui transportent d'énormes quantités d'eau – à tel point que la rivière atmosphérique moyenne transporte une quantité de vapeur d'eau à peu près équivalente à 25 fois le débit moyen à l'embouchure de la rivière Mississippi.
Les rivières atmosphériques les plus puissantes libérent les pluies torrentielles et provoquent des inondations généralisées, surtout lorsqu'ils calent les bassins versants vulnérables. Mais ils sont également une caractéristique vitale du cycle hydrologique de la côte ouest, offrant l'humidité nécessaire pendant l'hiver et reconstituer les enfants neigeux nécessaires aux agriculteurs et autres utilisateurs d'eau pendant les mois d'été secs.
Prédire avec précision ces puissantes tempêtes est une priorité pour les gestionnaires de l'eau et les autres responsables de la côte ouest. En plus de protéger la vie et les biens, les prévisions sont essentielles pour la gestion rentable des réservoirs, permettant aux opérateurs de garder les réservoirs aussi pleins que possible et de ne libérer que suffisamment d'eau pour empêcher les pluies entrantes de dépasser un réservoir et de causer des dommages catastrophiques.
Étant donné que chaque acre d'eau en Californie est évalué à des centaines de dollars, cette approche précise des réservoirs d'exploitation peut potentiellement économiser à l'État plusieurs millions de dollars chaque hiver, a déclaré Davis.
Par exemple, les prévisions permettent aux opérateurs de réservoir du Lake Mendocino – l'un des trois réservoirs en Californie qui prennent actuellement des décisions en fonction des prévisions – d'utiliser une approche flexible de gestion de l'eau et de réduire leurs coûts annuels d'environ 9,4 millions à 9,9 millions de dollars, selon un rapport de 2021.
« En réservant toute la valeur économique de ces travaux, juste qu'un élément spécifique de pouvoir stocker de l'eau supplémentaire vaut des dizaines de millions de dollars par an », a déclaré Davis. « Les avantages économiques de ce programme ont été remarquables. »
Observations ciblées
AR Recon s'appuie en partie sur les vols par l'US Air Force et les avions « Hurricane Hunter » de la NOAA. Pour chaque vol, un avion libère environ 30 dropsondes, qui sont des instruments cylindriques développés au NSF NCAR qui descendent lentement vers l'océan sur les parachutes. Ils mesurent la température de l'air, la pression, la vapeur d'eau et la vitesse du vent et transmettent les données à l'avion et au système mondial de télécommunications qui sont introduits dans des modèles de prévision météorologiques dans les centres opérationnels.
Pour augmenter les mesures de DropSondes, les avions utilisent également une technologie innovante appelée Radio Occultation Airborne. Cela mesure les retards des signaux des satellites GPS pour déduire les propriétés atmosphériques telles que l'humidité et la température.
En plus de ces vols, AR Recon ajoute des capteurs de pression atmosphérique à des dizaines de bouées océaniques NOAA qui collectent la température de l'eau et les mesures des vagues. Lorsque les rivières atmosphériques s'approchent de la côte, les stations terrestres d'AR Recon lancent des ballons météorologiques qui montent jusqu'à 115 000 pieds, transportant des radiosondes qui, similaires aux DropSondes, prennent des mesures de propriétés atmosphériques clés.
L'un des défis pour les scientifiques est de rentrer dans les régions du Pacifique où les observations font la plus grande différence pour les prévisions. Ils ont constaté que l'envoi d'avions et de bouées dans des régions couvertes, souvent dans une rivière atmosphérique, produit des avantages particulièrement importants car les satellites ne peuvent pas facilement voir à travers les nuages. Le ciblage des fronts météorologiques et des parties du flux de jet est également utile car les mesures dans ces zones aident à identifier les emplacements des masses à air chaud et à l'air froid.
Pour déterminer quelles observations génèrent le plus grand avantage, les scientifiques se livrent à des expériences de «déni de données». Ceux-ci consistent à exécuter des systèmes parallèles, dont l'un incorpore les observations et l'autre les exclut. En comparant les prévisions générées par les deux systèmes, ils peuvent quantifier dans quelle mesure les observations ont amélioré les prévisions et aider les scientifiques à cibler des régions spécifiques avec une précision toujours croissante.
« Il n'est pas pratique de prendre des observations pour l'ensemble du Pacifique oriental, donc notre stratégie est d'être aussi efficace que possible avec l'utilisation de nos ressources et de nos instruments d'observation de place où ils amélioreront le plus les prévisions », a déclaré Davis.
Davis et ses collègues sont plus axés sur ces rivières atmosphériques qui sont particulièrement intenses et peuvent pénétrer dans une communauté de la côte ouest vulnérable ou un bassin versant. Cependant, leurs observations profitent également aux communautés dans toute la nation, car les mêmes systèmes météorologiques peuvent alimenter un blizzard dans les grandes plaines ou une inondation dans le sud-est.
« Les systèmes météorologiques qui produisent les rivières atmosphériques continuent de traverser le continent », a déclaré Davis. « C'est une chose à propos de l'atmosphère: ce qui démarre local ne reste pas local. Lorsque vous ajoutez des observations de bouée à la surface de l'océan et que vous ajoutez des observations dans l'atmosphère, vous améliorez l'ensemble du système de prévision. »
