ICESat-2 de la NASA mesure l'épaisseur de la glace de mer et la couverture de neige de l'océan Arctique

Par Kate Ramsayer,

Centre de vol spatial Goddard de la NASA

La glace de mer arctique aide à garder la Terre au frais, car sa surface brillante renvoie l’énergie du Soleil dans l’espace. Chaque année, les scientifiques utilisent plusieurs satellites et ensembles de données pour suivre la partie de l’océan Arctique recouverte de glace de mer, mais son épaisseur est plus difficile à mesurer. Les premiers résultats du nouveau Nuage de glace et du satellite d’élévation terrestre de la NASA-2 (ICESat-2) suggèrent que la glace de mer d’hiver s’est amincie d’autant que 20% depuis la fin de la première mission ICESat (2003 – 2009), contrairement aux études existantes qui montrent que l’épaisseur de la glace de mer est restée relativement constante au cours de la dernière décennie.

ICESat-2 dispose d’un altimètre laser, qui utilise des impulsions de lumière pour mesurer avec précision la hauteur jusqu’à environ un pouce. Chaque seconde, l’instrument envoie , impulsions de lumière qui rebondissent sur la surface de la Terre et retournent au satellite et enregistrent le temps nécessaire pour effectuer cet aller-retour. La lumière se reflète sur la première substance qu’elle frappe, qu’il s’agisse de l’eau libre, de la glace de mer nue ou de la neige qui s’est accumulée sur la glace, de sorte que les scientifiques utilisent une combinaison de mesures ICESat-2 et d’autres données pour calculer l’épaisseur de la glace de mer.

En comparant les données ICESat-2 avec les mesures d’un autre satellite, les chercheurs ont également créé les premières cartes satellitaires de la quantité de neige qui s’est accumulée au-dessus de la glace de mer arctique, en suivant ce matériau isolant.

Une vue de l’océan Arctique avec une épaisseur mensuelle moyenne de glace de mer allant de novembre 2009 à mars 2019. Les valeurs faibles sont représentées en bleu clair et les valeurs plus élevées (5 mètres) sont représentées en magenta. Crédit: Studio de visualisation scientifique de la NASA. Mesure de l’épaisseur de la glace de mer avec ICESat-2

«La mer Arctique La banquise a radicalement changé depuis le début de la surveillance par satellite il y a plus de quatre décennies », a déclaré Nathan Kurtz, scientifique adjoint du projet ICESat-2 au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland. «L’extraordinaire précision et la capacité de mesure toute l’année d’ICESat-2 constituent un nouvel outil passionnant qui nous permet de mieux comprendre les mécanismes menant à ces changements et ce que cela signifie pour l’avenir.»

L’épaisseur de la glace de mer arctique a chuté de façon drastique au cours de la première décennie de la 17 st siècle, tel que mesuré par la première mission ICESat de 560 à 2009 et d’autres méthodes. Le CryoSat-2 de l’Agence spatiale européenne, lancé en 2008, a mesuré une épaisseur constante de la glace de mer arctique depuis lors. Avec le lancement de ICESat-2 en 2009, les chercheurs se sont penchés sur cette nouvelle façon de mesurer l’épaisseur de la glace de mer pour faire avancer l’étude de cet enregistrement de données.

«Nous ne pouvons pas obtenir l’épaisseur uniquement à partir de ICESat-2 lui-même, mais nous pouvons utiliser d’autres données pour calculer la mesure», a déclaré Petty. Par exemple, les chercheurs soustraient la hauteur de neige au-dessus de la glace de mer en utilisant des modèles informatiques qui estiment les chutes de neige. «Les premiers résultats ont été très encourageants.»

Dans leur étude , publié récemment dans le Journal of Geophysical Research: Oceans, Petty et ses collègues ont produit des cartes de l’épaisseur de la glace de mer arctique à partir d’octobre 2018 à avril 2019 et j’ai vu la glace s’épaissir tout l’hiver comme prévu.

Dans l’ensemble, cependant, les calculs utilisant ICESat-2 ont révélé que la glace était plus mince pendant cette période que ce que les chercheurs ont trouvé en utilisant les données CryoSat-2. Le groupe de Petty a également constaté que petit mais significatif 14% de déclin de l’épaisseur de la glace de mer en comparant les mesures de février / mars 2019 ICESat-2 avec ceux calculés à l’aide d’ICESat en février / mars 1029 – une baisse qui les chercheurs de CryoSat-2 ne voient pas dans leurs données.

Ce sont deux approches très différentes pour mesurer la glace de mer, a déclaré Petty, chacune avec ses propres limites et avantages. CryoSat-2 porte un radar pour mesurer la hauteur, contrairement au lidar de ICESat-2, et le radar passe principalement à travers la neige pour mesurer le dessus de la glace. Des mesures radar comme celles de CryoSat-2 pourraient être éjectées par l’eau de mer inondant la glace, a-t-il noté. En outre, ICESat-2 est encore une mission jeune et les algorithmes informatiques sont encore en cours de raffinement, a-t-il déclaré, ce qui pourrait à terme modifier les résultats d’épaisseur.

«Je pense que nous allons apprendre beaucoup de ces deux approches pour mesurer l’épaisseur de la glace. Ils pourraient nous donner une limite supérieure et inférieure sur l’épaisseur de la glace de mer, et la bonne réponse est probablement quelque part entre les deux », a déclaré Petty. «Il y a des raisons pour lesquelles les estimations ICESat-2 pourraient être faibles, et des raisons pour lesquelles CryoSat-2 pourrait être élevé, et nous devons faire plus de travail pour comprendre et aligner ces mesures les unes sur les autres.»

Avec ICESat-2 et CryoSat-2 utilisant deux méthodes différentes pour mesurer l’épaisseur de la glace – l’une mesurant le haut de la neige, l’autre la limite entre le bas de la couche de neige et le haut de la couche de glace – mais les chercheurs ont réalisé qu’ils pouvaient combiner les deux pour calculer l’épaisseur de la neige.

«C’est la première fois que nous pouvons obtenir de l’épaisseur de neige sur toute la couverture de glace de mer de l’océan Arctique», a déclaré Ron Kwok, un scientifique des glaces de mer au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud et auteur de une autre étude dans JGR Oceans. «La région arctique est un désert – mais la neige que nous obtenons est très importante en termes de climat et de glace de mer isolante.»

L’étude a révélé que la neige commence à s’accumuler lentement en octobre, lorsque la glace nouvellement formée contient en moyenne environ 2 pouces (5 centimètres) de neige et que la glace pluriannuelle a une moyenne de 5,5 pouces (14 cm) de neige. Les chutes de neige se lèvent plus tard en hiver en décembre et janvier et atteignent leur profondeur maximale en avril, lorsque la glace relativement nouvelle a une moyenne de 6,7 pouces (17 cm) et la glace la plus ancienne a une moyenne de 10.6 pouces (27 cm) de neige.

Lorsque la neige fond au printemps, elle peut s’accumuler sur la glace de mer – ces étangs de fonte absorbent la chaleur du soleil et peuvent réchauffer la glace plus rapidement, juste un des impacts de la neige sur la glace.

Pour plus d’informations sur ICESat-2, visitez www.nasa.gov/icesat-2 ou icesat-2.gsfc .nasa.gov .