Kilauea (Hawaii): Radar et éruptions volcaniques // Radar and volcanic eruptions

Aucune activité de surface n’est observée sur le Kilauea depuis le 23 mai 2021. Si le HVO tient ses promesses, l’éruption ne sera plus en « pause » le 23 août ; elle sera bel et bien terminée ! Dans un nouvel article, les scientifiques de HVO expliquent comment ils utilisent le radar météorologique pour analyser les panaches émis par le Kilauea.

RADAR est l’acronyme de Radio Detection And Ranging, un outil largement utilisé depuis le début des années 1900. Aujourd’hui, le radar a de nombreuses applications : dans l’atmosphère pour suivre les systèmes météorologiques et l’activité aéronautique, dans l’espace pour imager la Terre et les corps extraterrestres à partir de satellites, et même dans le sol pour détecter des objets enfouis.
Pour fonctionner, le radar utilise une antenne qui concentre les impulsions d’énergie tout en balayant des directions et des angles spécifiques. Les impulsions se déplacent à la vitesse de la lumière et croisent des objets sur leur chemin, tels que des montagnes, des bâtiments, des avions, des oiseaux, des gouttes de pluie ou des cendres volcaniques. Lorsqu’une impulsion frappe un objet, une fraction de son énergie est réfléchie vers l’antenne. L’énergie réfléchie est ensuite mesurée et traitée pour fournir des valeurs de réflectivité. La réflectivité est plus sensible à la taille et à la forme d’un objet spécifique ; toutefois, dans la mesure où une impulsion peut interagir avec de nombreux objets simultanément, la concentration des objets est également importante.
Les antennes radar peuvent balayer à 360 degrés autour d’une station sur différents angles d’élévation et produire une couverture atmosphérique presque complète sur 150 kilomètres ou plus en quelques minutes seulement. C’est ainsi que les météorologues présentent une couverture presque continue des systèmes météorologiques dans le monde.
Le radar météorologique est également un outil extrêmement important pour étudier les éruptions volcaniques. Les systèmes radar utilisés pour mesurer la vitesse du vent peuvent également mesurer les structures de turbulence dans les panaches, ce qui permet aux scientifiques d’analyser comment ils absorbent l’air, grossissent et s’élèvent dans l’atmosphère. En utilisant des dizaines de scans par heure, ils peuvent mesurer l’évolution du panache et des éruptions dans le temps.
Le HVO explique comment les scientifiques ont utilisé les systèmes radar le 20 décembre 2020 lorsque le panache de vapeur émis par le lac d’eau dans le cratère Halema’uma’u s’est transformé en un panache volcanique. L’île d’Hawaï possède deux stations radar WSR-88D, à South Point (PHWA) et Kohala (PHKM). Le panache de l’éruption du 20 décembre 2020 était visible depuis les deux stations, de sorte que leurs données permettent de comprendre cette éruption.
Le lac d’eau au fond de l’ Halema’uma’u avait environ 50 mètres de profondeur et continuait de grandir lorsque le Kilauea est entré en éruption le 20 décembre. Une nouvelle fissure s’est ouverte au-dessus du lac sur la paroi du cratère à 21h30. (heure locale). Un grand volume de lave s’est déversé dans le lac. La lave a vaporisé l’eau et généré un volumineux panache.
Contrairement aux panaches de cendres émis par une bouche éruptive lors d’une éruption explosive, le panache du 20 décembre 2020 contenait peu de cendres. Il a commencé à s’élever immédiatement mais lentement pour atteindre jusqu’à 13 000 mètres d’altitude. À 23 heures, l’eau avait disparu, remplacée par un lac de lave.
Les mesures radar du panache ont été accessibles quelques minutes après son apparition et elles montrent clairement son développement, son élévation et son volume suite à l’ouverture de la nouvelle fissure. Le panache a ensuite décliné quand le lac s’est asséché. La visualisation 3D du panache montre comment sa hauteur et sa structure changent au fil du temps.
Les modèles radar peuvent être utilisés pour l’échantillonnage des dépôts du panache au sol et pour comparer les zones à haute réflectivité avec des phénomènes tels que la foudre afin de corréler les observations visuelles à la dynamique interne du panache. Les scientifiques peuvent aussi calculer la concentration dans le panache, son trajet, ainsi que le volume total de cendres transportées et déposées pendant l’éruption.
Un autre avantage du radar météorologique est son accessibilité. De nombreuses stations fournissent gratuitement des données en temps quasi réel. Elles sont accessibles via le logiciel Weather and Climate Toolkit de la NOAA. Toute personne intéressée par ces phénomènes peut analyser les données à partir de son ordinateur personnel. Le radar est de plus en plus utilisé en volcanologie et il sera de plus en plus utile au HVO dans les futurs scénarios d’éruption.
Source : USGS/HVO.

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No surface activity has been observed at Kīlauea since May 23rd, 2021. If the Hawaiian Volcano Observatory (HVO) keeps its promise, the eruption will no longer living a pause on August 23rd, it will be over !

In a new article, HVO scientists explain how they use weather radar to investigate the plumes emitted by Kilauea volcano. RADAR is an acronym for Radio Detection And Ranging, a tool that has been broadly used since the early 1900s. Today, radar has many uses: in the atmosphere to track weather systems and aviation activity, in space to image the Earth and extraterrestrial bodies from satellites, and even in the ground to detect buried objects.

Radar operation uses an antenna that focuses pulses of energy as it scans specific directions and angles. The pulses travel at the speed of light and intersect objects in their path, such as mountains, buildings, airplanes, birds, raindrops, or volcanic ash. As a pulse hits an object, a fraction of its energy is reflected toward the antenna. The reflected energy is then measured and processed to give values of “reflectivity.” Reflectivity is most sensitive to an object’s size and shape, though since a pulse can interact with many objects simultaneously, the concentration of objects is also important.

Radar antennas can scan 360 degrees around a station at various elevation angles and produce nearly complete atmospheric coverage within 150 or more kilometres in just a few minutes. This is how meteorologists present nearly continuous coverage of weather systems worldwide.

Weather radar is also an extremely important tool for studying explosive eruptions. Radar systems used to measure wind speed can also measure turbulence structures in plumes, which allows scientists to track how they capture air, grow in size, and rise through the atmosphere. Using tens of scans per hour, they can measure plume and eruption evolution in time.

HVO explains how they used radar systems on December 20th, 2020 when the steam plume emitted by the water lake within Halema’uma’u crater turned into a volcanic plume.

The Island of Hawaii hosts two WSR-88D radar stations, at South Point (PHWA) and Kohala (PHKM). The December 20th, 2020, eruption plume was visible to both stations, so their data help understand this interesting eruption.

The water lake in Halema‘uma‘u was about 50 metres deep and growing when Kīlauea summit erupted on December 20t. A new fissure opened above the lake on the crater wall at 9:30 p.m. (local time). A large volume of lava spilled down into the lake, boiling the water, and producing a volcanic steam plume.

Unlike explosive ash plumes that erupt at high velocities directly from a vent, this plume originated from the boiling water, carried little ash, and began rising immediately but slowly, reaching 13,000 metres above sea level at its peak. By 11 p.m., the water had vanished, replaced by a growing lava lake.

Radar measurements of the plume were accessible minutes after the plume appeared and clearly show its development, increasing height and intensity with the opening of the new fissure, and detachment and decline after the water lake dried. The 3D visualization of the plume displays how plume height and structure through time.

The radar models can be used to locate areas of interest for sampling deposits from the plume on the ground, and to compare high reflectivity zones with phenomena like lightning to correlate visual observations to internal plume dynamics. Lastly, scientists can calculate concentration throughout the plume, the path of the plume, and the total ash volume transported and deposited during the eruption.

Another advantage of weather radar is accessibility. Many stations provide free publicly available near-real-time data, accessible through NOAA’s Weather and Climate Toolkit software. Anyone interested in radar and volcanoes can analyze data from their own computer. Radar is a vital and growing asset in volcanology that will be increasingly useful to HVO in future eruption scenarios.

Source : USGS / HVO.

 

Image du haut: Image radar 2D de la station PHWA (NOAA Weather and Climate Toolkit). Image du bas: Visualisation radar 3D (Google Earth). [Source: USGS]