Utilisation des satellites en volcanologie // Use of satellites in volcanology

L’Observatoire des Volcans d’Hawaii, le HVO, a publié un article très intéressant sur les différents types de satellites utilisés en volcanologie.
On apprend que de nombreux satellites d’imagerie sont en orbite polaire, ce qui les maintient près de la surface de la Terre sur une orbite basse. Ils réalisent des images de la Terre en bandes étroites et séquentielles en même temps que le satellite voyage d’un pôle à l’autre.
A côté des satellites en orbite polaire, il y a les satellites géostationnaires comme GOES (un acronyme pour Geostationary Operational Environmental Satellite) qui ont des orbites différentes car ils se situent au-dessus d’un seul point de la Terre. C’est pour cela qu’ils se trouvent à une plus grande distance de la Terre que les satellites à orbite polaire, mais avec l’avantage que le GOES peut « voir » tout un côté de la planète.
Les États-Unis utilisent deux satellites GOES pour couvrir l’ensemble du pays. GOES-16 (également appelé GOES-Est) survole la longitude 75° Ouest (près de la côte Est); il observe le continent et une grande partie de l’Océan Atlantique. GOES-17 (GOES-West) se situe au-dessus de 137° de longitude ouest (à mi-chemin entre Hawaï et le continent) et offre une vue de l’ouest des États-Unis et une grande partie de l’Océan Pacifique.
La mission première des satellites GOES n’est pas de détecter l’activité volcanique ou les feux de forêt, mais de surveiller en permanence la météo. La vue large qu’ils proposent permet aux scientifiques de suivre les systèmes météorologiques à mesure qu’ils évoluent et migrent, ce qui fournit des données essentielles pour les prévisions.
La surveillance météorologique utilise les longueurs d’onde de la lumière visible et infrarouge pour analyser l’atmosphère. Heureusement, les canaux infrarouges du satellite peuvent également capter des anomalies thermiques au sol, tels que ceux des incendies et des éruptions.
La nature géostationnaire de GOES-17 lui permet de réaliser rapidement des images des zones (toutes les 5 à 15 minutes) en fournissant au bon moment une vue de ce qui se passe de ce côté de la planète. Le satellite dispose également d’un mode pour réaliser des images de zones plus petites de la surface de la Terre à des intervalles encore plus brefs (toutes les 30 secondes), sur demande dans des cas particuliers, comme lors d’une éruption volcanique ou de grands incendies. Les satellites en orbite polaire, en revanche, ne peuvent couvrir un point donné de la Terre que deux fois par jour.
L’inconvénient de l’orbite géostationnaire lointaine de GOES est la résolution des images qui est généralement inférieure à celle des satellites en orbite polaire. Les canaux infrarouges de GOES-17 ont une résolution de 2 km, ce qui représente une amélioration par rapport à son prédécesseur, GOES-15, qui avait une résolution de 4 km.
La résolution inférieure signifie que les images GOES ne sont pas idéales pour déterminer le contour précis d’une coulée de lave ou localiser l’emplacement exact d’une bouche éruptive. Cependant, la fréquence élevée d’images proposée par GOES est parfaite pour détecter le début d’une nouvelle activité volcanique en surface, tout en donnant une idée de l’endroit où se situe cette activité.
D’une certaine manière, le satellite GOES joue un rôle de sonnette d’alarme et vient en complément d’autres outils de surveillance utilisés par les observatoires volcaniques pour détecter les éruptions. Alors que les réseaux sismiques et de déformation du sol sont sensibles aux changements sous la surface de la Terre, le satellite GOES est un outil très utile pour repérer de nouvelles laves au moment où elles atteignent la surface.
Le satellite GOES joue un rôle de sentinelle de haute technologie qui maintient une surveillance permanente de l’activité éruptive, non seulement à Hawaï, mais à travers tous les États-Unis.
Les images et les données brutes fournies par GOES sont accessibles en ligne, quelques minutes seulement après leur acquisition. Une interface en ligne est fournie par la NOAA :

https://www.star.nesdis.noaa.gov/GOES/index.php.

Source : USGS/HVO.

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The Hawaiian Volcano Observatory (HVO) has published a very interesting article about the different types of satellites used in volcanology.

The reader is informed that many imaging satellites are polar orbiting, staying closer to Earth’s surface in a low orbit. They image the Earth in narrow, sequential strips as the satellite traverses from pole to pole.

Geostationary satellites like GOES (an acronym which goes for Geostationary Operational Environmental Satellite), however, have orbits that hover over a single spot on the Earth. This requires being much farther from Earth than polar orbits, but it has the benefit that the satellite can “see” the entire side of the planet in one view.

The United States uses two GOES satellites to cover the whole country. GOES-16 (also called GOES-East) hovers over longitude 75° West (near the east coast), viewing the mainland and much of the Atlantic Ocean. GOES-17 (GOES-West) is over longitude 137° West (close to halfway between Hawaii and the mainland) and views the western U.S. and much of the Pacific Ocean.

The primary mission of GOES satellites is not to detect volcanic activity or forest fires, but to keep a constant watch over the weather. The broad view allows scientists to track weather systems as they evolve and migrate, providing critical data for forecasts.

Weather monitoring uses wavelengths of visible and infrared light to characterize the atmosphere. Fortunately, the satellite infrared channels can also pick up hot thermal signals on the ground, such as those from fires and eruptions.

The geostationary nature of GOES-17 allows it to image areas rapidly—every 5–15 minutes —providing a timely view of what is happening on this side of the planet. The satellite also has a mode to image smaller areas of Earth’s surface at even higher rates (every 30 seconds), by request in special cases, such as during a volcanic eruption or large fires. Polar-orbiting satellites, on the other hand, might only cover a given spot on the Earth twice a day.

The drawback of the distant geostationary orbit of GOES, however, is that the resolution of the images is generally lower than that of polar-orbiting satellites. The infrared channels on GOES-17 have a resolution of 2 km, an improvement over its predecessor, GOES-15, which had a resolution of 4 km.

The lower resolution means that GOES images are not adequate to map out the precise outline of a lava flow, or locate the exact location of a vent. However, the high image frequency provided by GOES is ideal for detecting the onset of new volcanic activity on the surface, while giving a general idea of where that activity is located.

In some way, the GOES satellite is used as a warning bell which comes as a complement to other monitoring tools used by volcano observatories to detect eruptions. While seismic and ground-deformation networks are sensitive to changes below the surface, the GOES satellite is a tool for spotting new lava reaching the surface.

The GOES satellite acts as a high-tech sentinel, maintaining an unwavering watch for eruptive activity, not only in Hawaii, but across the U.S.

GOES images and raw data are all publicly available online, just minutes after acquisition. One online interface is provided by NOAA:

https://www.star.nesdis.noaa.gov/GOES/index.php.

Source : USGS / HVO.

Image infrarouge GOES de l’île d’Hawaï du 31 juillet 2021. La zone avec les couleurs plus chaudes dans la partie nord de l’île correspond à un incendie de végétation.

Eruption sous-marine au Japon // Submarine eruption in Japan

Le Fukutoku-Oka-no-ba n’est pas le volcan japonais le plus connu. C’est un édifice sous-marin situé à 5 km au NE de l’île de Minami-Ioto. On observe une décoloration de l’eau de mer dans la région et plusieurs îles éphémères se sont formées au 20ème siècle. Le dernier épisode éruptif a eu lieu entre le 3 février et le 8 avril 2021.

Une éruption majeure a commencé sur ce volcan le 12 août 2021 et se poursuivait encore le 13 août. Selon le VAAC de Tokyo, le panache de cendre montait jusqu’à 16,4 km au-dessus du niveau de la mer et se dirigeait vers le SSO en direction des Philippines.

Source : The Watchers.

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Fukutoku-Oka-no-ba is not the best known Japanese volcano. It is a submarine volcano located 5 km NE of the island of Minami-Ioto. Water discoloration is frequently observed in the area, and several ephemeral islands have formed in the 20th century. The last eruptive episode occurred between February 3rd and April 8th, 2021.
A major eruption started at the volcanoon August 12th, 2021and continued into August 13th. According to the Tokyo VAAC, ash was rising up to 16.4 km above sea level and was heading SSW toward the Philippines.

Source : The Watchers.

Image satellitaire du panache éruptif (Source: NASA/NOAA)

Manque de neige dans les Andes // Lack of snow in the Andes

Dans la note sur le bas niveau du Rio Paraná, j’ai expliqué que la cause du problème était la sécheresse au Brésil où le fleuve prend sa source. Beaucoup d’autres rivières d’Amérique du Sud rencontrent le même problème à cause du manque de neige dans les Andes. Certaines zones de la chaîne de montagnes se retrouvent sans ou avec très peu de couverture neigeuse à un moment où les chutes de neige devraient être les plus intenses.
Les images satellites montrent que de nombreux sommets de la célèbre chaîne, qui longe la bordure occidentale du continent, ont soit une neige éparse, soit un sol totalement nu. Les niveaux de précipitations actuels pour l’ensemble de la Cordillère des Andes confirment qu’il n’a pas neigé du tout ou très peu.
Comme c’est en ce moment l’hiver dans l’hémisphère sud, les Andes devraient connaître des chutes de neige maximales. Les scientifiques attribuent la sécheresse des dix dernières années au changement climatique causé par l’homme. Une étude publiée en juin a prédit que les sécheresses et autres événements météorologiques extrêmes s’aggraveraient dans toute l’Amérique du Sud si les émissions de gaz à effet de serre se poursuivaient sans contrôle.
Selon un chercheur de l’Institut national de recherche spatiale au Brésil, « l’Amérique du Sud et le Brésil en particulier montrent déjà des signes du changement climatique, notamment une augmentation des températures de surface, une modification des précipitations, la fonte des glaciers dans les Andes, ainsi que des phénomènes météorologiques plus fréquents et plus intenses. Ces variations climatiques annoncent d’ores et déjà ce qui se passera dans les décennies à venir si l’augmentation des émissions de gaz à effet de serre se poursuit. »
Voici deux images satellites de l’agence COPERNICUS montrant le déficit de neige dans les Andes en juillet 2021 par rapport à l’année précédente.
Source : HuffPost.

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In the post about the low level of the Paraná River, I explained that the cause of the problem was the drought in Brazil where the river takes its source. Many other rivers in South America are facing the same problem because of the lack of snow in the Andes. Areas of the mountain range are seeing little to no snow cover at a time when snowfall should be at its highest.

Satellite images show that many peaks in the famed range, which runs along the continent’s western edge, have either sparse snow or totally bare ground. The current precipitation levels for the entire Cordillera Andes range show that it has either not snowed at all or has snowed very little.

Because it’s winter in the Southern Hemisphere, the mountain range should be seeing peak snowfall. Scientists attribute the decade-long drought to human-caused climate change. A study published in June predicted that droughts and other extreme weather events would become even worse throughout South America if greenhouse gas emissions continue unchecked.

According to a researcher at Brazil’s National Space Research Institute,“South America and Brazil in particular are already showing signs of climate change, including a rise in surface temperatures, changing rainfall patterns, melting of glaciers in the Andes, and more frequent and intense extreme weather events. These variations in the characteristics of the climate are forerunners of what will happen in the decades ahead if the unprecedented rise in greenhouse gas emissions continues.”

Here are two COPERNICUS satellite images showing the snow deficit in the Andes in July 2021 compared with the previous year.

Source : HuffPost.

Sévère sécheresse en Amérique du Sud // Severe drought in South America

Quand on voit les conditions météorologiques en France cet été, on a du mal à croire que certaines régions de la planète souffrent de chaleur et de sécheresse. C’est pourtant ce qui se passe en Amérique du Sud, où le Rio Paraná, l’une des principales voies navigables, a atteint son niveau le plus bas depuis près de 80 ans en raison d’une sécheresse prolongée au Brésil. Les scientifiques s’accordent à dire que le changement climatique est responsable de cette situation.
En péril se trouve un vaste écosystème qui distribue de l’eau potable à 40 millions de personnes, des moyens de subsistance à des communautés de pêcheurs et des agriculteurs, et permet de faire vivre un important centre d’exportation de céréales.
En Argentine, l’Institut National de l’Eau explique que le niveau du Rio Paraná, qui traverse le Brésil, le Paraguay et l’Argentine, est « le pire depuis 1944 ».
Le bas niveau de l’eau est dû à une sécheresse record au Brésil, où le fleuve prend sa source. Les régions du centre-ouest et du sud du Brésil connaissent une grave crise de l’eau. Les réservoirs sont à leur plus bas niveau depuis 91 ans et les autorités brésiliennes ont décrété l’état d’urgence pour cinq États.
Le bas niveau de l’eau fait certes partie d’un cycle naturel, mais les spécialistes expliquent que le scénario est très inquiétant en raison du changement climatique. Les écologistes ajoutent que la déforestation contribue au problème.
Le Rio Paraná et les nappes phréatiques fournissent de l’eau douce à quelque 40 millions de personnes dans des pays comme le Brésil et l’Argentine. La sécheresse du fleuve impacte le transport des marchandises. Les navires ont dû réduire leur tonnage d’environ 20 % pour pouvoir continuer à se déplacer. Les frais de transport augmentent. En 2019, 79 millions de tonnes de céréales, de farine et d’huile ont été exportées à partir de Rosario, ce qui en fait l’un des plus grands pôles d’exportation agricole au monde.
Source : Yahoo Actualités.

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When we see the poor weather conditions in France this summer, it seems strange to hear that some regions of the planet are suffering from heat and drought. This is happening in South America where the Paraná River, one of the main commercial waterways, has reached its lowest level in nearly 80 years due to a prolonged drought in Brazil. Scientist agree to say that climate change is responsible for this situation.

At peril is a vast ecosystem that includes potable water for 40 million people, the livelihood of fishing communities and farmers, and the navigability of a major grain export hub.

The National Water Institute of Argentina has defined the low water level of the Paraná River, which goes through Brazil, Paraguay, and Argentina, as “the worst since 1944.”

The low water level is due to a record drought in Brazil, where the river begins. The midwestern and southern regions of Brazil are in a big water crisis. Water reservoirs are at their lowest levels in 91 years and Brazilian authorities have issued an emergency alert for five states.

Reduced water levels are part of a natural cycle, but specialists warn that the scenario is more extreme because of climate change. Environmentalists say deforestation is contributing to the problem.

The Paraná waterway and its aquifers supply fresh water to some 40 million people in countries including Brazil and Argentina. The drought of the river is impacting the transport of goods. Vessels had to reduce their tonnage by approximately 20% to continue moving. Transport costs are increasing. In 2019, 79 million tons of grain, flour and oil were exported from Rosario, making it one of the biggest agricultural export hubs in the world.

Source : Yahoo News.

Image satellite du Rio Paraná. Le fleuve naît sur le plateau du centre-sud du Brésil par la confluence du Rio Grande et du Rio Paranaíba. Avec 4880 km, c’est le deuxième plus long fleuve d’Amérique du Sud, juste derrière l’Amazone, et le 13ème plus long du monde. (Source : Instrument MERIS (Medium Resolution Imaging Spectrometer) à bord du satellite Envisat de l’ESA)