La Science peut-elle permettre la détection des nuages de cendre volcanique? // Can Science help detect volcanic ash clouds?

En 2010, l’éruption de l’Eyjafjallajökull en Islande a déclenché une vague de panique dans le ciel et les nuages ​​de cendre ont paralysé le trafic aérien dans une grande partie de l’Europe. Dans les années qui ont suivi, plusieurs tentatives ont été faites pour essayer de trouver des solutions afin d’éviter que semblable problème se reproduise à l’avenir. Cependant, aucun progrès significatif n’a été réalisé dans ce domaine. Si un autre énorme nuage de cendre devait envahir le ciel européen, il est fort probable que les avions seraient de nouveau cloués au sol.
Un article récemment publié sur le site web Science News explique qu’un nouvel algorithme pourrait «permettre de protéger les avions contre les dangereuses cendres volcaniques». On nous dit qu’il faut cinq à dix minutes à la cendre volcanique pour atteindre une hauteur de 11 kilomètres dans le ciel et se trouver ainsi sur les couloirs des vols  commerciaux, avec un risque certain pour les moteurs des aéronefs.
Les scientifiques ont mis au point un nouvel algorithme permettant d’identifier et de suivre rapidement la trajectoire des nuages ​​de cendre produits par les éruptions. Ils expliquent qu’en utilisant des images satellites, le programme peut mesurer la température, la hauteur et la trajectoire des nuages en l’espace de trois minutes environ.
En suivant les panaches de cendre quasiment en temps réel, les scientifiques peuvent alerter les autorités compétentes et leur conseiller de modifier les bulletins d’alerte concernant les cendres volcaniques ou de modifier les trajectoires de vol des avions se dirigeant vers des éruptions potentiellement dangereuses. La nouvelle technologie pourrait être particulièrement utile pour les volcans qui ne sont pas surveillés dans les régions qui se trouvent loin de tout. Il faut savoir que sur environ 1 500 volcans actifs dans le monde, moins de 10% sont surveillés.
L’algorithme numérise les images prises par les satellites météorologiques américains et japonais en orbite autour de l’équateur et qui enregistrent les images de vastes étendues de la Terre toutes les 30 secondes.
La difficulté consiste à faire la différence entre les types de nuages, par exemple entre les nuages éruptifs et la formation de gros nuages d’orages. Dans ce cas, l’algorithme analyse la «température de luminosité». En effet, lorsque des nuages ​​de cendre surchauffés montent dans le ciel, ils refroidissent rapidement à l’approche de la stratosphère.
Les chercheurs ont mis au point l’algorithme en se basant sur 79 éruptions volcaniques observées dans les données satellitaires de 2002 à 2017. Lorsque l’algorithme a utilisé des données de générations précédentes, il a pu identifier avec précision les nuages ​​de cendre dans environ 55% des cas. À l’aide de données provenant de satellites plus récents, le programme a repéré les nuages ​​dans près de 90% des cas.

Source: Science News.

L’article montre que des progrès ont été accomplis, mais mettre face à face la Science et la Nature peut être dangereux car la Nature n’est pas une science exacte. Je ne voudrais pas être dans un avion confronté aux 10% de nuages ​​de cendre qui n’ont pas été détectés par le programme scientifique décrit dans l’article!
Source: Science News.

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In 2010, the eruption of Eyjafjallajökull in Iceland sent a wave of panic in the skies and the ash clouds paralysed air traffic in a large part of Europe. In the years that followed, several attempts were made to try and find solutions in order to avoid similar problems in the future. However, no significant progress has been made. Should another huge ash cloud invade the European skies it is highly likely that the planes will be grounded again.

A recent article released on the website Science News explains us that a new algorithm could “help protect planes from damaging volcanic ash.” We are told that it takes five to ten minutes for volcanic ash to shoot 11 kilometres into the sky  and reach altitudes at which commercial jets cruise, and potentially harm their engines.

Scientists have developed a new algorithm that can identify and track explosive ash clouds soon after volcanoes erupt. They explain that by using satellite imagery, the program can measure the temperature, height and trajectory of the expanding clouds within about three minutes.

By tracking the ash plumes in near real time, scientists can alert aviation authorities if there is a need to alter any volcanic ash advisories or change the flight paths of any planes flying toward hazardous eruptions. The new technology could be especially useful for tracking unmonitored volcanoes in remote regions. Out of the roughly 1,500 active volcanoes across the globe, fewer than 10 percent are monitored.

The algorithm works by scanning images taken by U.S. and Japanese weather satellites that zip around the equator, snapping pictures of large swaths of the Earth as frequently as every 30 seconds.

The challenge is to tell the difference between different types of clouds. To distinguish the eruption of volcanic ash clouds and the formation of large thunderstorms, for example, the algorithm analyzes the “brightness temperature”. Indeed, as superheated ash clouds surge into the sky, they cool quickly as they near the stratosphere.

The researchers trained the algorithm on 79 volcanic eruptions seen in satellite data from 2002 to 2017. When the algorithm used data from earlier satellite generations, it accurately identified ash clouds about 55 percent of the time. Using data from newer satellites, the program spotted the clouds in nearly 90 percent of cases.

Source : Science News.

The article shows us that progress is being made, but confronting Science with Nature can be dangerous as Nature is by no means an exact science. I would not like to be in a plane confronted with the 10 percent of ash clouds that were not spotted by the scientific program described in the article!

Nuage de cendre produit par l’éruption de l’Eyjafjallajökull (Islande) en 2010 (Crédit photo: Wikipedia)

Réchauffement climatique et incendies de forêts // Climate Change and Wildfires

Le lien entre changement climatique et incendies de forêt devenus plus fréquents et destructeurs est établi depuis longtemps. Les négationnistes sont maintenant de moins en moins nombreux. Deux nouvelles études publiées dans Geophysical Research Letters en mai 2018 permettent de mieux comprendre comment le réchauffement des températures augmente le risque d’incendie de forêt dans le monde.
En Californie, l’urbanisation et le réchauffement global de la planète augmentent la température du sol le long de la côte sud, réduisant par là même la couverture nuageuse et augmentant le risque d’incendies de forêt.
Dans le même temps, dans les régions méditerranéennes et tempérées de l’hémisphère sud, ce sont les éclairs qui causent les problèmes durant les orages: les incendies allumés par la foudre sont en hausse et risquent de continuer à augmenter en parallèle avec les températures à l’échelle mondiale.
Selon l’étude, la couverture nuageuse est en chute libre dans le sud de la Californie. À mesure que les nuages ​​se font moins nombreux, le risque d’incendies plus intenses devient plus important. Les chercheurs ont découvert que les nuages ​​d’été à basse altitude dans la région de Los Angeles avaient diminué de 25 à 50% depuis les années 1970. La diminution de la couverture nuageuse a été principalement causée par l’urbanisation, avec pour conséquence la hausse de la température du sol. Les chercheurs font remarquer que le réchauffement global de la planète a également contribué à cette évolution de la situation. Un sol plus chaud chasse les nuages ; la lumière directe du soleil chauffe davantage le sol, assèche la végétation et augmente le risque d’incendie.
L’étude a révélé que la superficie totale brûlée par les incendies dans le sud de la Californie n’avait pas vraiment augmenté, principalement parce que l’urbanisation a réduit la quantité de terre brûlable et parce que les techniques de lutte contre les incendies se sont améliorées.
L’étude a examiné la relation entre la fréquence des incendies déclenchés par la foudre, la hausse générale des températures et l’impact de trois phénomènes climatiques réguliers: El Niño-La Niña, le Dipôle Océan Indien (IOD) et l’Oscillation Antarctique (AAO), aussi connue sous l’appellation Oscillation Australe ou Mode Annulaire Sud (MAS).
L’étude a révélé que la hausse des températures augmentait la fréquence des incendies et intensifiait également l’influence de ces trois phénomènes climatiques sur les incendies au début du 21ème siècle, encore plus chaud que la fin du 20ème siècle.
Avec des océans plus chauds et des températures globalement plus chaudes, il y aura une évaporation et un transfert de chaleur plus élevés, et donc une fréquence plus élevée de cellules convectives génératrices de violents orages qui, à leur tour, seront la cause de plus en plus d’incendies allumés par la foudre.
Les incendies ont particulièrement augmenté en raison de l’activité de l’Oscillation Australe, du mouvement nord-sud des vents d’ouest qui entourent l’Antarctique et apportent de l’humidité à l’extrémité sud-ouest des continents de l’hémisphère sud. En effet, pendant la «phase positive» de l’Oscillation Australe, lorsque les vents d’ouest se retirent en Antarctique, le réchauffement climatique et le trou dans la couche d’ozone se combinent avec le climat pour augmenter la chaleur et diminuer les précipitations en Australie, en Afrique du Sud et en Amérique du Sud. .
À l’échelle mondiale, à moins que la répartition des précipitations se modifie, le réchauffement de la planète risque d’augmenter le nombre d’incendies dans les régions humides qui étaient auparavant trop humides pour s’enflammer, mais réduira le risque d’incendie dans les régions historiquement sèches.
Source: EcoWatch.

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The link between climate change and more frequent, severe wildfires has long been established. Those who deny this link are now fewer and fewer. Two new studies published in Geophysical Research Letters in May 2018 provided more insight into exactly how warming temperatures are increasing fire risk around the world.

In California, urbanization and global warming are increasing ground temperature along the southern coast, decreasing cloud cover and increasing the risk of wildfires.

Meanwhile, in the Mediterranean and temperate parts of the Southern Hemisphere, it is the lightning that occurs during the storms that causes the problems: Lightning-ignited fires are on the rise and likely to keep rising with global temperatures.

According to the study, cloud cover is plummeting in southern coastal California. As clouds decrease, that increases the chance of bigger and more intense fires. The researchers found low-lying summer clouds in the Los Angeles area had decreased by 25 to 50 percent since the 1970s. The decrease in cloud cover was mostly driven by urbanization, which increases the temperature of the ground, but overall global warming also contributed. Warmer ground drives away clouds, which leads the direct sunlight to heat the ground further, drying out vegetation and increasing the chance that it catches fire.

The study found that the total area burned by fires in Southern California had not increased, mostly because urbanization had also decreased the amount of burnable land and because firefighting techniques had improved.

The study looked at the relationship between the frequency of lightning-started fires, warming temperatures overall and the impact of three regular climate-altering phenomenons: El Niño-La Niña, the Indian Ocean Dipole and the Antarctic oscillation (also known as the Southern Annular Mode).

The study found that warming temperatures increased the frequency of fires, and also increased the influence of all three climate phenomena on fires in the warmer early 21st century compared to the end of the 20th.

With warmer oceans and warmer temperatures in general, there will be higher evaporation and heat transfer, and thus higher frequency of convective storms that in turn results in more lightning-ignited fires.

Fires especially increased due to the activity of the Southern Annular Mode (SAM), the north-south movement of westerly winds that circle Antarctica and bring moisture to the southwest tip of continents in the Southern Hemisphere. This is because during the « positive phase » of SAM, when the westerly winds retreat to Antarctica, global warming and the hole in the ozone layer have combined with the climate driver to increase heat and decrease precipitation in Australia, South Africa and southern South America.

Worldwide, unless global rainfall patterns change, global warming is likely to increase fires in wet regions that had previously been too humid for fires, but will decrease fires in historically dry regions.

Source: EcoWatch.

Source: ca.gov / Cal Fire

On peut voir sur ce tableau le classement des 20 incendies de forêtes les plus destructeurs en Californie. Le Carr Wildfire se positionnerait en 8ème position. On remarquera que 19 des 20 incendies ont eu lieu au 20ème et 21ème siècle.

Vue d’un pyrocumulus au-dessus d’un incendie en Californie. Ce nuage très spectaculaire se forme en général au cours de feux de forêts ou d’éruptions volcaniques mais il peut aussi se développer au-dessus de sources industrielles comme les cheminées d’usines ou d’autres sources de chaleur et de particules fines. La dynamique de formation n’est pas différente des autres nuages convectifs, la source de chaleur servant à déstabiliser l’atmosphère. (Source: Wikipedia)

La couverture nuageuse terrestre se déplace vers les pôles // The world’s clouds are moving towards the poles

drapeau francaisDans une nouvelle étude publiée dans la revue Nature, des scientifiques de plusieurs universités et institutions scientifiques américaines ont pour la première fois documenté avec précision l’un des changements planétaires les plus importants provoqués par le réchauffement climatique: Le déplacement de la couverture nuageuse terrestre vers les pôles. Les chercheurs ont remarqué que la région supérieure des nuages atteint actuellement une plus grande hauteur dans l’atmosphère. L’augmentation des concentrations de CO2 conduit à un refroidissement de la stratosphère; la troposphère située en dessous se réchauffe, ce qui signifie que les nuages peuvent monter plus haut qu’auparavant.
Sur la base de la compréhension actuelle de la physique de l’atmosphère, ce déplacement de la couverture nuageuse est prévu depuis longtemps ; les scientifiques se basent sur des simulations climatiques sophistiquées qui intègrent dans leur codage des équations fondamentales régissant le comportement de l’atmosphère.
La nouvelle étude a reconstitué des images de satellites météorologiques entre les années 1983 et 2009 pour comparer les anciennes approches du phénomène avec des observations plus récentes. Voici en quels termes les chercheurs résument les changements : « La couverture nuageuse et l’albédo ont augmenté dans la partie nord-ouest de l’Océan Indien, la partie nord-ouest et sud-ouest du Pacifique tropical, ainsi qu’au nord de l’équateur dans les océans Pacifique et Atlantique. La couverture nuageuse et l’albédo ont diminué au niveau des latitudes moyennes dans les deux hémisphères (surtout dans l’Atlantique Nord), dans la partie sud-est de l’Océan Indien, ainsi que le long d’une ligne nord-ouest / sud-est s’étendant à travers la partie centrale du Pacifique Sud tropical.  »
Le déplacement des nuages vers les pôles contribue au réchauffement climatique car dans les latitudes plus élevées un rayonnement solaire moindre frappe la Terre, donc les nuages blancs réfléchissent moins qu’ils ne le feraient s’ils étaient plus proches des tropiques et de l’équateur. Comme les nuages ont une hauteur plus importante, la colonne nuageuse s’épaissit, ce qui entraîne le piégeage du rayonnement infrarouge ou de la chaleur qui, autrement, s’évacuerait dans l’espace.

Il y a en ce moment d’autres théories concernant la couverture nuageuse ; elles s’orientent vers une aggravation du réchauffement climatique au-delà des prévisions actuelles, mais ces  hypothèses demandent à être vérifiées par la communauté scientifique.
Il est important de noter que l’étude en cours, qui s’appuie uniquement sur des observations, a détecté des changements dans le comportement des nuages mais n’a pas mis en évidence les causes du phénomène et ne s’est pas non plus attardée sur les conséquences de ces changements. En effet, les chercheurs font remarquer que, en plus du réchauffement climatique, l’atmosphère terrestre connaît une «période de récupération» suite aux niveaux élevés d’aérosols provoqués par les éruptions volcaniques majeures d’El Chichón en 1982 et du Pinatubo en 1991. Ces aérosols ont eu un effet de refroidissement et l’atmosphère est maintenant en train de reprendre le dessus.
Les changements intervenus dans la couverture nuageuse auront de toute évidence des conséquences. On observera probablement une croissance des zones dites sèches, phénomène qui est prévu depuis longtemps par les climatologues. Des régions comme la Californie et l’Afrique du Sud pourraient donc connaître des conditions plus sèches. En conséquence, l’extension des zones arides à l’échelle de la planète entraînera inévitablement une augmentation des populations touchées par la pénurie d’eau et la dégradation des terres agricoles.
Source: The Washington Post.

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drapeau anglaisIn a new study published in Nature, scientists from several U.S. universities and scientific institutions have for the first time thoroughly documented one of the most profound planetary changes yet to be caused by global warming: The distribution of clouds all across the Earth has shifted toward the poles.

The study observed this change, but a northward shifting of storm tracks was not the only effect. The tops of clouds are also now reaching higher into the atmosphere. An increase of CO2 leads to cooling of the stratosphere; the troposphere underneath is warming up, and so that means the clouds can rise up higher than they did before.

Based on our understanding of the physics of the atmosphere, the event has long been expected based on sophisticated climate simulations that embed within their coding the fundamental equations that govern the behaviour of the atmosphere.

The new study pieced together images from weather satellites between the years 1983 and 2009 to confront the pre-existing theory with observations. Here is how it summarizes the changes, region by region: « Cloud amount and albedo increased over the northwest Indian Ocean, the northwest and southwest tropical Pacific Ocean, and north of the Equator in the Pacific and Atlantic oceans. Cloud amount and albedo decreased over mid-latitude oceans in both hemispheres (especially over the North Atlantic), over the southeast Indian Ocean, and in a northwest-to-southeast line stretching across the central tropical South Pacific. »

Moving cloud tracks toward the poles enhances warming because at higher latitudes, less solar radiation strikes the Earth, so white clouds are reflecting less of it away from the planet than they would if they were closer to the tropics and the Equator. Meanwhile, higher cloud tops thicken the total column of cloud, and that means more trapping of infrared or heat radiation that would otherwise exit to space. There is now a thicker blanket, which is also a warming effect.

There are debates happening right now about other possible cloud changes that would tend to worsen warming beyond current expectations, a hypothesis that remains to be fully resolved by the scientific community.

It is important to note that the current study, based on observations, has detected changes in clouds but has not pinpointed their causes or documented the consequences of these changes. Indeed, the study notes that in addition to climate warming, a « recovery » of the atmosphere from high levels of atmospheric aerosols following the enormous volcanic eruptions of El Chichón in 1982 and Mount Pinatubo in 1991 also seems to be a contributor. Those aerosols also had a cooling effect that the globe is rebounding from.

These cloud changes will, of course, have consequence, with the growth of so-called dry zones, which has been long predicted by climate scientists. Places from California to Southern Africa could experience more dry conditions. As a consequence, the global dryland expansions will increase the population affected by water scarcity and land degradations.

Source: The Washington Post.

Nuages

Voici une vue de la couverture nuageuse de la Terre observée par le satellite Aqua de la NASA entre juillet 2002 et avril 2015. Les couleurs (elles sont bien sûr fausses) indiquent la teneur en eau – très faible en bleu et très élevée en blanc. L’Afrique saharienne et la péninsule arabique sont désertiques, avec des précipitations très rares. Parmi les zones sèches, figure l’Australie. On remarquera un liseré bleu le long de la côte Pacifique de l’Amérique Sud, entre l’Équateur et le Chili, qui correspond au désert d’Atacama. A noter la nébulosité plus faible au-dessus des océans.