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]

Les mystères autour du tableau «Le Cri» d’Edvard Munch

Le célèbre tableau « Le Cri » d’Edvard Munch vient de faire la une des journaux à propos d’une mystérieuse inscription rédigée au crayon de bois qui avait été découverte dans le coin gauche en haut de la toile. Cette inscription – « Ne peut avoir été peint que par un fou »– a longtemps nourri les conjectures sur l’identité de leur auteur. La théorie dominante voulait que les mots aient été ceux d’un spectateur indigné par l’œuvre.

Un examen par thermographie infrarouge effectué par le Musée national de la Norvège qui possède la version concernée de Le Cri vient de révéler que l’inscription est sans aucun doute de Munch lui-même.

Ce n’est pas la première fois que cette toile d’Evard Munch est source de discussions. On a longtemps pensé que Munch faisait partie des peintres qui avaient été inspirés par l’éruption du Kralatau (Indonésie) en 1883. C’est l’hypothèse émise en 2004 par des astronomes américains. Selon eux, Munch a peint un ciel fortement coloré par les particules émises par l’éruption volcanique du Krakatoa en 1883.

Toutefois, le 24 avril 2017, lors d’une réunion de la European Geosciences Union à Vienne, des scientifiques ont proposé une interprétation différente. Ils ont émis l’hypothèse selon laquelle l’inspiration d’Edward Munch se trouve dans des nuages noctulescents qui se forment de temps à autre dans des zones froides de haute altitude. Le tableau de Munch représenterait ces nuages nacrés que l’on observe parfois au-dessus de la ville d’Oslo. De tels nuages apparaissent dans les régions très froides de la stratosphère inférieure à environ 15 – 25 km d’altitude et bien au-dessus des nuages ​​troposphériques. Ils présentent des couleurs très vives après le coucher du soleil et avant l’aube car à ces hauteurs ils sont encore éclairés par le soleil. Ils se forment lorsque le méthane présent dans l’atmosphère réagit avec l’ozone.
Selon les chercheurs présents à Vienne, une éruption volcanique ne produit pas des nuages en forme de «vague» comme ceux de l’œuvre de Munch. De plus, les couchers de soleil colorés produits par une éruption volcanique sont en général présents pendant plusieurs années après un tel événement, alors que le visage horrifié du tableau de Munch traduit de toute évidence une expérience ponctuelle, comme l’artiste l’a écrit dans son journal où l’on peut lire que « le ciel est devenu soudain rouge sang ». Selon les chercheurs, « il n’est pas impossible qu’Edvard Munch ait été terrifié lorsque le ciel a soudain pris la teinte « rouge sang. » C’est donc probablement un épisode de nuages ​​noctulescents qui constitue l’arrière-plan naturel du célèbre tableau ‘Le Cri’ ».
Source : Presse internationale, Channelnewsasia.com.

Source : Wikipedia

Piton de la Fournaise (Ile de la Réunion) : Une éruption à huis clos // An eruption behind the clouds

 7 heures (heure métropole): Alors que tout le monde attendait impatiemment l’éruption du Piton de la Fournaise, les coulées de lave n’osent pas se montrer et restent cachées la plupart du temps derrière la couverture nuageuse. Les prévisions météo ne sont pas très bonnes aujourd’hui sur le volcan et l’espoir d’assister de loin au spectacle est faible.

Après le net déclin qui a suivi le début de l’éruption, le tremor se maintient à un niveau qui montre que la lave continue à avancer sur les Grandes Pentes. C’est du moins ce que l’on peut lire sur le site Réunion La 1ère.

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15 heures : Le dernier bulletin de l’OVPF émis le 11 février 2020 à 14h45 (heure locale) indique que l’éruption se poursuit. L’intensité du tremor, qui avait chuté au tout début de l’éruption, s’est maintenant stabilisée. Du fait des mauvaises conditions météorologiques aucune reconnaissance n’a pu être réalisée le 11 février, mais les faibles débits n’ont probablement pas permis au front de coulée de progresser de manière significative. Après avoir dévalé rapidement le flanc di cône sommital, la lave doit affronter un replat qui va forcément beaucoup ralentir sa progression, d’autant plus que le débit éruptif ne semble pas énorme.

Source : OVPF.

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7:00 am (Paris time): While everyone was anxiously awaiting the eruption of Piton de la Fournaise, the lava flows do not dare to show up and remain hidden mostly behind the cloud cover. The weather forecast is not very good on the volcano and the hope of seeing the show from afar is low.
After the sharp decline that followed the start of the eruption, the tremor remains at a level that shows that lava continues to advance on the Great Slopes. At least this is what we can read on the Réunion La 1ère website.

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3 pm : The latest OVPF bulletin released on February 11th, 2020 at 2:45 p.m. (local time) indicates that the eruption continues. The intensity of the tremor, which had dropped at the very beginning of the eruption, has now stabilized. Due to the poor weather conditions, no overflight could be carried out on 11 February, but the low lava output probably did not allow the flow front to progress significantly. After having quickly travelled down the flank of the summit cone, the lava must cross a flat area which will inevitably slow down its progress, all the more as the eruptive output does not seem enormous.
Source: OVPF.

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Malgré une météo pourrie et un accès difficile, mon ami Fabrice Juignier a pu saisir un aperçu de la coulée qui semble bien alimentée.

https://www.facebook.com/fabrice.juignier/videos/2793058134117751/

Photo: C. Grandpey

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)