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Décembre 2017

1/1 Automne 2017 : plusieurs nouveaux satellites pour la météo et le climat

Jean Pailleux

Sentinel-5P et la chimie atmosphérique

Le 13 octobre 2017, le satellite européen Sentinel-5P (de l'ESA) a été lancé avec succès depuis la base de Plesetsk, dans le nord de la Russie. La mission principale des satellites Sentinel-5 (dont Sentinel-5P est le précurseur) concerne la chimie atmosphérique : mesurer la concentration de nombreux gaz atmosphériques et des aérosols, en appui des applications de surveillance de la qualité de l'air et de l'évolution du climat. Pour prolonger Sentinel-5P dans les prochaines années, c'est le satellite METOP (Seconde Génération) qui embarquera les instruments de la mission Sentinel-5 (convergence des missions européennes METOP et Sentinel-5, opérées par EUMETSAT).

Sentinel-5P est placée sur une orbite héliosynchrone (nœud ascendant : 13h30) à 824km d'altitude. Son instrument TROPOMI (Tropospheric Monitoring Instrument) est un ensemble de spectromètres destinés à fournir des mesures de la composition atmosphérique, en particulier des gaz à effet de serre tels que le gaz carbonique et le méthane. Il va permettre d'avoir une couverture globale en observations de dioxyde d'azote (NO₂), un polluant clé pour la chimie atmosphérique, avec une résolution nettement améliorée.
Pour une information complète sur les mesures de cet instrument, voir la page TROPOMI du site OSCAR de L'Organisation Météorologiqie Mondiale.

Tous les centres opérant des modèles globaux de chimie atmosphériques sont appelés à utiliser en temps réel les observations de ce satellite. Les mesures de Sentinel-5P sont essentielles en particulier pour le programme européen CAMS (Copernicus Atmospheric Monitoring Service) qui est opéré par le CEPMMT (Centre Européen de Prévision Météorologique à Moyen Terme).

Image d'artiste du satellite Sentinel-5P (Source : ESA/ATG medialab)

JPSS-1 (alias NOAA-20) pour la météorologie et le climat

Le 18 novembre 2017, le satellite américain JPSS-1 (1er de la série «Joint Polar Satellite System») a été lancé avec succès depuis la base de Vandenberg, en Californie. Renommé officiellement «NOAA-20» après sa mise en orbite, il prolonge la série NOAA de satellites météorologiques opérationnels, vieille de plus de quarante ans, mais maintenant équipée des instruments les plus modernes. Certains de ces instruments contribuent de façon significative à la chimie atmosphérique ainsi qu'à l'observation de l'ionosphère.

NOAA-20 est placée sur une orbite héliosynchrone (nœud ascendant : 13h30) à 824km d'altitude, la même orbite que Sentinel-5P. Le choix des orbites héliosynchrones de NOAA-20, de METOP (nœud descendant : 9h30) et du satellite de la Défense américaine DMSP (nœud descendant : 5h30) a été fait de façon à optimiser la couverture globale de données, du moins pour les sondeurs et imageurs qui sont embarqués sur ces trois types de satellite. Pour NOAA-20, citons en particulier le sondeur infra-rouge CRIS qui fournit des données très semblables à celles de l'instrument IASI sur METOP. La couverture de données CRIS, ici illustrée pour le satellite SNPP (Suomi NPOESS Preparation Programme – le précurseur de NOAA-20), devrait être très semblable pour ce nouveau satellite.

Données obtenues à Météo-France à partir du sondeur CRIS du satellite américain SNPP, le 4 décembre 2017, pour la période de 6h allant de 9h à 15h UTC. On attend une couverture semblable pour NOAA-20 qui est sur la même orbite. Source : Météo-France

L'ensemble des instruments de NOAA-20 est décrit sur le site OSCAR de L'Organisation Météorologiqie Mondiale.

Le sondeur micro-onde ATMS et l'imageur infra-rouge VIIRS sont semblables aux instruments ayant déjà volé sur d'autres satellites et largement utilisés en prévision numérique du temps comme dans les réanalyses.
D'autres capteurs sont relativement nouveaux, par exemple :

• l'instrument OMPS (Ozone Mapping and Profiler Suite) qui permet de mesurer des concentrations de gaz (O3, NO2, SO2,etc...) ;
• les instruments « SEM... » conçus pour observer l'ionosphère et surveiller la «météo de l'espace».
  

Image d'artiste du satellite NOAA-20 (alias JPSS-1). Source : NOAA/NESDIS

Pour en savoir plus sur NOAA-20 et l'ensemble des satellites de cette série, voir par exemple le site de la NOAA.

Le satellite chinois FY-3D

Le 14 novembre 2017, le satellite chinois FY-3D (4e de la série Feng-Yu-3) a été lancé avec succès depuis la base chinoise de Taiyuan.

Ses multiples instruments en font un satellite assez semblable aux satellites européens METOP et aux satellites américains JPSS. Comme ces derniers, sa mission principale est la météorologie opérationnelle, avec aussi une contribution importante à la chimie atmosphérique et à la météo de l'espace (ionosphère).

Placé à 836km d'altitude sur une orbite héliosynchrone (nœud ascendant 14h00), FY-4D est aussi très proche de JPSS-1 par son orbite et donc par sa couverture de données. Son prédécesseur, FY-3C (le 3e de la série) est le premier satellite chinois dont les données ont commencé à être utilisées dans l'assimilation globale de Météo-France. La carte jointe montre en couleur mauve les données de l'instrument micro-onde MWHS2 disponibles à Météo-France à partir du satellite FY-3C dont l'orbite est très proche de celle de METOP (couleur bleue).

Données obtenues à Météo-France le 5 décembre 2017 à partir des sondeurs micro-onde (canaux sensibles à l'humidité atmosphérique uniquement) embarqués sur divers satellites héliosynchrones, pour la période de 6h allant de 9h à 15h UTC. Le satellite FY-3C et son instrument MWHS2 apparaît en couleur mauve.On attend une couverture semblable pour FY-4D mais sur une orbite héliosynchrone décalée d'environ 4h. Source : Météo-France.

Les différents instruments de FY-3D sont documentés sur le site OSCAR de L'Organisation Météorologiqie Mondiale.

Notons le sondeur infra-rouge HIRAS dont la fiche descriptive (accessible à partir du lien précédent) marque un saut technologique par rapport à son prédécesseur IRAS (sur FY-3C). Notons aussi que, comme METOP et contrairement à NOAA-20, FY-3D dispose d'un récepteur GNSS (appelé GNOS) qui permettra d'obtenir des données météorologiques de radio-occultation.

Perspectives pour 2018

On trouve une liste exhaustive des satellites d'observation de la Terre récemment lancés et à lancer prochainement sur le site OSCAR de L'Organisation Météorologiqie Mondiale.

Mis sur orbite à l'automne 2017 on peut noter un satellite marocain (Mohammed-VI-A) ainsi que deux satellites de la série américaine SkySat. Ils sont équipés d'imageurs pour observer la surface terrestre à haute résolution dans le visible et l'infra-rouge.

Sous l'onglet «Planned launches 20xx» (colonne de droite du lien web), on note que le satellite japonais GCOM-C1 doit être lancé le 23 décembre 2017 : sur une orbite polaire héliosynchrone, son imageur SGLI est prévu surtout pour obtenir des données relatives à la couleur de l'océan, à la végétation et aux aérosols. Dans la série européenne du programme Copernicus, le lancement de Sentinel-3B (surfaces océanique et continentale) est prévu au printemps 2018.

2018 devrait voir le lancement de la 2^e constellation COSMIC de 6 satellites équipés de récepteurs GNSS, la première constellation, maintenant en fin de vie, ayant fait ses preuves en matière de fourniture opérationnelle de données de radio-occultation, observations très efficaces pour documenter la structure verticale de la température et de l'humidité atmosphérique à grande échelle.

La fin 2018 devrait enfin voir le lancement du satellite européen ADM-AEOLUS : mission expérimentale de l'ESA destinée à obtenir à partir d'un lidar embarqué des observations de profils verticaux de vent. Si cette mission (purement exploratoire) s'avère couronnée de succès, ce sera la première fois que l'on observera depuis l'espace la structure verticale du vent. ADM-AEOLUS ouvrira alors la voie à d'autres missions «lidar vent» destinées à l'observation opérationnelle du vent global. En effet jusqu'à présent les satellites n'ont pu obtenir des observations de vent qu'à quelques niveaux dans l'atmosphère : la surface des océans, le sommet de la couche limite, la tropopause... Jusqu'à présent les seules observations directes permettant de caractériser la structure verticale du vent sont les radiosondages (ballons-sondes), les mesures d'avion au-dessus des aéroports et les réseaux de profileurs (télédétection à partir du sol).

Voir le site OSCAR.

Enfin, concernant l'observation du vent, notons la mission exploratoire de la NASA CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System). Il s'agit d'une constellation de 8 micro-satellites lancés en décembre 2016 . Les satellites sont équipés de récepteurs GPS mis en œuvre de façon à restituer le vent à partir de la rugosité de l'océan, en ciblant particulièrement les zones océaniques sous les cyclones tropicaux.

Voir le site OSCAR.