Les scientifiques japonais ont créé le premier jeu de données à long terme sur toute l’atmosphère de la Terre
Les scientifiques japonais ont créé le tout premier jeu de données à long terme sur l’ensemble de l’atmosphère terrestre, s’étendant jusqu’à l’espace. Ils espèrent que ce projet permettra d’éclairer certains processus peu étudiés se déroulant à l’intérieur de l’enveloppe gazeuse de notre planète, y compris les magnifiques aurores boréales.
Certaines parties de l’atmosphère terrestre sont étudiées en continu avec un niveau de détail incroyable. Par exemple, des millions de stations météorologiques partout dans le monde, des centaines de ballons météorologiques et d’innombrables avions fournissent des mesures quotidiennes de toute la troposphère, la région la plus basse de l’atmosphère. Les ballons atteignent également la partie inférieure de la stratosphère, la couche située au-dessus de la troposphère. La quantité de données générées par ces mesures est si élevée qu’elle rend les modèles météorologiques informatiques modernes presque infaillibles.
Regardez un peu plus haut, cependant, et l’histoire est complètement différente. La mésosphère, la couche d’air clairsemé située au-dessus de la stratosphère qui atteint presque la limite de l’espace, est un véritable inconnu. On en sait si peu sur les processus dans la mésosphère que cette région est parfois appelée l’ignorosphère. Ce vide dans nos connaissances est le résultat de l’inaccessibilité de l’ignorosphère – elle est trop élevée pour les ballons stratosphériques et généralement trop basse pour les instruments des satellites en orbite basse autour de la Terre à explorer.
La création d’un modèle informatique
Une équipe de chercheurs de l’Université de Tokyo a tenté de résoudre ce problème en utilisant la modélisation informatique. Ils ont pris les rares mesures disponibles de paramètres météorologiques dans l’ignorosphère – obtenues par des fusées-sondes et des instruments radar et lidar terrestres – et les ont intégrées dans un nouveau système d’assimilation des données qu’ils avaient développé auparavant. L’assimilation des données est une technique qui combine la modélisation avec des observations directes pour prédire l’évolution d’un système. Le système a ensuite été chargé de reconstituer ce qui se passe peut-être dans la mésosphère pour combler les vides.
Les chercheurs japonais ont utilisé le modèle pour générer 19 ans de données couvrant l’évolution de l’ensemble de l’atmosphère jusqu’à une altitude de 110 kilomètres (68,4 miles). Ils ont ensuite utilisé des mesures supplémentaires des vents mésosphériques obtenues par un radar terrestre pour vérifier certains paramètres dans le modèle afin de gagner en confiance dans ses résultats.
Exploration des phénomènes mystérieux
L’ensemble de données couvre la période entre septembre 2004 et décembre 2023 et permettra aux chercheurs d’explorer et de modéliser certains des phénomènes mystérieux qui se produisent à des altitudes plus élevées, y compris les auroras boréales et australes.
Pour la troposphère et la stratosphère, nous disposons de nombreuses données, et la modélisation numérique pour cette région est presque parfaite, a déclaré Kaoru Sato, professeur de physique atmosphérique à l’Université de Tokyo et chercheur principal derrière le projet, à Space.com. Dans la région supérieure, les modèles ne fonctionnent pas aussi bien car ils n’ont pas de données précises sur les conditions initiales. Notre ensemble de données peut fournir cela. L’ignorosphère est la région atmosphérique où de nombreux effets liés aux conditions spatiales se produisent.
Les données aideront également les chercheurs à mieux modéliser comment les processus dans la basse atmosphère affectent l’ionosphère, la partie de l’atmosphère au-dessus des altitudes de 50 miles (80 km), où les particules gazeuses sont constamment ionisées par le vent solaire. Sato a déclaré que les ondes atmosphériques, y compris les ondes gravitationnelles et les ondes de marée à l’échelle mondiale, affectent le dynamo ionosphérique, un processus qui génère un courant électrique autour de la planète grâce à l’interaction entre les lignes de champ magnétique de la Terre et les mouvements de l’air ionisé de l’ionosphère.
De nouvelles découvertes possibles
Les chercheurs espèrent que leur ensemble de données les aidera à résoudre d’autres mystères, comme le phénomène étrange connu sous le nom de couplage inter-hémisphérique, observé pour la première fois à la fin des années 2000.
Le couplage inter-hémisphérique est une connexion présumée entre la mésosphère antarctique et la stratosphère arctique, dans laquelle des nuages rarement observés à haute altitude apparaissent et disparaissent régulièrement en même temps, généralement au mois de janvier, explique Sato.
Si nous voulons comprendre les mécanismes derrière ce couplage inter-hémisphérique, nous avons besoin de données, a déclaré Sato. Notre jeu de données peut fournir des informations très précieuses pour aborder ce couplage.
Un article décrivant les travaux de l’équipe japonaise a été publié dans la revue Progress in Earth and Planetary Science le 10 janvier.
