Le week-end dernier, un blizzard majeur a recouvert la côte Est des États-Unis d'un manteau de neige poudreuse. À certains endroits, les vents hivernaux ont dépassé 110 km/h, tandis que les chutes de neige ont accumulé plus de 30 cm. Malgré les vents violents et la faible visibilité qui ont annulé plus de 5 000 vols dans les aéroports du Nord-Est, deux petits avions équipés de capteurs scientifiques ont bravé la tempête, la suivant le long de la côte atlantique.
Les pilotes, techniciens et chercheurs à bord devaient simultanément piloter l'appareil, actionner les instruments et suivre les instructions précises de l'équipe au sol. « Imaginez recevoir ces données comme un torrent et être dans un avion ballotté par la turbulence d'une tempête de neige », explique Sandra Yuter, experte en météorologie et climat à la North Carolina State University, scientifique principale de la mission supervisant les vols depuis le sol. « C'est extrêmement intense ; on revient épuisé. »
Ce vol s'inscrivait dans la deuxième série d'expériences aériennes de chasse aux tempêtes lancées en 2020, dans le cadre de l'enquête IMPACTS de la NASA sur la microphysique et les précipitations des blizzards menaçant la côte atlantique. En survolant et traversant les nuages, ces deux avions de recherche collectent des données in situ pendant que les tempêtes se déploient, offrant une perspective inédite sur leur formation et leur évolution.
En décryptant la nature de ces tempêtes hivernales, les scientifiques de l'atmosphère visent à améliorer les prévisions des chutes de neige potentiellement dangereuses. « Nous connaissons bien la structure générale des tempêtes, mais pas pourquoi l'intensité des chutes varie d'un événement à l'autre », précise Lynn McMurdie, professeure agrégée de recherche à l'Université de Washington et responsable principale d'IMPACTS. Le projet cible les phénomènes météorologiques hivernaux des latitudes moyennes du Nord-Est américain. Ces tempêtes surviennent toute l'année, mais sont plus intenses en hiver ; en été, les températures plus chaudes font fondre la neige en pluie.
Les blizzards du Nord-Est rendent les routes glissantes, provoquent des accidents en chaîne et déclenchent des alertes blizzard. Pourtant, les prévisions manquent souvent de précision, comme pour celle du week-end dernier. « Les modèles variaient énormément », note McMurdie, qui supervisait aussi les opérations au sol. « On savait qu'elle arrivait, mais pas si elle frapperait New York, jusqu'où elle irait à l'intérieur des terres ou si elle resterait en mer. »
Lorsque @NASA_Wallops est fermé en raison de la même tempête que vous souhaitez prenez l'avion, vous amenez le centre des opérations dans une salle de conférence d'hôtel ! Sur la photo, le chef de projet @McMurdieLynn, les coordonnateurs de vol et les scientifiques de la mission pour l'événement d'aujourd'hui. @NASAEarth pic.twitter.com/E6Vs5zbadO
– IMPACTS (@SnowIMPACTS) 29 janvier 2022
Le timing et les zones les plus touchées sont difficiles à anticiper, surtout à long terme, souligne Yuter. « Une prévision peut indiquer 8 à 20 cm de neige, débutant l'après-midi et se prolongeant en soirée. C'est une fourchette immense. »
Pour réduire cette incertitude, l'équipe étudie les bandes de neige, ces rubans étroits et longs qui déversent des quantités massives de précipitations. « La répartition des précipitations n'est pas uniforme », explique McMurdie. « Les bandes expliquent en partie ces variations. »
Il existe deux types principaux : les bandes primaires, longues couvrant plusieurs États, et les bandes multiples, plus petites et groupées. Leur présence détermine pourquoi une ville accumule des dizaines de centimètres tandis que la voisine n'en reçoit que quelques-uns, selon Yuter.
L'équipe analyse les propriétés des particules nuageuses – taille, teneur en eau, quantité – pour expliquer ces intensités. « La neige n'est pas toujours des dendrites parfaites ; c'est souvent irrégulier », dit McMurdie. Dans une tempête dynamique, l'air ascendant refroidit et condense en fines gouttelettes qui fusionnent avec la glace, formant la neige détectée par radar.
Ces signaux radar intenses ne signifient pas toujours plus de neige au sol. « De nombreux facteurs entrent en jeu ; une forte réflectivité peut indiquer de plus gros flocons », précise-t-elle.
De la formation dans les nuages à l'arrivée au sol, il s'écoule une à deux heures, durant lesquelles les particules évoluent selon les conditions atmosphériques.
« Chaque tempête est unique », ajoute McMurdie. « Celle-ci présentait des bandes chaotiques partout. »
Les bandes de neige sont observées depuis longtemps par radar, mais leur genèse reste mystérieuse. Pour les percer, IMPACTS déploie deux avions NASA : le P-3 Orion, qui traverse les nuages jusqu'à 8 000 m pour échantillonner neige, température et humidité ; et l'ER-2, qui survole à 20 000 m avec des instruments satellitaires-like, offrant une résolution supérieure.
Les équipes au sol complètent avec des radars nuages.
La préparation anticipe les tempêtes : pour le 29 janvier, le P-3 a été repositionné de Wallops (Virginie) à Dayton (Ohio). Le vol a duré huit heures, dont six dans le cœur de la tempête. Généralement calmes, ces blizzards ont surpris par leur turbulence au-dessus du golfe du Maine.
« Mère Nature réserve des surprises », commente Yuter. « Cette tempête affaiblie était plus agitée que prévu. »
Le projet @SnowIMPACTS de la NASA collecte d'excellentes données sur le blizzard. Le radar @UofOklahoma @raxpol et une équipe de @UofIllinois sont à Plymouth MA. Université Stony Brook. @SoMAS collecte des données du campus et de Smith Point NY. L'équipe @millersvilleu est à Brick NJ. pic.twitter.com/wmnldGBPmL
– Région Est du NWS (@NWSEastern) 29 janvier 2022
Les analyses post-vol élucideront ces turbulences. L'équipe suit la prochaine tempête majeure avec des vols prévus. Grâce à des technologies avancées, IMPACTS fournira des données pour mieux intégrer les bandes de neige aux modèles. « On ne stoppera pas les tempêtes, mais des prévisions précises permettront une meilleure préparation », conclut McMurdie. « J'espère améliorer les alertes futures. »
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