Depuis les airs, des scientifiques cartographient le vaste manteau neigeux de la Californie

Volant à des milliers de pieds au-dessus de la Sierra Nevada dans un avion équipé d'appareils d'imagerie spécialisés, Elizabeth Carey a scanné les montagnes avec des lasers pour cartographier avec précision la neige.

La neige recouvrant la Sierra est si profonde que la chaîne de montagnes semble étonnamment gonflée et "gonflée", a déclaré Carey, qui dirige les vols dans le cadre d'un programme financé par l'État.

"La quantité d'eau que nous avons dans le manteau neigeux cette année est tout simplement époustouflante", a-t-elle déclaré. "Ça a juste été extraordinaire."

En cartographiant le manteau neigeux avec des impulsions laser et des spectromètres, Carey et ses collègues sont en mesure de fournir une image détaillée de l'une des plus grandes accumulations de neige jamais enregistrées dans l'État. Les vols collectent également des données pour estimer quand et à quelle vitesse la neige fondra, aidant les responsables californiens à se préparer au ruissellement, à gérer les rejets d'eau des barrages et à évaluer les zones les plus exposées aux inondations.

Leurs mesures, ainsi que les estimations d'autres chercheurs, montrent que lorsque le manteau neigeux a atteint son apogée en avril, il contenait environ 40 millions d'acres-pieds d'eau, soit presque autant que la capacité totale de tous les réservoirs de l'État réunis. Bien qu'une partie de cette neige ait commencé à fondre à des altitudes plus basses, une grande partie reste dans les montagnes, ouvrant la voie à une fonte à grande échelle, ainsi qu'à d'énormes débits fluviaux qui pourraient inonder certaines communautés de basse altitude.

Pour aider à se préparer à l'assaut de la fonte des neiges, les gestionnaires de l'eau de l'État et les responsables des urgences s'appuient sur les relevés aériens approfondis fournis par l'employeur de Carey, Airborne Snow Observatories Inc.

Lors de la collecte de données à partir de 23 000 pieds, les équipes de vol ont eu un point de vue rare pour assister à la transformation spectaculaire des montagnes en contrebas. Dans certaines régions, ils ont mesuré des congères de 80 pieds de profondeur ou plus. Les falaises qui jadis dépassaient des flancs des montagnes ont été enterrées, disparaissant dans les pentes blanches.

"Cela ressemble à un paysage arctique", a déclaré Thomas Painter, spécialiste des neiges et directeur général d'Airborne Snow Observatories. "Chaque fois que nous volons en ce moment, nous mesurons l'histoire."

Dans toute la Sierra Nevada, le manteau neigeux de cette année a culminé à environ 2,7 fois la moyenne, pesant environ 55 milliards de tonnes, selon Painter.

Depuis cette semaine, le manteau neigeux s'élève à plus de 300% de la moyenne pour cette période de l'année, et le sud de la Sierra est enseveli sous une neige qui mesure plus de quatre fois la moyenne de la mi-mai.

"Ce sera la référence par rapport à laquelle les années suivantes seront mesurées", a déclaré Painter.

Les relevés aériens ont permis aux scientifiques d'obtenir des estimations de neige beaucoup plus détaillées que par le passé. Auparavant, ils s'appuyaient en grande partie sur des capteurs de neige automatisés ainsi que sur des relevés manuels dans lesquels des spécialistes parcouraient les montagnes et enfonçaient des tubes métalliques dans la neige pour mesurer la teneur en eau.

L'entreprise utilise trois avions pour étudier la neige bassin versant par bassin versant, du bassin de la rivière Yuba au bassin de la rivière Kings. Les équipages de conduite ramènent des disques durs chargés de données, qui alimentent des modèles informatiques qui génèrent des prévisions détaillées du ruissellement et du débit.

Les nouvelles méthodes, a déclaré Painter, sont comme "tout d'un coup passer de la radio à la télévision haute résolution".

Les levés aériens fournissent une image tridimensionnelle de chaque bassin versant qui est similaire à un scanner, aidant à guider les décisions concernant l'évacuation de l'eau des barrages dans des conditions de débit élevé, a déclaré Wes Monier, hydrologue en chef du district d'irrigation de Turlock. Le district gère les rejets du réservoir Don Pedro, qui est maintenant plein à 73 %.

"Cela change la donne dans la compréhension de la façon de procéder à ces rejets d'inondation", a déclaré Monier. "Nous n'avons jamais eu cette intelligence auparavant."

La société fournit des données au Département des ressources en eau de l'État, qui utilise ces informations pour compléter les mesures de son réseau de 130 capteurs de neige à travers la Sierra Nevada.

Les données sont également utilisées par d'autres organismes. Lorsque des avalanches ont enterré la route 395 et renversé des lignes électriques près de Mono Lake, l'équipe a survolé la région et cartographié la neige, transmettant les données à Caltrans et à Southern California Edison.

Carey, un ancien astrophysicien de la NASA, s'est récemment accroupi sous le ventre d'un avion à l'aéroport de Mammoth Yosemite et a souligné un cylindre rempli de gadgets et d'objectifs, dont deux caméras haute résolution, deux spectromètres et le système lidar à double balayage laser.

Dans chaque bassin versant, l'équipage volera dans une série de lignes aller-retour.

"Nous venons de tondre la pelouse au-dessus de la Sierra Nevada et de tirer des impulsions laser depuis le bas de l'avion", a déclaré Carey. "Nous tirons environ un demi-million d'impulsions laser par seconde."

Les lasers pénètrent à moins d'un centimètre dans la neige, permettant à l'équipe de comparer chaque mesure aux lectures sans neige du paysage, révélant la profondeur du manteau neigeux.

"Nous allons aussi vite que possible", a déclaré Carey. "Nous pouvons obtenir tellement d'informations juste à partir d'un court vol de six heures."

L'un des avions loués, un King Air 90, n'est pas pressurisé comme un avion de ligne ordinaire, obligeant l'équipage à utiliser des masques à oxygène pour respirer l'air raréfié.

Ils terminent généralement leurs vols de prospection en juin. Mais avec tant de neige cette année, ils prévoient de continuer à voler jusqu'en août.

Les spectromètres qui regardent vers le bas depuis l'avion capturent des images dans des centaines de longueurs d'onde, du spectre visible à l'infrarouge à ondes courtes. Cela mesure l'albédo, ou la réflectivité, de la neige - un facteur clé de la rapidité avec laquelle elle fondra.

Lorsque la neige reste au sol pendant des semaines ou des mois, les grains de neige grossissent, absorbent plus de lumière solaire et accélèrent la fonte. Si de la poussière a soufflé sur la neige, la surface plus sombre conduira également à une fonte plus rapide. Mais cette année, les tempêtes ont déposé à plusieurs reprises de la poudreuse fraîche, laissant un manteau neigeux très réfléchissant.

La première semaine de mai, une rare tempête de fin de saison a apporté une autre couche de neige fraîche. Painter a déclaré que la haute réflectivité de la neige avait ralenti la fonte initiale.

Bien au printemps, a-t-il dit, le manteau neigeux est resté "très propre, très brillant", reflétant la lumière du soleil et restant en grande partie gelé.

Ces derniers jours, cependant, il a déclaré que le manteau neigeux s'était assombri à basse altitude. Les températures ont augmenté et la fonte s'est accélérée.

Dans le sud de la vallée de San Joaquin, le ruissellement a rempli le lac Tulare, asséché depuis longtemps, inondant des dizaines de milliers d'acres de terres agricoles. La fonte des neiges menace également les villes basses à proximité.

Certains qui gèrent les réservoirs de Californie ont comparé la fonte des neiges de cette année à "un train fou que vous pouvez voir et prévoir assez bien, mais que vous ne pouvez tout simplement pas arrêter", a déclaré Noah Molotch, chercheur au NASA Jet Propulsion Laboratory qui estime la neige équivalent en eau à travers la Sierra. "Ils ont une assez bonne idée de la quantité d'eau qui va entrer dans leurs systèmes. Ils n'ont tout simplement nulle part où mettre l'eau."

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Le manteau neigeux est si profond qu'il contient actuellement environ 30 millions d'acres-pieds d'eau - plus d'eau que le lac Mead, le plus grand réservoir du pays.

Le rythme de la fonte dépendra des températures dans les semaines à venir. Si le ruissellement de la fonte des neiges arrive à un rythme modéré, il sera plus gérable, a déclaré Molotch.

Selon les tendances actuelles, certains bassins versants de la Sierra atteindront leur débit de pointe de la mi-mai à la fin mai, tandis que d'autres culmineront en juin, a déclaré Molotch.

Lui et d'autres experts avertissent que même si l'importante accumulation de neige a soulagé l'approvisionnement en eau de la Californie après trois années extrêmement sèches, les problèmes d'eau à long terme de l'État demeurent et deviendront plus aigus à mesure que le climat continue de se réchauffer.

Le passage extrême de la sécheresse record à cette année de neige historique démontre le phénomène de "coup de fouet climatique" auquel l'État doit se préparer, a déclaré Mark Gold, directeur des solutions de pénurie d'eau pour le Natural Resources Defense Council.

"Cela devrait faire comprendre à tout le monde que la façon dont nous gérons les ressources en eau en Californie doit changer", a déclaré Gold. "Nous devons planifier les extrêmes climatiques de manière plus appropriée, et ce n'est pas quelque chose que nous faisons de manière adéquate en tant qu'État."

Gold a déclaré que cela comprend la planification de projets visant à capter beaucoup plus d'eau lors de débits extrêmement élevés pour reconstituer les eaux souterraines épuisées dans la vallée de San Joaquin. Il a déclaré que la préparation aux extrêmes nécessite également l'utilisation de la meilleure science disponible, y compris la télédétection par avions et satellites.

Climat & Environnement

Un nouveau plan d'État pour la vallée centrale appelle à dépenser jusqu'à 30 milliards de dollars sur 30 ans pour se préparer aux dangers.

Painter a déclaré que les relevés aériens de la neige sont devenus "une partie de l'infrastructure hydraulique de l'État" et sont essentiels pour améliorer la gestion de l'eau, car le changement climatique déclenche des fluctuations plus intenses entre les périodes de sécheresse et les conditions extrêmement humides.

Painter a commencé le programme en 2013 alors qu'il travaillait au JPL à La Cañada Flintridge. À l'aide d'un seul avion, lui et son équipe ont mesuré le plus petit manteau neigeux jamais enregistré en 2015, puis ont étudié la neige profonde en 2017, lorsque le ruissellement a rempli les réservoirs de l'État.

Painter a quitté la NASA en 2019, poursuivant le travail par le biais d'un spin-off en transférant la technologie à Airborne Snow Observatories, une nouvelle société d'utilité publique. L'entreprise compte aujourd'hui 22 salariés.

L'équipe de Painter a effectué 42 vols au-dessus de la Sierra Nevada jusqu'à présent cette année. Il a également survolé le bassin du fleuve Colorado et d'autres parties de l'Ouest pour collecter des données.

Dans la Sierra Nevada, les responsables de l'État continuent d'exploiter le réseau de capteurs de neige automatisés et d'effectuer des relevés manuels dans environ 250 emplacements. Ces mesures au sol s'ajoutent aux données des relevés aériens.

"Cela nous donne pour la première fois, vraiment jamais, une véritable comptabilité à l'échelle du bassin versant", a déclaré David Rizzardo, responsable de la section hydrologie du Département des ressources en eau. "Et il le fait avec une extrême précision."

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Les chutes de neige épiques à Mammoth Lakes sont devenues un cauchemar pour les résidents de cette communauté de stations de ski californiennes.

Les vols ont arpenté 12 des 18 bassins montagneux surveillés par l'État, volant généralement trois ou quatre fois par an dans chaque bassin versant. Rizzardo a déclaré que l'objectif de l'État est d'étendre le programme aux 18 bassins versants et de voler six à huit fois par an dans chacun.

Sur le plan personnel, Painter a déclaré qu'il se sentait heureux de voir toute la neige. À côté de sa maison à Mammoth, la neige a atteint jusqu'à 20 pieds de profondeur. Il a hâte de skier tout l'été.

Au cours de ses années d'étude de la neige dans la Sierra Nevada, Painter a vu les glaciers reculer avec la hausse des températures. Ce manteau neigeux rare et lourd fera une année de formation de glaciers, mais il s'attend à ce que l'expansion ne dure pas longtemps.

"Nous savons qu'avec le changement climatique, nous n'allons pas voir beaucoup plus de grandes années enneigées. Beaucoup d'entre elles vont se transformer en pluie, de plus en plus de pluie", a déclaré Painter.

"Et donc il y a quelque chose de très sentimental là-dedans", a-t-il déclaré. "Je pense que nous sommes vraiment, vraiment chanceux de vivre une année comme celle-ci."