Le rôle joué par les nuages dans le changement climatique
Nous savons depuis les années 1970 que les nuages jouent un rôle important pour le climat et qu’ils sont essentiels pour relever les défis consistant à modéliser et à prédire avec précision le climat et le changement climatique. «Vous ne pouvez pas déterminer la mesure dans laquelle vous devez réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) pour limiter le réchauffement planétaire en deçà d’un seuil à moins que vous ne connaissiez la sensibilité de la température de la Terre à une hausse donnée de concentration des GES», explique Sandrine Bony, coordinatrice du projet EUREC4A, qui a été financé par le Conseil européen de la recherche. Grâce à des expériences inédites, EUREC4A a étudié le rôle de la convection et de la circulation dans la réponse des nuages au changement climatique, en plus du rôle de l’auto-agrégation de la convection.
La complexité des informations fournies par les nuages
EUREC4A s’est inspiré des débats scientifiques relatifs au grand défi du Programme mondial de recherches sur le climat sur les nuages, la circulation et la sensibilité climatique, que Sandrine Bony coordonne depuis plus de dix ans. Selon les modèles climatiques, la réponse des nuages au réchauffement contrôle considérablement la sensibilité des températures de la Terre aux variations de concentrations en GES. Mais la réaction des petits cumulus peu profonds, comme ceux que l’on trouve dans les alizés des régions tropicales, était plutôt incertaine. La plus forte réponse s’expliquerait par l’«hypothèse du mélange et de la dessiccation», selon laquelle lorsque les nuages s’élèvent, ils forcent l’air plus sec à descendre («mélange»). Ce processus assèche (par «dessiccation») la couche inférieure des nuages, diminuant la couverture nuageuse globale et limitant ainsi la réflexion du soleil. «Malgré l’importance de ce comportement pour comprendre le changement climatique, les difficultés liées à l’observation directe empêchaient de tester l’hypothèse in situ, et la modélisation avait produit une incertitude considérable», explique Sandrine Bony qui travaillait pour le Centre national de la recherche scientifique français, l’hôte du projet.
Les premières expériences sur le terrain réfutent l’hypothèse
Les expériences sur le terrain ont eu lieu au-dessus de l’océan Atlantique occidental tropical, près de la Barbade, au début de l’année 2020. Quatre aéronefs, quatre navires et de nombreux drones aériens et aquatiques ont été déployés pour observer les nuages, l’atmosphère et la couche supérieure de l’océan, de l’échelle microscopique à l’échelle synoptique. L’équipe a mesuré, pour la première fois, la zone de nuages à la base de la couche nuageuse avec un lidar et un radar aéroportés à pointage horizontal. Autre démarche inédite, plus de 800 catasondes ont mesuré le mouvement vertical lent de l’air à l’échelle méso afin d’estimer le flux de masse convectif et donc le mélange vertical. L’équipe a découvert que le «mélange» ne dessèche pas la couche inférieure des nuages, et ne diminue donc pas la quantité de nuages près de la base nuageuse. En réalité, le couplage étroit entre les nuages et les mouvements de convection, en plus des circulations atmosphériques à l’échelle méso, contrent l’effet du mélange sur l’humidité. «Les nuages sont davantage poussés de manière dynamique par des circulations à petite échelle que de manière thermodynamique par des variations d’humidité. Alors que les modèles climatiques qui prédisent la plus forte amplification du réchauffement planétaire par des cumulus peu profonds prédisent généralement le contraire, cela suggère que leurs hypothèses sur les réponses des nuages étaient fausses», ajoute Sandrine Bony.
Les amas nuageux
Les nuages peu profonds au-dessus des océans subtropicaux chauds présentent une grande variété de dispositions spatiales, mais elles n’avaient jamais été caractérisées jusqu’à présent. EUREC4A a développé une classification des formes les plus importantes, d’abord à partir d’une analyse visuelle des images satellitaires, ensuite en utilisant des radiances satellitaires. Des nuages profonds peuvent également s’accumuler et former des agrégats. EUREC4A a révélé que ces derniers interagissent avec la température et le rayonnement à la surface de la mer, affectant le climat à l’échelle planétaire, et influençant la largeur des ceintures de pluies tropicales et les extrêmes de précipitations. «Nos conclusions ont favorisé un nouveau champ de recherche sur les processus physiques inhérents aux différents schémas, tout en servant de référence pour évaluer les modèles numériques», souligne Sandrine Bony. L’équipe souhaite désormais mieux comprendre les processus physiques inhérents à l’organisation à l’échelle méso de la convection (peu profonde et profonde), ainsi que son changement potentiel lors du réchauffement planétaire. «De nombreuses études de modélisation abordent cette question mais manquent de données d’observation, c’est désormais la priorité de mes recherches», conclut Sandrine Bony.
Mots‑clés
EUREC4A, changement climatique, nuages, rayonnement, convection, précipitation, Terre, sensibilité, alizé, cumulus, gaz à effet de serre
