Étudier la glace des nuages pour améliorer les prévisions météorologiques
Les nuages sont un élément essentiel du système énergétique de la Terre. Ils fournissent de l’eau douce et contribuent à réguler le climat. Mais les nuages en phase mixte, ceux qui contiennent à la fois de l’eau et de la glace, constituent la plus grande source d’erreur dans les prévisions climatiques et météorologiques. Financé par le programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet SIMPHAC améliore les modèles prédictifs en décrivant deux mécanismes de formation secondaire de la glace.
Formation de glace dans les nuages
Le principal mécanisme de formation de la glace dans les nuages est le développement de cristaux de glace à partir de particules d’aérosols. Les mécanismes de production secondaire de glace (SIP pour «secondary ice production») sont moins bien compris. SIMPHAC s’est concentré sur les descriptions de la rupture par collision et de l’éclatement des gouttes. La rupture par collision fait référence à la rupture mécanique lors de la collision de deux particules de glace de nuage, entraînant la fracturation de la plus petite d’entre elles. L’éclatement des gouttes fait référence à l’éclatement des gouttelettes d’eau lorsqu’elles gèlent. La compréhension du comportement des nuages en phase mixte est essentielle à la prévision. Selon la coordinatrice du projet, Georgia Sotiropoulou: «Nous avons constaté que si la production primaire de glace a été considérée comme le mécanisme de formation de glace le plus important pendant plusieurs décennies, la SIP est d’une importance similaire et ne devrait pas être ignorée dans les modèles atmosphériques.»
Poussées d’air froid
Les recherches de SIMPHAC révèlent que la formation secondaire de glace a un impact considérable sur les cas de poussées d’air froid (CAO pour «cold air outbreak»), un phénomène météorologique critique. Les CAO sont liés à des événements météorologiques extrêmes et peuvent causer des dommages aux cultures, aux bâtiments et à la vie humaine. Les modèles développés par SIMPHAC peuvent permettre des prévisions plus précises en cas d’événements météorologiques dangereux. SIMPHAC a montré que la rupture par collision et l’éclatement des gouttes jouent un rôle important dans la SIP, car ils sont impliqués dans un large éventail de conditions thermodynamiques. Georgia Sotiropoulou ajoute: «L’inclusion d’une description de la rupture par collision dans un modèle de prévision météorologique a permis une prévision plus précise des champs nuageux lors d’un cas de CAO.»
Modélisation dans l’Arctique
SIMPHAC s’est concentré sur l’Arctique, la région climatique la plus sensible du monde. Le projet a étudié deux modèles: le modèle Weather Research and Forecasting à méso-échelle et le modèle climatique Norwegian Earth System. SIMPHAC a recouru à une méthodologie de paramétrisation explicite développée sous Vaughan Phillips pour décrire les mécanismes de SIP dans les modèles. Pour évaluer les performances des modèles, les chercheurs ont utilisé des mesures recueillies par des aéronefs volant au nord du Royaume-Uni pour échantillonner des événements de CAO. En outre, les données collectées par la station de recherche de Ny-Alesund grâce à des télédétecteurs tout au long de l’année ont également servi à évaluer les modèles. Si la région arctique et les cas de CAO en particulier offrent d’excellentes possibilités d’étudier les mécanismes des SIP, les modèles mis au point par SIMPHAC offrent un large éventail d’applications. Actuellement, les outils de modélisation élaborés par le projet sont utilisés pour étudier la formation de glace dans différentes conditions atmosphériques, telles que les tempêtes avec des précipitations extrêmes. Des prévisions précises sont essentielles pour gérer le changement climatique. En comprenant mieux la formation de glace dans les nuages, SIMPHAC a apporté un éclairage précieux sur la manière dont des processus à petite échelle, tels que la collision de cristaux de glace, peuvent avoir un impact sur le climat dynamique et les conditions météorologiques.
Mots‑clés
SIMPHAC, Arctique, poussée d’air froid, éclatement des gouttes, glace de nuage, production secondaire de glace, nuages en phase mixte, rupture par collision, modèle Weather Research and Forecasting, Norwegian Earth System, station de recherche de Ny-Alesund