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Les aérosols stratosphériques: un acteur-clé des changements climatiques

Research Topic Chapter
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Les aérosols sont un acteur important du climat : ils diffusent la lumière solaire et modifient les propriétés physico-chimiques mais aussi thermiques et dynamiques de l’atmosphère ainsi que la radiation reçue au niveau du sol. L’origine des aérosols stratosphériques est principalement volcanique mais, de plus en plus, d’autres acteurs comme les incendies de forêt et de broussailles s’invitent dans ce théâtre. Mieux déterminer la composition et les caractéristiques microphysiques des aérosols, et notamment la taille des particules est un enjeu majeur pour l’étude et la modélisation des changements climatiques.
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L’IASB possède une longue expérience dans la caractérisation des aérosols stratosphériques à partir de données satellites. Les chercheurs de l’IASB ont publié plusieurs jeux de données de référence pour divers paramètres radiatifs et microphysiques d’aérosols dans la haute troposphère et la stratosphère, dérivés de diverses expériences satellitaires belge (ORA), européenne (GOMOS) et américaines (SAGE II, POAM III).

Ces climatologies couvrent des situations extrêmement variées en termes d’activité volcanique (la première source d’aérosols dans la stratosphère) et de charge en aérosols, et ce sur près de 3 décennies.

Nouvelles sources d’aérosols de composition différente

Les longues séries temporelles sont importantes pour étudier l’évolution des aérosols en fonction de l’activité volcanique mais également humaine. On sait par exemple que l’anticyclone lié aux moussons asiatiques favorise la formation d’une couche de pollution au niveau de la tropopause et offre à cette pollution un passage vers la stratosphère.

Par ailleurs, les feux de forêt et de broussailles prennent de plus en plus d’ampleur avec les changements climatiques et sont aussi une source d’aérosols dans la stratosphère : la chaleur intense produit des pyrocumulus, sortes de bulles s’élevant suffisamment rapidement pour traverser la couche difficilement franchissable de la tropopause.

Ces nouvelles sources d’aérosols de composition différente changent la donne et obligent à affiner les algorithmes de caractérisation, notamment pour déterminer les propriétés de tailles des particules.

Le défi du traitement des mesures satellitaires

L’IASB a joué un rôle pionnier dans la dérivation de tailles de particules à partir d’instruments en occultation. Depuis peu, d’autres groupes de recherche investissent ce domaine à partir d’autres types d’instruments satellitaires utilisant des mesures au limbe.

Un défi apparu relativement récemment est que le traitement des mesures satellitaires mène à des estimations de la taille de particules différentes pour les deux types d’instruments. La cause exacte de cette différence n’est pas encore élucidée, bien qu’il soit clair qu’elle soit due en partie à la différence de configuration des instruments, et en partie aux méthodes d’inversion utilisées.

Mais elle oblige les chercheurs à remettre le problème de l’inversion de données satellitaires sur le métier. Ce problème est d’importance majeure, car la taille des particules d’aérosols influence leur impact chimique et radiatif. Une mauvaise estimation peut donc entacher la qualité des prédictions fournies par les modèles.

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Lancé en 2002, Envisat est le plus grand satellite d'observation de la Terre jamais construit. Parmi les 10 instruments contribuant à la surveillance de l'atmosphère, des terres, des océans et des calottes glaciaires, le pionnier GOMOS a utilisé la lumière d'environ 300 étoiles pour observer la concentration de différentes espèces atmosphériques (et principalement l'ozone) : un véritable défi tant pour la conception de l'instrument que pour le traitement des données. Copyright ESA.