Assessing the response of shortwave cloud radiative effect to changes in water vapour continuum absorption
Cette étude utilise un modèle d'équilibre radiatif-convectif unidimensionnel pour démontrer que les incertitudes actuelles dans les modèles d'absorption du continuum de la vapeur d'eau en ondes courtes ont un impact négligeable sur les effets radiatifs des nuages en ondes courtes, quelle que soit la structure verticale des nuages.
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Le système climatique de la Terre est un équilibre délicat d'énergie, recevant constamment la lumière du soleil et rayonnant de la chaleur vers l'espace. Les nuages jouent un rôle de premier plan dans cet échange. Lorsque la lumière du soleil frappe un nuage, une grande partie est renvoyée dans l'espace avant qu'elle ne puisse réchauffer le sol, créant ainsi un effet de refroidissement. Inversement, les nuages piègent également la chaleur s'élevant de la surface, agissant comme une couverture qui réchauffe la planète. Les scientifiques mesurent le résultat net de ces forces opposées pour comprendre comment les nuages influencent notre climat. Une source majeure d'incertitude dans ces calculs concerne l'atmosphère elle-même, plus précisément la façon dont la vapeur d'eau absorbe la lumière. Bien que la vapeur d'eau soit célèbre pour absorber la chaleur, elle possède également une capacité subtile et continue d'absorber la lumière solaire sur une large gamme de longueurs d'onde, un phénomène connu sous le nom d'absorption de continuum. Les différents modèles scientifiques sont actuellement en désaccord sur l'intensité exacte de cette absorption, et les chercheurs se demandent depuis longtemps si ces désaccords provoquent des erreurs significatives dans notre compréhension de la manière dont les nuages refroidissent la Terre.
Dans une étude récente, un chercheur de l'Université de Buea a entrepris de tester si ces différences dans les modèles de vapeur d'eau comptent réellement lors du calcul de la puissance de refroidissement des nuages. Pour ce faire, le scientifique a construit un modèle simplifié de l'atmosphère en une dimension qui imite les conditions moyennes des tropiques. Cette atmosphère virtuelle a été construite avec 512 couches distinctes, s'étendant du sol jusqu'aux hautes altitudes du ciel, avec des températures et des niveaux d'humidité ajustés pour correspondre à un profil tropical réaliste. Dans ce ciel numérique, le chercheur a placé des nuages idéalisés à trois hauteurs différentes : basse, moyenne et haute. Ces nuages ont reçu des propriétés basées sur des observations réelles, telles que la taille des gouttelettes d'eau et des cristaux de glace qu'ils contiennent. Le chercheur a ensuite fait fonctionner le modèle en utilisant trois théories différentes, largement utilisées, sur la façon dont la vapeur d'eau absorbe la lumière du soleil : deux versions d'un modèle appelé MT_CKD et un troisième modèle connu sous le nom de CAVIAR. En comparant les résultats, l'étude visait à voir si le choix de la théorie de la vapeur d'eau changerait l'effet de refroidissement calculé des nuages.
Les résultats ont été étonnamment clairs. Lorsque le chercheur a comparé les effets de refroidissement calculés avec les différents modèles de vapeur d'eau, les différences étaient presque inexistantes. Pour le refroidissement ressenti au sommet de l'atmosphère et à la surface de la Terre, les valeurs n'ont changé que de 0,1 watt par mètre carré, ce qui représente environ 0,2 % de l'effet total. Même pour le réchauffement qui se produit au sein de l'atmosphère elle-même, où les nuages absorbent une partie de la lumière du soleil, la différence entre les modèles n'était que de 0,2 watt par mètre carré, soit environ 3,2 %. L'étude a testé ces scénarios avec des nuages à une seule hauteur, ainsi qu'avec des nuages superposés simultanément à des altitudes basses, moyennes et hautes, et le résultat est resté le même. La manière spécifique dont la vapeur d'eau absorbe la lumière du soleil dans ces modèles n'a pas modifié de manière significative le calcul final de la quantité de refroidissement que les nuages exercent sur la planète.
Cette découverte suggère que les désaccords actuels entre les modèles de vapeur d'eau ne sont pas la raison principale pour laquelle différentes simulations climatiques produisent des estimations variables du refroidissement par les nuages. Au lieu de cela, l'étude renforce l'idée que d'autres facteurs, tels que les propriétés spécifiques des nuages eux-mêmes ou la façon dont ils sont disposés dans le ciel, sont des moteurs bien plus importants de ces différences. La recherche démontre que même avec les incertitudes sur la façon dont nous modélisons l'interaction de la vapeur d'eau avec la lumière du soleil, l'image fondamentale de la manière dont les nuages refroidissent la Terre reste stable. En montrant que ces variations techniques spécifiques ont un impact négligeable, l'étude aide à réduire la liste des suspects pour les écarts des modèles climatiques, orientant les scientifiques vers les propriétés des nuages elles-mêmes comme étant le domaine plus critique pour les investigations futures.
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