Ces dernières années, de grands incendies de forêt intenses, connus sous le nom de mégafeux, ont de plus en plus causé de graves dommages aux forêts, aux habitations et aux cultures. En plus des mégafeux qui ont un impact mortel sur les humains et la faune, ils peuvent également avoir un impact sur le changement climatique. Une nouvelle recherche menée par Stephen Guimond de l’UMBC donne un aperçu de la façon dont les grands panaches de fumée produits par les mégafeux peuvent être modélisés et caractérisés avec plus de précision pour améliorer notre compréhension de la façon dont ils pourraient avoir un impact sur la Terre.
Guimond, professeur agrégé de recherche en physique, a collaboré avec des scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos pour déterminer les effets à long terme des panaches de fumée des mégafeux. Leurs conclusions, récemment publiées dans le Journal des avancées dans la modélisation des systèmes terrestres, montre comment des recherches antérieures ont utilisé un modèle d’espacement de grille qui n’échantillonne pas avec précision les panaches de fumée. Ces imprécisions dans la définition de la dynamique du problème entraînent des erreurs d’interprétation des propriétés de la fumée, du mouvement vertical et horizontal du panache et des effets climatiques potentiels.
Suivi de la montée de la fumée
Les panaches de fumée des mégafeux sont volumineux et peuvent monter très haut dans la haute atmosphère. Initialement, les panaches sont transportés vers le haut par des cellules convectives et voyagent dans la stratosphère, explique Guimond, qui est également scientifique au Goddard Earth Sciences Technology and Research (GESTAR) II de l’UMBC (anciennement connu sous le nom de Joint Center for Earth Systems Technology).
« Une fois qu’elle monte dans la stratosphère, la fumée peut rester pendant de nombreux mois, voire jusqu’à un an ou plus. Le fait qu’elle puisse y rester si longtemps signifie que vous pouvez avoir des effets sur le rayonnement solaire atteignant la surface, » dit Guimond. « Si vous avez une grande couverture de fumée de couleur foncée là-haut, elle va absorber la majeure partie de la lumière du soleil, ce qui réduira la quantité de lumière solaire atteignant la surface de la Terre. À cause de cela, vous pourriez obtenir, sur une longue période du temps, un refroidissement qui se produit à la surface de la Terre », entre autres impacts.
Pendant trois ans, les scientifiques de Los Alamos ont étudié les propriétés chimiques des panaches de fumée en brûlant des objets comme des arbres dans un cadre contrôlé pour déterminer les pourcentages de carbone émis par la fumée. Les scientifiques ont évalué les particules atmosphériques, ou aérosols, qui ont un effet majeur sur le climat. Guimond a utilisé un modèle climatique de la NASA pour déterminer les caractéristiques de carbone des panaches de fumée, comment ils montent dans l’atmosphère et les causes sous-jacentes de la rotation dans les panaches.
« Les mesures que nous avons examinées comprenaient les types de particules, le spectre des particules et leurs tailles », explique Guimond. « Nous avons également examiné les contributions de différentes espèces chimiques telles que le carbone noir, le carbone organique et d’autres composés chimiques qui se dégagent des matériaux en combustion. »
Évaluation des recherches antérieures sur les panaches de fumée
La couleur de la fumée est un facteur important, note Guimond, car différents types de fumée ont des propriétés radiatives différentes. La fumée blanche est composée principalement de carbone organique : des particules d’aérosol aux couleurs vives qui réfléchissent en grande partie le rayonnement dans l’atmosphère. La fumée noire est composée principalement de noir de carbone : des particules d’aérosol de couleur foncée qui absorbent les radiations.
Les chercheurs ont déterminé que les modèles précédents n’échantillonnaient pas avec précision les types de carbone dans les panaches de fumée, ce qui entraînait des erreurs de calcul ou des hypothèses incorrectes sur le pourcentage de carbone noir contenu dans les panaches.
Au fur et à mesure que la fumée noire absorbe le rayonnement solaire, la fumée se réchauffe, ce qui peut créer un effet de loft qui pousse la fumée plus haut dans l’atmosphère. Plus la fumée monte, plus elle reste longtemps dans la stratosphère. Plus il reste longtemps, plus il a de temps pour toucher la surface de la Terre. Cela signifie qu’une caractérisation inexacte du pourcentage de carbone noir dans la fumée des feux de forêt peut conduire à des calculs inexacts de l’effet de lofting, de la hauteur du panache et de la durée de vie stratosphérique, ainsi que des effets climatiques.
Les limites de la façon dont les recherches précédentes représentaient l’atmosphère ont également rendu les simulations de panache de fumée moins précises, a déclaré Guimond. Il note que les recherches antérieures sur le panache de fumée utilisaient « une représentation grossière du panache de fumée dans les calculs du modèle, ce qui a des effets significatifs en aval sur tous les autres composants de ce problème, y compris les conclusions tirées de la recherche ».
Guimond espère que ses recherches pourront améliorer la compréhension de la dynamique de ce problème : suivi du mouvement et des forces atmosphériques en trois dimensions, et comment des phénomènes comme la rotation des panaches de fumée se forment et se désintègrent.
« Les scientifiques doivent simuler avec précision la dynamique afin d’obtenir des réponses plus précises sur les propriétés des aérosols à l’intérieur des panaches de fumée », explique Guimond, « comme la quantité de fumée qui est du carbone noir, combien de temps elle va durer dans la stratosphère, à quelle hauteur il s’élève et ses effets sur le rayonnement de la Terre. »
Avec des modèles et des simulations plus précis, les recherches futures pourront mieux éclairer la politique climatique et la réponse aux méga-incendies.
Plus d’information:
SR Guimond et al, The Dynamics of Megafire Smoke Plumes in Climate Models: Why a Converged Solution Matters for Physical Interpretations, Journal des avancées dans la modélisation des systèmes terrestres (2023). DOI : 10.1029/2022MS003432