Les prévisions climatiques nécessitent des informations de plus en plus précises sur les particules atmosphériques

Alors que la connaissance des mécanismes et de la dynamique de la croissance des nanoparticules atmosphériques s’est considérablement améliorée au XXIe siècle, les modèles étendus prédisant le changement climatique ne prennent pas encore en compte avec suffisamment de précision l’effet des nanoparticules sur la formation des nuages ​​et, par conséquent, sur l’équilibre radiatif de la Terre.

Ceci est démontré dans un revoir publié dans le Avis sur la physique moderne journal, dans lequel des chercheurs de l’Université d’Helsinki, de la TU Wien, de l’Université de Stockholm et de l’Institut météorologique finlandais ont compilé les recherches sur les nanoparticules atmosphériques, ou particules d’aérosols, menées au cours des deux dernières décennies.

En particulier, les chercheurs ont examiné comment la formation et la croissance de particules d’aérosol d’une taille inférieure à 25 nanomètres sont liées à la prévision de la formation de gouttelettes nuageuses et comment les données sur les aérosols pourraient être utilisées de plus en plus efficacement dans les prévisions climatiques.

Les particules affectent la réflectivité de la couverture nuageuse

Les particules d’aérosol influencent le climat de deux manières : premièrement, en affectant directement la quantité de lumière solaire qui atteint la surface de la Terre, et deuxièmement, par la formation de nuages.

Les nuages ​​sont composés de petites gouttelettes qui se forment lors de la condensation de l’eau à la surface des particules d’aérosol dans l’air. Sans particules d’aérosol, les gouttelettes nuageuses ne se formeraient pas sans un taux de saturation ultra élevé.

La quantité et la composition des particules d’aérosol déterminent les propriétés de la couverture nuageuse, notamment la quantité de lumière solaire réfléchie par les nuages ​​vers l’espace. Si la quantité d’eau dans l’air est constante, de grandes quantités de particules d’aérosol entraînent une taille de gouttelettes nuageuses plus petite mais une surface totale de gouttelettes plus grande. Cela se traduit également par des nuages ​​​​plus brillants qui diffusent la lumière plus efficacement.

Le dioxyde de soufre, l’ammoniac, certains hydrocarbures oxygénés et d’autres émissions provoquées par l’activité humaine génèrent également de nouvelles particules dans l’atmosphère. La formation de ces particules élève la concentration de particules atmosphériques au-dessus des niveaux typiques de l’absence d’activité humaine. Ces particules deviennent également suffisamment grosses pour affecter la formation des nuages ​​et, en fin de compte, le climat.

La croissance des particules d’aérosol est un processus sensible affecté par les conditions météorologiques, les gaz, les vapeurs et les particules présentes dans l’air. Le plus souvent, la formation et la croissance de nouvelles particules dans l’atmosphère sont observées par temps clair et ensoleillé. En relation avec cela, certains types de molécules de vapeur forment des amas sur lesquels d’autres vapeurs peuvent se condenser, produisant des particules suffisamment grosses pour contribuer à la formation des nuages.

Dans l’article de synthèse, l’objectif des chercheurs était de combler le fossé entre la recherche expérimentale et la modélisation, de minimiser l’incertitude liée à la croissance des particules et de fournir des moyens pour une meilleure modélisation du climat.

Un exemple d’incertitude associée à la croissance des particules est la détermination expérimentale précise de leur taux de croissance sur plusieurs sites de mesure à travers le monde. Cela s’applique particulièrement aux particules d’une taille inférieure à 5 nanomètres. En outre, une description physique et chimique plus détaillée de la croissance des particules dans les modèles climatiques mondiaux entraîne une certaine incertitude.

« Les derniers résultats expérimentaux permettent une bien meilleure compréhension de la formation et de la croissance de diverses particules, mais ils ne peuvent pas être appliqués aussi efficacement que possible dans les modèles climatiques, car leur modélisation précise nécessite trop de puissance de calcul. La prise en compte de ces résultats expérimentaux dans les modèles peut mieux prédire comment l’activité humaine affecte la qualité de l’air et le climat. Une fois que les modèles seront plus précis, ils prédisent mieux les effets interdépendants de diverses perturbations humaines sur le système climatique », déclare Runlong Cai, chercheur postdoctoral de l’Institut de recherche sur l’atmosphère et le système terrestre INAR à l’Université d’Helsinki.

« Ensuite, il sera crucial de déterminer le rôle des différentes vapeurs impliquées dans la croissance des particules, ainsi que de modéliser plus précisément ces vapeurs et les mécanismes de croissance dans les modèles climatiques », explique Juha Kangasluoma, chercheur universitaire de l’INAR.