Interactions aérosols-nuages en arctique

Contribution du Laboratoire de Météorologie Physique (LaMP,
CNRS-UBP Clermont II, OPGC).





Les modèles de climat suggèrent
que les rétroactions liées aux nuages et l’absorption par le carbone suie contribuent
fortement au réchauffement climatique observé en arctique. En effet des
observations montrent que la modification des propriétés des nuages a joué un
rôle prépondérant dans la fonte de la banquise en 2007 (Kay and Gettelman,
2009). Néanmoins, les incertitudes associées à la représentation des nuages et
des aérosols dans les modèles de climat engendrent de grandes incertitudes dans
la prédiction du changement climatique en arctique. La complexité des interactions entre les
aérosols et les nuages doit être mieux appréhendée afin de résoudre les
divergences entre les modèles de climat et les mesures. L’évaluation de
l’impact radiatif des nuages est conditionnée par une compréhension et une
caractérisation détaillée de la phase thermodynamique, des propriétés
microphysiques, optiques et géométriques des nuages. D’autre part, la forte
variabilité saisonnière des propriétés physico-chimiques des aérosols (plus de
CCN en hiver et au début du printemps, plus d’IN en Mai qu’en Octobre) modifie de façon significative les
propriétés microphysiques des nuages
(par exemple les concentrations respectives de gouttelettes d’eau et de
cristaux de glace au sein d’un nuage en phase mixte). La plupart des études
menées sur l’impact des aérosols (CCN) sur les propriétés des nuages se sont
concentrées sur les nuages en phase liquide. La phase thermodynamique des
nuages jouant un rôle primordial sur les propriétés radiatives, il est
nécessaire de considérer de façon plus adéquate l’effet des aérosols sur la partition
eau/glace des nuages dans les modèles. L’étude de l’interaction aérosols-nuages
en arctique passe donc par une quantification de la variabilité saisonnière, de
la distribution verticale des propriétés physico-chimiques des aérosols et des
nuages. Il apparait donc primordial de disposer d’observations coordonnées des
propriétés des aérosols et des nuages en particulier au début du printemps
(concentration élevée des aérosols et apparition du soleil) ainsi qu’en Mai
(début de la fonte et efficacité du forçage maximale).


Différentes campagnes de mesures
aéroportées réalisées en collaboration avec l’AWI (ASTAR 2004, 2007, SORPIC
2010) au large du Spitzberg ont mis en évidence l’intérêt de la plateforme de
mesures aéroportées du LaMP pour caractériser les propriétés microphysiques et
optiques in situ des nuages arctiques. L’apport du RADAR et du LIDAR (RALI)
aéroportés du LATMOS lors de POLARCAT 2008 a apporté une dimension
supplémentaire pour la documentation des propriétés nuageuses selon la
verticale. D’autre part, dans le cadre de l’ANR CLIMSLIP des mesures in situ
des nuages de basse altitude ont été réalisées en synergie avec des mesures des
propriétés physiques des aérosols pendant 3 mois à la station du Mont Zeppelin
(Ny-Alesund) en 2012 . Ces différentes campagnes nous ont permis de mieux
documenter certaines composantes des processus microphysiques nuageux. Néanmoins, il serait nécessaire d’effectuer
des campagnes de mesures aéroportées au large du Spitzberg avec un avion équipé
de la plateforme microphysique du LaMP (Falcon) en nuage coordonnées avec des
mesures in situ de la composition et des propriétés physiques des aérosols proches
du nuage ainsi que des mesures réalisées par la plateforme RALI (sur l’ATR-42).


Il serait également judicieux de
prolonger les observations précédemment effectuées au Mont Zeppelin
(Ny-Alesund) en renforçant la caractérisation des propriétés physico-chimiques,
IN et CCN des aérosols avec une instrumentation plus sophistiquée disponible au
LaMP. L’apport de la plateforme portative BASTA (RADAR-LIDAR) du LATMOS
permettrait également de documenter la distribution verticale des propriétés
des nuages de couche limites.


L’ensemble de ces observations
couplées aux outils de modélisation de microphysique détaillée (DESCAM-3D)
devrait permettre une étude optimale de l’interaction aérosols nuages en
arctique.





Olivier
Jourdan, Alfons Schwarzenböck, Karine Sellegri, Evelyn Freney, Wolfram Wobrock
(LaMP), Julien Delanoë (LATMOS)