Les aérosols sulfatés ont un impact notable sur le changement climatique en Europe et en Méditerranée

Vendredi, 26 septembre 2014

Depuis plus d'une trentaine d'années, la quantité d’énergie solaire reçue par la surface terrestre, en Europe et en Méditerranée, a beaucoup augmenté. Or, durant le même temps, la quantité d'aérosols sulfatés présents dans l’atmosphère de ces régions a significativement diminué. Des chercheurs du Groupe d’étude de l’atmosphère météorologique (GAME-CNRM, Météo-France / CNRS) et du Laboratoire d'aérologie (LA/OMP, UPS / CNRS), en collaboration avec des équipes suisse et espagnole, ont utilisé une nouvelle approche de modélisation afin de sonder le possible lien entre ces deux phénomènes. Ils ont ainsi pu quantifier l’importante contribution des aérosols sulfatés aux évolutions de la quantité de rayonnement solaire reçu en surface et des températures dans cette région.

Entre 1980 et 2012, l'Europe a connu une augmentation importante du rayonnement solaire reçu par la surface terrestre, un phénomène dit de "brightening" (éclaircissement) qui a succédé à une période marquée par l'effet inverse dit de "dimming" (assombrissement). Or, la question se pose toujours de savoir quelle pourrait en être la cause. Les variations de nébulosité ne peuvent en effet à elles seules expliquer un tel phénomène, celui-ci étant également observé en l’absence de couverture nuageuse. Néanmoins, il semblerait que les aérosols sulfatés puissent constituer une cause plus probable.

Pourquoi les aérosols sulfatés ?
Les aérosols sulfatés interagissent avec le rayonnement solaire en le renvoyant dans toutes les directions (diffusion), dont une part non négligeable vers l'arrière (rétro-diffusion), et ce sans l’absorber comme peuvent le faire d’autres aérosols (les carbones-suies par exemple). Le rayonnement solaire reçu en surface est donc plus faible en présence de tels aérosols : c’est ce qu’on appelle l’effet parasol. En outre, de tous les aérosols, ce sont ceux qui jouent le rôle le plus important dans le bilan radiatif en Europe, du fait de leurs propriétés optiques et de leur abondance. Au-dessus de la Méditerranée, ils partagent ce rôle avec les poussières désertiques en provenance du Sahara. Enfin, ce sont les seuls aérosols à avoir connu une diminution significative de leurs concentrations atmosphériques entre 1980 et 2012. Les émissions de leurs précurseurs(1) dues aux activités humaines ont en effet considérablement diminué durant cette période, suite d’une part à la mise en place de nouvelles normes dans l’industrie et le transport pour améliorer la qualité de l'air et d’autre part aux crises économiques des années 1980 en Europe.

Toutefois, la plupart des modèles climatiques globaux et régionaux, même ceux qui tiennent compte des propriétés et de la diminution des aérosols sulfatés, peinent à reproduire correctement les variations décennales du rayonnement solaire reçu en Europe, et aussi pour certains à rendre compte du réchauffement observé depuis une trentaine d'années.
Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont abordé la question de la contribution des aérosols sulfatés aux tendances climatiques observées en Europe au cours des trois dernières décennies à l’aide d'une approche originale. Cette approche consistait à utiliser un système de modélisation(2) régionale comprenant un couplage complet entre l'atmosphère, la mer Méditerranée, les surfaces continentales et les rivières, tout en imposant comme conditions aux frontières du domaine régional les conditions météorologiques observées à grande échelle (réanalyse). Deux séries de simulations ont été menées sur la période de brightening (1980-2012), en incluant ou non la diminution des aérosols sulfatés. Elles ont été évaluées à la lumière de séries temporelles, récemment homogénéisées, de données d’observation du rayonnement solaire reçu en surface et de la température en surface.

Les résultats indiquent que la prise en compte de la diminution des aérosols sulfatés conduit à une augmentation plus importante du rayonnement solaire reçu en surface, et ce quelles que soient les conditions nuageuses, et permet de mieux reproduire à la fois la structure spatiale et l'intensité du brightening observé en Europe. La diminution des aérosols sulfatés serait ainsi responsable de 81 ± 16 % du brightening en Europe. Des tests complémentaires sur les différents effets des aérosols sulfatés montrent que c'est l'effet direct des aérosols sulfatés (diffusion du rayonnement solaire) qui prédomine dans cette tendance par rapport aux effets semi-direct (impact sur la dynamique atmosphérique suite aux modifications du rayonnement solaire reçu en surface) et indirect (impact des aérosols sur les propriétés microphysiques des nuages).
Ce travail révèle aussi que l'augmentation du rayonnement solaire reçu du fait de la diminution des aérosols sulfatés entraîne un réchauffement supplémentaire en surface, non seulement dans les régions où les émissions de leurs précurseurs ont diminué (Benelux, Europe centrale, vallée du Pô), mais aussi dans les régions voisines (sud de l'Italie, Grèce, Turquie).
La comparaison avec les séries temporelles homogénéisées prouve que la diminution des aérosols sulfatés doit être prise en compte pour pouvoir reproduire correctement l'intensité et la structure spatiale de l'augmentation des températures de surface en Europe et des températures des eaux de surface de la mer Méditerranée. Cette diminution serait responsable de 23 ± 5 % de l'augmentation des températures en surface en Europe depuis 1980 et aurait donc contribué de manière notable au réchauffement climatique régional.

Évolution moyenne du rayonnement solaire reçu en surface (W/m²/décade) entre 1980 et 2012, simulée en incluant (b) ou non (a) la diminution des aérosols sulfatés (épaisseur optique en isolignes noires) et observée (points colorés, réseau GEBA).

Ces travaux soulignent l'importance du rôle des aérosols sulfatés dans le changement climatique en Europe et en Méditerranée. Pour savoir si ces résultats peuvent être généralisés à l’ensemble de la planète, d’autres travaux similaires devront être menés dans d’autres régions. Ils confirment néanmoins la nécessité de mieux représenter les variations des aérosols sulfatés dans les modèles climatiques globaux.

Ce travail est une contribution aux programmes HyMeX (HYdrological cycle in the Mediterranean EXperiment) et ChArMEx (Chemistry-Aerosol Mediterranean Experiment) développés dans le cadre du programme MISTRALS du CNRS.

Note(s): 
  1. Les aérosols sulfatés sont issus de réactions chimiques faisant intervenir différents composés soufrés (dioxyde de soufre, diméthlysulfate, hydrogène sulfuré…). Ces précurseurs sont émis à la fois par des sources naturelles (volcans, phytoplancton…) et par certaines activités humaines (combustion du charbon, transport…).
  2. Ce système de modélisation est constitué de 4 modèles : NEMO pour l’océan, ALADIN-Climat pour l’atmosphère, ISBA pour les surfaces continentales et TRIP pour les rivières.
Source(s): 

Nabat, P., S. Somot, M. Mallet, A. Sanchez-Lorenzo, and M. Wild (2014), Contribution of anthropogenic sulfate aerosols to the changing Euro-Mediterranean climate since 1980, Geophys. Res. Lett., doi:10.1002/2014GL060798.

Contact(s):
  • Pierre Nabat, GAME-CNRM
    pierre [dot] nabat [at] meteo [dot] fr, 05 61 07 97 40

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