Etude de quelques interactions aerosol-nuage-rayonnement : modelisation et simulations avec un modele de circulation generale

A study of aerosol-cloud-radiation interactions : modelling and numerical simulation with a general circulation model

• Auteur / Autrice : Olivier Boucher
• Direction : G. MEGIE
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terre, océan, espace
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Paris 6

Résumé

La question de l'influence des aerosols sur le climat est devenue primordiale pour la comprehension du systeme climatique. Les aerosols sont en effet susceptibles d'avoir contrebalance, tout du moins en partie, l'effet de serre additionnel des gaz traces d'origine anthropique depuis le debut de l'ere industrielle. Ils influencent le climat par leur effet sur le rayonnement atmospherique. Cet effet peut etre direct par diffusion et absorption du rayonnement solaire et tellurique, ou indirect par l'intermediaire des nuages dont ils modifient les proprietes microphysiques et optiques. Cette these aborde le probleme des aerosols a l'echelle globale, avec pour objet de quantifier les forcages radiatifs direct et indirect des aerosols. Le premier chapitre est constitue d'une breve introduction et de rappels theoriques sur les aerosols, leur activation dans les nuages et leurs proprietes optiques. Le second chapitre presente brievement les principales caracteristiques du modele de circulation generale utilise par la suite, et en particulier les parametrisations de la condensation, de la precipitation et du transfert radiatif. Le troisieme chapitre aborde la problematique des effets climatiques des aerosols et presente les travaux deja effectues sur le sujet. En particulier, une presentation des modeles de chimie-transport utilises dans cette etude est realisee. Seuls sont d'ailleurs pris en compte ici les aerosols soufres. L'effet direct est aborde au travers d'une etude de sensibilite a la taille des aerosols et a la composition chimique des aerosols soufres. Contrairement a une idee repandue, la taille des aerosols, pourvu que ceux-ci restent dans le mode d'accumulation, et la composition chimique des aerosols, pour le systeme nh#4/so#4/h#2o, jouent un role limite dans la determination du forcage radiatif. Des calculs radiatifs, effectues sur une colonne isolee avec des modeles de complexite croissante, nous permettent de dresser une liste des facteurs externes qui modulent fortement l'effet direct des aerosols, comme l'angle zenithal du rayonnement solaire incident, la nebulosite, ou l'albedo de surface. Les correlations entre ces parametres sont une source potentielle importante d'incertitudes dans le calcul de l'effet direct. Dans le cinquieme chapitre, nous utilisons deux approches fort differentes pour estimer l'effet indirect. La premiere repose sur une relation empirique entre la concentration massique en sulfates et la concentration du nuage en gouttelettes. La seconde exploite le contraste hemispherique de taille de gouttelettes observe par satellite. Ces deux estimations conduisent, de maniere quelque peu fortuite, a des forcages radiatifs similaires. Toutefois, ces deux approches restent des etudes de sensibilite ; une quantification des incertitudes, lorsque cela est possible, nous appelle en effet a beaucoup de prudence. La derniere partie presente une parametrisation plus complete, mais preliminaire, de la microphysique des nuages d'eau liquide et constitue un premier pas vers une meilleure prise en compte des effets indirects des aerosols dans un modele de circulation generale