Mieux capturer l’effet des particules d’aérosol sur les nuages ​​et le climat

La mesure dans laquelle les particules d’aérosol affectent le climat dépend de la quantité d’eau qu’elles peuvent retenir dans l’atmosphère. La capacité à retenir l’eau est appelée hygroscopique (K) et dépend à son tour d’autres facteurs, en particulier de la taille et de la composition chimique des particules, qui peuvent être extrêmement variables et complexes.

Grâce à des recherches approfondies, une équipe de recherche internationale sous la direction de l’Institut Max Planck de chimie (MPIC) et de l’Institut Leibniz de recherche troposphérique (TROPOS) a pu réduire la relation entre la composition chimique et l’hygroscopique des particules d’aérosol à un simple formule linéaire.

Dans une étude publié dans la revue Communications naturellesils ont montré que l’hygroscopique, en moyenne mondiale, est essentiellement déterminée par la part de matières organiques et inorganiques composant l’aérosol.

L’hygroscopique des particules d’aérosol est un facteur important dans l’effet des particules d’aérosol sur le climat et donc également pour la prévision des changements climatiques à l’aide de modèles climatiques mondiaux.

“La capacité à retenir l’eau dépend de la composition des particules d’aérosol, qui peut varier considérablement dans l’atmosphère. Cependant, dans notre étude, nous avons pu montrer que des hypothèses simplifiées peuvent être formulées pour la prise en compte de l’hygroscopique dans les modèles climatiques”, explique Mira Pöhlker.

Elle est responsable du département « Microphysique atmosphérique » à TROPOS et professeur à l’Université de Leipzig. Selon le chercheur sur les aérosols et les nuages, il s’agit de la première étude à utiliser des résultats de mesures provenant du monde entier pour montrer qu’une simple formule linéaire peut être utilisée sans créer d’énormes incertitudes dans les modèles climatiques.

À cette fin, l’équipe de Mira Pöhlker a évalué les données de 16 campagnes de mesure entre 2004 et 2020, au cours desquelles l’hygroscopique a été déterminée au moyen de mesures de noyaux de condensation dans les nuages ​​et la composition chimique des particules au moyen de la spectrométrie de masse des aérosols. Les données approfondies couvraient un large éventail de régions et de zones climatiques de la Terre, de la forêt tropicale humide d’Amazonie aux régions métropolitaines présentant une pollution atmosphérique importante en Asie jusqu’à la forêt de pins boréale du cercle polaire arctique en Europe.

L’évaluation de ces ensembles de données a révélé que l’hygroscopique efficace des aérosols (κ) peut être dérivée de la part de matières organiques (ϵ_org ) et les ions inorganiques (ϵ_inorg) en utilisant une formule linéaire simple (κ = ϵ_org⋅ Monsieur_org + ϵ_inorg⋅ Monsieur_inorg).

“Malgré la complexité chimique de la matière organique, sa formule simple parvient à capturer son hygroscopique”, explique Christopher Pöhlker, chef de groupe à l’Institut Max Planck de chimie et co-auteur de l’étude. En moyenne mondiale, rapporte-t-il, l’hygroscopique est κ_org= 0,12 ± 0,02 pour les parts de particules organiques et κ_inorg= 0,63 ± 0,01 pour les ions inorganiques.

Effet de la nouvelle formule sur les prévisions climatiques

Pour tester la nouvelle formule, les chercheurs ont utilisé le modèle climatique mondial des aérosols ECHAM-HAM. “Dans notre étude, nous avons pu montrer par des expériences que des hypothèses simplifiées peuvent être formulées dans ce domaine sans provoquer de grandes incertitudes dans les résultats du modèle. Cela signifie que les enquêtes et les prévisions relatives au changement climatique sont plus fiables”, explique Mira Pöhlker dans résumé.

“Notre étude a été rendue possible par des campagnes de mesures avec des partenaires internationaux dans une grande variété d’endroits dans le monde ainsi que par des observations à long terme dans des stations de recherche particulières, telles que l’observatoire ATTO dans la forêt tropicale brésilienne”, rapporte Christopher Pöhlker de l’Institut Max Planck. pour la chimie à Mayence.

Les interactions des aérosols atmosphériques avec le rayonnement solaire et les nuages ​​restent mal comprises et constituent l’une des plus grandes incertitudes dans la description des modèles et la prévision des changements climatiques. Cela s’explique notamment par les nombreuses questions sans réponse concernant l’hygroscopique des particules d’aérosol.

Selon leur taille et leur composition chimique, les minuscules particules d’aérosol peuvent contenir différentes quantités d’eau. Ceci est important tant pour la diffusion du rayonnement solaire par les particules d’aérosol elles-mêmes que pour la formation de gouttelettes nuageuses. Les particules qui retiennent plus d’eau renvoient davantage de lumière solaire dans l’univers et peuvent également avoir un effet de refroidissement en formant davantage de gouttelettes nuageuses.