Des chercheurs de l'Université de Princeton ont découvert que les modèles climatiques utilisés par les scientifiques pour projeter les conditions futures sur notre planète sous-estiment l'effet de refroidissement que les nuages ​​ont sur une base quotidienne, voire horaire, particulièrement sur terre.

Les chercheurs rapportent dans la revue Communication Nature le 22 décembre que les modèles ont tendance à trop prendre en compte la chaleur quotidienne du soleil, ce qui se traduit par plus chaud, des conditions plus sèches que celles qui pourraient réellement se produire. Les chercheurs ont découvert que les inexactitudes dans la comptabilisation de la diurne, ou quotidien, le cycle des nuages ​​ne semble pas invalider les projections climatiques, mais ils ont augmenté la marge d'erreur pour un outil crucial que les scientifiques utilisent pour comprendre comment le changement climatique nous affectera.

"Il est important d'obtenir le bon résultat pour la bonne raison, " a déclaré l'auteur correspondant Amilcare Porporato, professeur de génie civil et environnemental et du Princeton Environmental Institute. "Ces erreurs peuvent se répercuter sur d'autres changements, comme la projection d'orages moins nombreux et plus faibles. Nous espérons que nos résultats seront utiles pour améliorer la modélisation des nuages, ce qui améliorerait le calibrage des modèles climatiques et rendrait les résultats beaucoup plus fiables. »

Porporato et premier auteur Jun Yin, chercheur associé postdoctoral en génie civil et environnemental, ont constaté que le soleil ne capturant pas avec précision le cycle quotidien des nuages ​​​​a bombardé la Terre avec 1 à 2 watts d'énergie supplémentaires par mètre carré. On estime que l'augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère depuis le début de l'ère industrielle produira 3,7 watts d'énergie supplémentaires par mètre carré. "L'erreur ici est la moitié de cela, donc dans ce sens il devient substantiel, " dit Porporato.

Yin et Porporato ont entrepris leur étude après avoir assisté à un séminaire sur la couverture nuageuse et la sensibilité climatique. "L'orateur a beaucoup parlé de l'endroit où sont les nuages, mais pas quand, ", a déclaré Yin. "Nous pensions que le moment était tout aussi important et nous avons été surpris de constater qu'il y avait moins d'études à ce sujet."

Les nuages ​​changent au cours de la journée et d'un jour à l'autre. Les modèles climatiques capturent bien la couverture nuageuse moyenne, Yin a dit, mais ils manquent des pics importants dans la couverture nuageuse réelle. Ces pics peuvent avoir un effet dramatique sur les conditions quotidiennes, comme en début d'après-midi pendant la partie la plus chaude de la journée.

"Les climatologues ont les nuages, mais ils manquent le timing, " a déclaré Porporato. "Il y a une forte sensibilité entre le cycle quotidien des nuages ​​et la température. C'est comme une personne mettant une couverture la nuit ou utilisant un parasol pendant la journée. Si vous manquez ça, Cela fait une énorme différence."

Les chercheurs ont utilisé des images satellites de 1986 à 2005 pour calculer les cycles diurnes moyens des nuages ​​à chaque saison dans le monde. Yin a analysé la couverture nuageuse à des intervalles de trois heures, en regardant plus de 6, 000 points sur le globe mesurant 175 milles sur 175 milles chacun.

Yin et Porporato ont comparé les moyennes qu'ils ont obtenues à celles de neuf modèles climatiques utilisés par les climatologues. La majorité des modèles ont la couverture la plus épaisse qui se produit le matin au-dessus de la terre plutôt qu'en début d'après-midi lorsque les nuages ​​protègent la Terre de la chaleur la plus intense du soleil. "Une petite différence de timing peut avoir un grand impact radiatif, " dit Yin.

Les chercheurs prévoient d'explorer l'effet de différents types de nuages ​​sur les projections des modèles climatiques, ainsi que la façon dont les cycles des nuages ​​influencent la variation d'une année à l'autre de la température de la Terre, surtout en ce qui concerne les précipitations extrêmes.

Gabriel Katul, professeur d'hydrologie et de micrométéorologie à l'Université Duke, a déclaré que "l'importance est assez élevée" de modéliser avec précision le cycle quotidien des nuages. Katul n'a pas participé à la recherche mais la connaît bien.

Le cycle des nuages ​​peut indiquer des déficiences dans la caractérisation du réchauffement de surface et de la vapeur d'eau atmosphérique, qui sont tous deux nécessaires à la formation des nuages, il a dit. Les deux facteurs régissent également la façon dont la partie la plus basse de l'atmosphère terrestre, connue sous le nom de couche limite atmosphérique, interagit avec la surface de la planète.

"La modélisation de la croissance et de l'effondrement de la couche limite est semée d'embûches car elle implique des processus complexes qui doivent être trop simplifiés dans les modèles climatiques, " dit Katul. " Alors, l'exploration du moment de la formation des nuages ​​et de l'épaisseur des nuages ​​est importante à l'échelle diurne précisément parce que ces échelles de temps sont les plus pertinentes pour la dynamique de la couche limite et les échanges de chaleur et de vapeur d'eau entre la surface et l'atmosphère."

Quand il s'agit de nuages, les modèles climatiques se sont généralement concentrés sur les mécanismes, les zones spatiales et les échelles de temps, telles que la pollution de l'air et la microphysique, centaines de kilomètres carrés, et les saisons, respectivement - qui sont plus grands et plus généralisés, dit Katul. "Il y a des raisons pratiques pour lesquelles les comparaisons de modèles de données ont été menées d'une manière qui masquait la variation diurne des nuages, " Il a dit. " La variation diurne a été quelque peu masquée par le fait qu'une grande partie de la performance du modèle climatique a été rapportée sur des moyennes à plus long terme et à plus grande échelle. "

En capturant le moment et l'épaisseur du cycle quotidien des nuages ​​à l'échelle mondiale, cependant, Yin et Porporato ont fourni aux scientifiques un outil pour confirmer si les modèles climatiques décrivent correctement la formation des nuages ​​et l'interaction entre les nuages ​​et l'atmosphère.

« La couverture mondiale et l'accent mis sur le « moment » et le « montant » sont remarquables. Pour autant que je sache, il s'agit de la première étude à explorer cette multiplicité de modèles de manière aussi cohérente, " a déclaré Katul. " Je suis sûr que ce type de travail offrira de nouvelles perspectives pour améliorer la représentation des nuages. Je ne serais pas surpris de voir cet article hautement cité dans le futur GIEC [U.N. Rapports du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat].

Le papier, "Les biais du cycle des nuages ​​diurnes dans les modèles climatiques, " a été publié en ligne le 22 décembre par Communication Nature .