Ian N. Williams est chercheur au Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), où il est chercheur principal dans un programme appelé Couplage Terre-Atmosphère et Convection dans le Cycle de l'Eau.

Plus généralement, ses recherches impliquent de nombreux fils dans le monde de la science atmosphérique. Parmi les publications du premier auteur de Williams figurent des études sur le rayonnement solaire et le blé d'hiver, événements de vortex polaire, et convection tropicale et nuages ​​- un intérêt récurrent depuis la conclusion de sa thèse sur ce sujet à l'Université de Chicago (Ph.D., 2012).

Dernièrement, cependant, Williams passe beaucoup de temps sur le projet d'interactions terre-atmosphère, qui est parrainé par Atmospheric System Research (ASR), un programme du Département de l'énergie des États-Unis. (Sur le site du LBNL, son projet ASR est combiné avec un autre sur le forçage radiatif.)

Les interactions terre-atmosphère étaient auparavant dirigées par la scientifique principale Margaret Torn, avec qui Williams et sept autres chercheurs travaillent dans le domaine du programme Biosphère-Atmosphère de Torn. C'est une branche de la Division des sciences du climat et des écosystèmes de LBNL. En plus de la recherche ASR, il touche à la modélisation du climat et à la science des écosystèmes terrestres.

Entre autres activités, Williams et son équipe de projet travaillent sur des moyens d'améliorer les modèles prédictifs du système terrestre en affinant les représentations de la façon dont les processus terrestres (y compris le carbone, l'eau, et cycles énergétiques) liés aux nuages, rayonnement et précipitations.

"Les surfaces terrestres ont des influences sur le climat que nous devons corriger, " il dit.

Indice de surface foliaire

En partie, obtenir ces influences correctes nécessite d'entrer dans les mauvaises herbes, littéralement. C'est-à-dire, comprendre le rôle de la végétation dans les interactions terre-atmosphère—ou, plus généralement, son rôle dans le cycle de l'eau.

Précédemment, on pensait que l'humidité du sol était le principal moteur des variations de la fraction évaporative, un rapport qui mesure la façon dont l'énergie est "partagée" sur les surfaces terrestres entre la chaleur latente et sensible. Il peut être utilisé pour déduire le bilan énergétique quotidien, un paramètre important dans les modèles climatiques.

Williams a donné une fois une conférence intitulée « Putting the Land Back in Land-Atmosphere Interactions, " le but étant, il dit, "que sans tenir compte de la végétation, vous n'obtenez pas vraiment les interactions."

Dans un article de 2015 que Williams qualifie de « fondamental, " Lui et Torn plaident pour une nouvelle métrique qui pivote principalement sur l'indice de surface foliaire (LAI) et l'absorption de dioxyde de carbone au lieu de l'humidité du sol en tant que corrélat de la fraction évaporative.

LAI est utilisé pour quantifier le couvert végétal. Il est également utile pour prédire l'évapotranspiration, qui affecte le bilan énergétique de la surface du sol.

"Nous avons revisité ce qui contrôle le flux de chaleur de surface, " a déclaré Williams du journal, et trouvé "qu'il est affecté par plus de choses que l'humidité du sol, " y compris la transpiration et la photosynthèse.

Williams était également l'auteur principal d'un article de suivi en 2016 avec Torn et d'autres. Ils ont testé l'idée du LAI dans une version du modèle de système terrestre communautaire du Centre national de recherche atmosphérique et ont montré qu'une meilleure représentation de la végétation améliorait l'acuité prédictive du modèle en ce qui concerne la température et les précipitations.

Améliorations des modèles de surface terrestre, ils ont conclu, peut améliorer la prévision des extrêmes climatiques.

« Les modèles sont trop limités par l'humidité du sol » seul, dit Williams, "qui a des impacts sur la prévision climatique."

Pour un, il dit, si l'évaporation de l'humidité de la surface est "faiblement faible, qui peut conduire à un biais de prédiction, (y compris) des températures trop chaudes."

Le prochain article connexe de Williams-Torn, maintenant en revue, examine plus spécifiquement les impacts de ce nouveau schéma de modèle sur les prédictions des nuages ​​convectifs et des précipitations à des échelles saisonnières.

Interprétation des flux de carbone

Williams était encore aux études supérieures lorsque pendant deux étés (2006 et 2009), il a travaillé au LBNL en tant qu'assistant de recherche. Déchiré était là, avec deux autres scientifiques qui seraient les futurs co-auteurs :l'expert des écosystèmes terrestres William Riley et Sébastien Biraud, dont la spécialité est l'observation et la mesure des gaz traces atmosphériques.

"C'est là que j'ai vraiment appris sur le cycle du carbone et sur l'intégration de la photosynthèse dans les modèles du système terrestre, " dit-il. " J'ai eu la chance d'avoir cette exposition dès le début. "

Williams est revenu en tant que chercheur postdoctoral (2012-2016) après son doctorat. travail sur la convection tropicale. Mais il a apporté quelque chose d'autre avec lui du Département des sciences géophysiques de l'Université de Chicago :une appréciation du travail interdisciplinaire.

Son directeur de thèse, Raymond Pierrehumbert, maintenant professeur de physique à l'Université d'Oxford, "m'a appris l'importance de penser le climat comme un système couplé, " dit Williams, « et à quel point vous pouvez vous tromper si vous n'adoptez pas une approche systémique et que vous regardez plutôt l'insolation d'un seul composant. C'est cette perspective systémique qui donne au travail interdisciplinaire son importance pour moi. »

Alors que Williams a suivi cette leçon en tant que doctorat. étudiant, il cultive également un intérêt pour les problèmes de géologie et de paléoclimat.

"Vous ne pouvez pas séparer la géologie de la biologie sur ces échelles de temps, " il dit, "et c'était toujours dans mon esprit là-bas - l'importance de la biologie."

Modèles Terre-Surface, Un nouveau

Cette vaste expérience intellectuelle pendant le doctorat. Des études ont très bien préparé Williams, non seulement pour les problèmes qui lui ont été présentés au LBNL (interprétation des gaz à l'état de traces et des flux de carbone), mais aussi pour une transition vers ce qu'il appelle «la troisième génération de modèles de surface terrestre».

Cette transition a commencé vers 2005, dit Williams. "C'était la première fois que les plantes étaient incluses dans les modèles climatiques de manière mécaniste, la prise en compte des cycles couplés du carbone et de l'eau, " grâce au travail de pionnier de Joseph Berry, un expert en interactions biosphère-atmosphère maintenant à la Carnegie Institution for Science. (Williams a interagi avec lui lors de son premier été au laboratoire de Torn en 2005.)

Même aujourd'hui, il ajoute, "Ces types de modèles sont assez nouveaux. Nous n'avons pas exploré toutes les incertitudes et les conséquences pour le climat."

Toujours, il est impossible de séparer le climat du cycle du carbone à des échelles décennales.

"C'est une perspective nécessaire, " dit Williams - une reconnaissance, pour un, qu'avec le temps, les forêts peuvent s'effondrer en prairies, « ce qui aurait un effet de premier ordre sur le cycle de l'eau. Les modèles atmosphériques que nous développons doivent être robustes à ces changements. Nous ne pouvons pas simplement ajuster les modèles à la surface terrestre actuelle. »

C'est un travail important.

"Le simple fait est que le climat est affecté par la surface terrestre à cause des flux d'eau et d'énergie à l'interface terre-atmosphère, " dit Williams - dans une interaction d'humidité du sol, types de plantes, et la hauteur du couvert végétal, qui peut être de quelques centimètres à des centaines de pieds.

Toutes ces interactions font également partie du problème de paramétrage des nuages ​​convectifs.

"La convection est le résultat d'une séquence, une chaîne de processus, " dit-il. " Il est important que chaque maillon de cette chaîne soit correct. "

Regarder la météo

À l'époque où il a commencé le lycée, Williams et sa famille ont déménagé de la banlieue de Philadelphie (où il a connu le Blizzard épique de 1993) à la banlieue de Kansas City, Kansas, "où quelques mois seulement après notre arrivée, les sirènes de tornade se sont déclenchées. Le temps était vraiment différent."

Quand la première cellule orageuse a traversé sa ville, Williams s'est réfugié dans une pièce du sous-sol où il a regardé le drame se dérouler sur une vieille télévision en noir et blanc. "Je me souviens encore à quoi ressemblait l'écho radar, " il dit.

Les gens du Kansas connaissent le temps, s'en soucier, surveillez-le, et connaître le jargon, il dit. "Jets bas niveau, systèmes convectifs. Les gens sont plutôt bien informés."

Bientôt, Williams l'était aussi. À 15 ans, il suivait les données du National Weather Service et lisait des discussions en ligne sur les prévisions techniques et parcourait des manuels pour rechercher des termes qu'il ne connaissait pas.

Par sa deuxième année, Williams téléchargeait des données météorologiques numériques, parcourant les prévisions météorologiques saisonnières, et enquêter, dans une année El Niño, les effets des températures de surface des océans sur le climat.

"Je me suis intéressé à la science plus généralement à travers mon intérêt pour la science de l'atmosphère, " dit-il à propos de ses années de lycée. " Après ça, J'ai pris la physique plus au sérieux. J'ai pris les maths plus au sérieux."

Williams, un pianiste, a commencé à l'université du Kansas pour étudier la musique. Mais plus tard, attirée par l'étude des sciences de l'atmosphère, il a été transféré à l'Université Cornell (BS 2005, MME. 2007).

« La passion de comprendre la météo et le climat était une chose à laquelle je revenais sans cesse, " il dit.

« Accepter la complexité »

A l'Université de Chicago, Williams a couvert beaucoup de terrain – et de mer – dans sa recherche doctorale. Il s'est penché sur deux problèmes :l'effet radiatif des nuages ​​​​des nuages ​​convectifs sous les tropiques ("une grande préoccupation pour la projection climatique, " dit-il) et le couplage entre la surface des océans et le bilan énergétique de la Terre.

Aujourd'hui à LBNL, le futur proche implique « d'embrasser la complexité, ", explique Williams. Cela comprend la combinaison de données d'observation avec des modèles atmosphériques à haute résolution couplés à des modèles de surface terrestre, le tout pour étudier l'interaction avec les nuages ​​" de manière expérimentale, " il dit.

Y a-t-il une vie pour lui en dehors de la science ?

Parfois, dit Williams. Il aime faire des randonnées d'une journée avec sa femme et, dernièrement, lire sur d'autres scientifiques, dont le lauréat du prix Nobel Ernest O. Lawrence, le fondateur de LBNL.

Un livre a lancé ce qu'il appelle « mon programme de lecture actuel » :l'histoire de 2007 du dendrochronologue Edmund Schulman, qui a développé des enregistrements climatiques à partir d'anciens pins bristlecone. (Certains ont bien plus de 4 ans, 000 ans.)

Sa dernière incursion dans l'imprimé était "Les frères Vonnegut:Science and Fiction in the House of Magic, " une double biographie du spécialiste des nuages ​​Bernard Vonnegut et du romancier Kurt Vonnegut Jr.

"C'est intéressant, lire leurs histoires, " dit Williams à propos de ses collègues scientifiques. "Je peux m'identifier à certaines d'entre elles :les difficultés d'une carrière scientifique et la façon dont ils ont trouvé leur voie."