Les orages générés par un groupe d'incendies de forêt géants en 2017 ont injecté la valeur d'un petit volcan d'aérosols dans la stratosphère, créant un panache de fumée qui a duré près de neuf mois. Les chercheurs du CIRES et de la NOAA qui ont étudié le panache ont découvert que le noir de carbone ou la suie dans la fumée était la clé de la montée rapide du panache :la suie absorbait le rayonnement solaire, chauffer l'air ambiant et permettre au panache de s'élever rapidement.

Les nuages ​​de fumée gonflés ont fourni aux chercheurs une occasion idéale de tester des modèles climatiques qui estiment combien de temps le nuage de particules persisterait - après avoir atteint une altitude maximale de 23 km, le panache de fumée est resté dans la stratosphère pendant plusieurs mois.

Ces modèles sont également importants pour comprendre les effets climatiques de la guerre nucléaire ou de la géo-ingénierie.

"Nous avons comparé les observations avec les calculs du modèle du panache de fumée. Cela nous a aidé à comprendre pourquoi le panache de fumée s'est élevé si haut et a persisté si longtemps, qui peut être appliqué à d'autres injections d'aérosols stratosphériques, comme des volcans ou des explosions nucléaires, " a déclaré Karen Rosenlof, scientifique de la NOAA, un membre de l'équipe d'auteurs qui comprenait également des scientifiques de CU Boulder, Recherche navale, Rutgers et d'autres institutions. Les résultats ont été publiés aujourd'hui dans la revue Science .

Au cours de l'été 2017, des incendies de forêt ont fait rage dans le nord-ouest du Pacifique. Le 12 août en Colombie-Britannique, un groupe d'incendies et des conditions météorologiques idéales ont produit cinq nuages ​​​​de fumée imposants presque simultanés ou des nuages ​​​​de pyrocumulonimbus qui ont projeté la fumée haut dans la stratosphère. Dans les deux mois, le panache est passé de sa hauteur initiale d'environ 12 km à 23 km et a persisté dans l'atmosphère beaucoup plus longtemps - les satellites pouvaient le repérer même après huit mois.

"La fumée des feux de forêt était un cas d'étude idéal pour nous car elle était si bien observée par les satellites, " a déclaré l'auteur principal Pengfei Yu, un ancien scientifique du CIRES à la NOAA, maintenant à l'Institut de recherche sur l'environnement et le climat de l'Université de Jinan à Guangzhou, Chine.

Instruments sur deux satellites - la Station spatiale internationale et le CALIPSO de la NASA - et sur le spectromètre de particules optiques imprimé embarqué par ballon de la NOAA, ou POPS, fourni les mesures d'aérosols dont les chercheurs avaient besoin.

Yu et ses collègues ont comparé ces observations avec les résultats d'un modèle climatique et chimique mondial pour déterminer à quelle hauteur la fumée s'est élevée et combien de temps elle a duré dans l'atmosphère. Avec des mesures de la vitesse de montée et de l'évolution du panache de fumée, les chercheurs ont pu estimer la quantité de noir de carbone dans la fumée et à quelle vitesse les particules organiques ont été détruites dans la stratosphère.

Ils ont découvert que la montée rapide du panache ne pouvait s'expliquer que par la présence de noir de carbone ou de suie, qui comprenait environ 2 pour cent de la masse totale de la fumée. La suie a absorbé le rayonnement solaire, a chauffé l'air ambiant et a poussé le panache haut dans l'atmosphère.

Prochain, l'équipe a modélisé la dégradation du panache de fumée dans l'atmosphère. Ils ont découvert que pour imiter le taux de décomposition observé de la fumée sur le panache de plusieurs mois, il devait y avoir une perte relativement lente de carbone organique (par des processus photochimiques) que les précédentes études d'hiver nucléaire avaient supposée très rapide.

« Nous comprenons mieux comment nos modèles représentent la fumée. Et parce que nous pouvons modéliser ce processus, nous savons que nous pouvons modéliser d'autres processus liés aux aérosols dans l'atmosphère, " dit Ru-Shan Gao, un scientifique de la NOAA et l'un des co-auteurs de l'article.

Brian Toon de CU Boulder et Alan Robock de l'Université Rutgers, également co-auteurs du nouvel article, sont particulièrement intéressés par ce que les résultats signifient pour les impacts climatiques des explosions nucléaires, qui incluent un impact de refroidissement sévère surnommé « l'hiver nucléaire ». En modélisant les impacts climatiques de la guerre nucléaire, Toon, Robock et d'autres s'attendaient depuis longtemps à ce que des incendies massifs créent des panaches de fumée qui pourraient également s'élever jusqu'à la stratosphère.

"Alors que la montée de la fumée était prévue dans les années 1980, l'incendie de 2017 en Colombie-Britannique est la première fois qu'il est observé, " dit Toon.

"C'était excitant d'avoir la confirmation, " ajouta Robock.

De plus, les observations détaillées faites lors de l'incendie de 2017, telles que la persistance un peu plus longue que prévu de la matière organique, alimentent davantage la modélisation, les deux ont noté. Il est possible que les effets de refroidissement d'un hiver nucléaire durent un peu moins longtemps que les modèles ne l'avaient prédit à ce jour, Toon a dit, mais les travaux sont en cours.