Avez-vous déjà porté un t-shirt sombre par une journée ensoleillée et senti le tissu se réchauffer sous les rayons du soleil ? La plupart d'entre nous savent que les couleurs sombres absorbent la lumière du soleil et que les couleurs claires la reflètent, mais saviez-vous que cela ne fonctionne pas de la même manière dans les longueurs d'onde non visibles du soleil ?

Le soleil est la source d'énergie de la Terre, et il émet de l'énergie sous forme de lumière solaire visible, rayonnement ultraviolet (longueurs d'onde plus courtes), et rayonnement proche infrarouge, que nous ressentons comme de la chaleur (longueurs d'onde plus longues). La lumière visible se reflète sur les surfaces de couleur claire comme la neige et la glace, tandis que les surfaces plus sombres comme les forêts ou les océans l'absorbent. Cette réflectivité, appelé albédo, est un moyen essentiel pour la Terre de réguler sa température - si la Terre absorbe plus d'énergie qu'elle n'en réfléchit, il fait plus chaud, et s'il réfléchit plus qu'il n'absorbe, il fait plus frais.

L'image devient plus compliquée lorsque les scientifiques intègrent les autres longueurs d'onde dans le mélange. Dans le proche infrarouge du spectre, les surfaces comme la glace et la neige ne sont pas réfléchissantes - en fait, ils absorbent la lumière proche infrarouge de la même manière qu'un t-shirt sombre absorbe la lumière visible.

"Les gens pensent que la neige est réfléchissante. Elle est si brillante, " a déclaré Gavin Schmidt, directeur du Goddard Institute for Space Studies de la NASA à New York et conseiller principal en climat de la NASA par intérim. "Mais il s'avère que dans la partie proche infrarouge du spectre, c'est presque noir."

Clairement, pour les climatologues d'avoir une vue d'ensemble de la façon dont l'énergie solaire entre et sort du système Terre, ils doivent inclure d'autres longueurs d'onde en plus de la lumière visible.

C'est là qu'intervient le capteur d'irradiation solaire totale et spectrale (TSIS-1) de la NASA. De son point de vue à bord de la Station spatiale internationale, TSIS-1 mesure non seulement l'irradiance solaire totale (énergie) qui atteint l'atmosphère terrestre, mais aussi combien d'énergie entre à chaque longueur d'onde. Cette mesure est appelée irradiance solaire spectrale, ou SSI. L'instrument de surveillance de l'irradiance spectrale (SIM) de TSIS-1, développé par le Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale de l'Université du Colorado à Boulder, mesure le SSI avec une précision meilleure que 0,2%, ou à moins de 99,8 % des vraies valeurs SSI.

"Avec TSIS-1, nous avons plus confiance dans les mesures de la lumière visible et proche infrarouge, " a déclaré le Dr Xianglei Huang, professeur au département des sciences et de l'ingénierie du climat et de l'espace à l'Université du Michigan. "La façon dont vous répartissez la quantité d'énergie à chaque longueur d'onde a des implications pour le climat moyen."

Huang et ses collègues de l'Université du Michigan, Le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l'Université du Colorado Boulder a récemment utilisé pour la première fois les données TSIS-1 SSI dans un modèle climatique mondial. "Plusieurs études ont utilisé diverses entrées SSI pour analyser la sensibilité des modèles climatiques dans le passé." Cependant, cette étude a été la première à examiner comment les nouvelles données ont modifié la réflexion et l'absorption modélisées de l'énergie solaire aux pôles de la Terre, dit Dong Wu, scientifique du projet TSIS-1 à Goddard.

Ils ont découvert que lorsqu'ils utilisaient les nouvelles données, le modèle a montré des différences statistiquement significatives dans la quantité d'énergie absorbée et réfléchie par la glace et l'eau, par rapport à l'utilisation de données solaires plus anciennes. L'équipe a exécuté le modèle, appelé le modèle de système terrestre communautaire, ou CESM2, deux fois :une fois avec les nouvelles données TSIS-1 moyennées sur une période de 18 mois, et une fois avec un plus vieux, moyenne reconstruite basée sur les données de l'expérience sur le rayonnement solaire et le climat (SORCE) de la NASA.

L'équipe a découvert que les données TSIS-1 avaient plus d'énergie présente dans les longueurs d'onde de la lumière visible et moins dans les longueurs d'onde du proche infrarouge par rapport à l'ancienne reconstruction SORCE. Ces différences signifiaient que la glace de mer absorbait moins et reflétait plus d'énergie dans la course TSIS-1, donc les températures polaires étaient entre 0,5 et 1,3 degrés Fahrenheit plus froides, et la couverture estivale de glace de mer était d'environ 2,5 % supérieure.

« Nous voulions savoir comment les nouvelles observations se comparent à celles utilisées dans les études de modèles précédentes, et comment cela affecte notre vision du climat, " a déclaré l'auteur principal, le Dr Xianwen Jing, qui a effectué cette recherche en tant que chercheur postdoctoral au département des sciences et de l'ingénierie du climat et de l'espace de l'Université du Michigan. "S'il y a plus d'énergie dans la bande visible et moins dans la bande proche infrarouge, cela affectera la quantité d'énergie absorbée par la surface. Cela peut affecter la croissance ou le rétrécissement de la banquise et son degré de froid au-dessus des hautes latitudes. »

Cela nous indique qu'en plus de surveiller l'irradiance solaire totale, Huang a dit, nous devons également garder un œil sur les spectres. Bien que des informations SSI plus précises ne modifient pas la vue d'ensemble du changement climatique, cela peut aider les modélisateurs à mieux simuler comment l'énergie à différentes longueurs d'onde affecte les processus climatiques comme le comportement de la glace et la chimie atmosphérique.

Même si le climat polaire semble différent avec les nouvelles données, il reste encore d'autres mesures à prendre avant que les scientifiques puissent l'utiliser pour prédire le changement climatique futur, les auteurs ont prévenu. Les prochaines étapes de l'équipe consistent à étudier comment les données TSIS affectent le modèle à des latitudes plus basses, ainsi que des observations continues dans le futur pour voir comment le SSI varie tout au long du cycle solaire.

En savoir plus sur la façon dont l'énergie solaire interagit avec la surface et les systèmes de la Terre, à toutes les longueurs d'onde, donnera aux scientifiques des informations plus complètes et de meilleure qualité pour modéliser le climat présent et futur. Avec l'aide de TSIS-1 et de son successeur TSIS-2, qui se lancera à bord de son propre vaisseau spatial en 2023, La NASA met en lumière le bilan énergétique de la Terre et son évolution.