Les grands incendies de forêt créent des nuages de pyrocumulus qui transportent des aérosols dans l'atmosphère, où ils influencent le changement climatique en bouleversant l'équilibre du rayonnement atteignant la surface de la Terre. De meilleures données sur le comportement des aérosols dans l'atmosphère peuvent faciliter une prévision climatique plus précise. Crédit :Image Creative Commons / CC BY 3.0.
À environ 17 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, la première couche de l'atmosphère rencontre la seconde. A une limite appelée la tropopause, la troposphère se termine et la stratosphère commence. A cheval sur cette interface, sur environ cinq kilomètres de chaque côté, est une bande de l'atmosphère étiquetée, terre-à-terre, la "haute troposphère/basse stratosphère" - l'UTLS.
Cette tranche froide de poussière et de gaz ne reçoit pas beaucoup de presse. Mais les matériaux qui y tourbillonnent influencent puissamment le climat que nous vivons sur Terre, et de bonnes données sur ce qui se passe dans l'UTLS alimenteront des modèles beaucoup plus précis sur la façon dont nous pouvons nous attendre à ce que le climat change, et quand. Jusque là, cependant, nous savons très peu.
"C'est littéralement, aussi difficile que cela soit à croire, une région inexplorée dans l'atmosphère, " a déclaré Scott Bailey, professeur au département de génie électrique et informatique Bradley. "Et c'est crucial pour la prévision du changement climatique."
La maîtrise du changement climatique est devenue un pilier central de l'approche de l'administration Biden en matière de politique économique et publique ; initiatives d'énergie propre, plafonds d'émissions, et d'autres dispositions axées sur le climat représentent des milliards de dépenses dans les projets de loi actuellement soumis au Congrès.
Des mesures d'atténuation efficaces nécessitent des prévisions précises, a expliqué Bailey, qui est également le directeur de Space@VT, le centre de recherche en sciences spatiales et en ingénierie de l'université.
« Imaginez que vous êtes le maire d'une grande ville côtière, " a-t-il dit. " Vous savez qu'au cours des 50 prochaines années, le niveau de la mer va monter et provoquer des inondations, donc que fais-tu? Avez-vous besoin de renforcer les plages? Avez-vous besoin de mettre à jour les codes du bâtiment pour vous préparer à des tempêtes plus violentes? Avez-vous besoin de commencer à déplacer littéralement la ville vers l'intérieur des terres ? Et quand? Est-ce un problème de 20 ans ou un problème de 40 ans? Vous allez avoir ces questions pour chaque ville de la côte, dans tout le pays."
Le récit de base sur le changement climatique est que les gaz à effet de serre piègent la chaleur, l'augmentation de la température et la conduite d'événements météorologiques extrêmes.
"Mais il y a bien plus dans l'histoire, " Bailey a dit, expliquant que l'activité humaine contribue en fait à deux processus concurrents. Le réchauffement est l'un d'entre eux, mais l'autre, moins intuitivement, se refroidit :les aérosols en suspension dans l'atmosphère agissent comme un bouclier thermique, disperser la lumière du soleil entrante dans l'espace et réduire les températures. (C'était le phénomène à l'origine de la pause apparente du réchauffement climatique au cours des années 2010.)
Beaucoup de ces aérosols sont anthropiques d'une manière ou d'une autre, et l'UTLS, où la température et la pression atmosphérique créent des conditions propices à leur accumulation, c'est là qu'une grande partie du drame se joue. Les chercheurs savent quels sont certains de ces composés, mais très peu sur leurs abondances relatives ou comment elles changent avec le temps. Bailey, avec une équipe de collaborateurs percutants dans des instituts de recherche dans tout le pays, a élaboré un plan qui pourrait enfin faire la lumière sur cette région mystérieuse de l'atmosphère.
Leur proposition comprend une flotte de six petits satellites, chacun de la taille d'une glacière de pique-nique, qui orbiterait non pas dans l'UTLS mais à des centaines de kilomètres au-dessus.
Le cœur technologique du projet est la cargaison des satellites. Chacun portera des capteurs uniques, conçu par la société GATS Inc. basée à Newport News et développé à la division de télédétection du laboratoire de recherche navale, qui mesurent la quantité de lumière solaire absorbée à des longueurs d'onde précises. Deux fois par orbite, quand chaque satellite sera dans la bonne position pour regarder le soleil à travers l'UTLS, les capteurs capteront la lumière du soleil filtrée à travers les aérosols UTLS. Les modèles d'absorption résultants fonctionneront comme des empreintes chimiques que l'équipe pourra utiliser pour identifier les composants de ces aérosols et suivre leur évolution dans le temps, avec une résolution et une précision supérieures à celles disponibles auparavant.
"Ce qui est unique à propos de cet instrument, c'est qu'il peut annuler les propriétés atmosphériques par incréments d'altitude très étroits, " dit Bailey.
La plupart des capteurs atmosphériques peuvent déterminer l'altitude de ce qu'ils mesurent à cinq kilomètres environ. Dans l'UTLS, seulement 10 kilomètres d'épaisseur, cette résolution est pratiquement inutile. Les capteurs que l'équipe de Bailey utilisera peuvent localiser l'altitude à moins d'un kilomètre, suffisamment pour enfin commencer à identifier d'où viennent ces composés et comment ils se déplacent.
Les aérosols flottant dans l'UTLS proviennent de la Terre. Ils proviennent du sel marin, matériel biologique, panaches de cendres de feu de forêt, le smog éructé des cheminées d'usine, et de la poussière volcanique, baratté vers le haut dans l'atmosphère par les tempêtes et les courants d'air et d'autres turbulences.
Une certaine quantité de ces aérosols filtrerait naturellement dans l'UTLS. Mais l'activité humaine a suffisamment pompé dans l'atmosphère pour perturber l'équilibre de la chaleur entrant et sortant.
"Nous perturbons l'atmosphère d'une manière que nous ne pouvons pas prévoir, et voir des changements que nous avons du mal à comprendre, " a déclaré Bailey. " Si un jour vous voyez la pollution générée par un incendie de forêt, par exemple, vous voulez suivre son mouvement dans le temps. Vous avez besoin d'un profil détaillé pour le faire, et c'est ce que cet instrument peut faire."
L'équipe a développé un prototype fonctionnel de l'instrument avec une subvention de 4 millions de dollars de la NASA en 2017. Maintenant, ils demandent l'injection de financement beaucoup plus importante qu'il faudra pour construire la version du monde réel et l'envoyer dans l'espace.
S'ils réussissent, les données renvoyées par ces satellites permettront de faire le lien entre le comportement humain et les changements climatiques, en comblant les éléments manquants du tableau, nous devons construire des modèles climatiques robustes.
" De combien ça va se réchauffer quand c'est crucial, et il y a encore de grosses barres d'erreur quand nous allons atteindre certaines températures, " dit Bailey. " Nous n'y arriverons pas sans cette mission. Ce n'est pas un petit pas en avant, c'est un grand pas en avant."
