Incendies de forêt record en Australie

Entre septembre 2019 et janvier 2020, près de deux fois plus de superficie brûlée que dans tout autre incendie extrême en Australie documenté à ce jour. Les incendies ont culminé entre le 29 décembre 2019 et le 4 janvier 2020, c'est pourquoi ils sont maintenant mentionnés dans la littérature scientifique sous le nom de super épidémie du Nouvel An australien (ANYSO) et familièrement connus sous le nom de feux de brousse de l'été noir.

En raison de la chaleur élevée, 38 nuages ​​​​de feu (Pyrocumulonimbus, PyroCb en abrégé) se sont formés, qui ont transporté la fumée à de grandes hauteurs à dix fois la vitesse d'un ascenseur. Plus de la moitié de ces nuages ​​PyroCb ont transporté les particules de fumée directement jusqu'à une hauteur de 14 à 16 kilomètres dans la basse stratosphère. Comme pour une éruption volcanique, il en va de même pour les incendies de forêt :plus les particules atteignent de hauteur, plus elles se propagent et plus leur effet sur le climat est durable. Les particules dans les couches atmosphériques inférieures sont généralement emportées rapidement par les précipitations (en quelques jours à quelques semaines) et ont donc peu d'effet sur le climat.

Les incendies de forêt dans le sud-est de l'Australie ont émis environ 1 million de tonnes de particules de fumée dans l'atmosphère au tournant de l'année 2019/20. C'est environ quatre fois plus que lors des incendies de forêt des années précédentes. Les particules de fumée se sont dispersées à travers les latitudes moyennes de l'hémisphère sud en quelques jours en raison des vents de haute altitude et contiennent, entre autres, des aérosols de suie.

Ces particules sombres absorbent l'énergie solaire et sont parmi les plus puissants forceurs climatiques à courte durée de vie. Cependant, la fumée de ces incendies de forêt extrêmes n'a pas encore été adéquatement représentée dans les modèles climatiques d'aérosols. Une équipe de recherche internationale dirigée par TROPOS a donc analysé les feux de forêt de l'été noir pour mieux comprendre l'impact de tels événements sur le climat.

De nombreuses mesures dans l'hémisphère sud fournissent une image déroutante

Pour leur étude, les chercheurs ont utilisé des données satellitaires d'épaisseur optique des couches d'aérosols (AVHRR de la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) et le lidar spatial CALIOP). Ils ont comparé l'opacité atmosphérique avec les mesures des photomètres solaires du réseau international AERONET, qui exploite des stations à Punta Arenas (Chili), sur l'île d'Amsterdam (océan Indien), à Marambio (près de la péninsule antarctique), sur la colline de Vechernaya (Antarctique oriental) et au Pôle Sud, entre autres. De plus, les observations à long terme réalisées avec deux lidars Raman au sol à Punta Arenas (Chili) et Río Grande (Argentine) à l'extrême sud de l'Amérique du Sud ont été décisives.

Ces mesures peuvent être considérées comme représentatives de la partie sud de l'hémisphère sud et ont également permis des comparaisons avec d'autres feux de forêt extrêmes dans l'hémisphère nord. Les deux mesures avaient à l'origine des objectifs scientifiques différents :Les observations lidar à Punta Arenas ont eu lieu dans le cadre de la campagne DACAPO-PESO (Dynamics, Aerosol, Cloud And Precipitation Observations in the Pristine Environment of the Southern Ocean) de novembre 2018 à novembre 2021. L'objectif principal de cette campagne de mesure menée par l'Université de Magallanes (UMAG), TROPOS et l'Université de Leipzig était d'étudier les processus d'interaction aérosol-nuage dans les conditions propres de l'hémisphère sud.

Les observations lidar à Río Grande faisaient partie de la mission HALO SOUTHTRAC-GW (Southern Hemisphere Transport, Dynamics, and Chemistry-Gravity Waves), dans laquelle une grande équipe internationale dirigée par le Centre aérospatial allemand (DLR) a étudié les ondes de gravité atmosphérique dans le Sud America avec l'avion de recherche HALO en septembre 2019. Le Compact Rayleigh Autonomous Lidar (CORAL) du DLR a également été utilisé, fournissant des données importantes sur les propriétés optiques de la fumée entre 15 et 30 kilomètres d'altitude. La grande quantité de données a permis d'observer un nouveau phénomène, de comparer les feux de forêt avec les précédents records de feux de forêt en Amérique du Nord et également d'établir des liens avec le trou dans la couche d'ozone :

Un tourbillon de fumée unique

On sait depuis longtemps que les incendies de forêt font pratiquement leur propre temps, mais un nouveau phénomène a été observé en relation avec les incendies de l'été noir en janvier-mars 2020 :un vortex auto-entretenu d'un diamètre d'environ 1 000 km et d'une étendue verticale d'environ 5 kilomètres. Ce vortex extrêmement stable a persisté dans la stratosphère pendant plus de 13 semaines, a traversé le Pacifique vers l'est en deux semaines et a plané au-dessus de la pointe de l'Amérique du Sud pendant plus d'une semaine.

Cela a été suivi d'un voyage de 10 semaines autour du monde dans une direction ouest qui pouvait être suivi sur plus de 66 000 km début avril 2020. Le vortex a transporté de la fumée et de l'humidité jusqu'à une altitude de 35 km, une altitude non atteinte par la troposphère. aérosols depuis l'éruption du volcan Pinatubo. Ce vortex a piégé les particules de fumée, les empêchant d'être dispersées et diluées. L'absorption du rayonnement solaire par la fumée au centre a entraîné un réchauffement et une circulation dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, comme une zone de haute pression dans l'hémisphère sud.

"Rien de tel n'a été observé auparavant. C'est la première preuve que la fumée provoque également des changements de vents dans la stratosphère et ouvre une toute nouvelle direction à la recherche scientifique. L'influence des incendies de forêt sur l'atmosphère pourrait être beaucoup plus grande que nous ne le pensions auparavant. ", souligne le Dr Albert Ansmann de TROPOS.

ANYSO en tant que nouveau détenteur du record

Les mesures Lidar par TROPOS des années précédentes ont permis de comparer les incendies de forêt en Australie avec deux autres grands incendies :Les incendies de forêt record au Canada (Pacific Northwest Event, PNE) en août 2017 n'avaient transporté qu'environ un tiers de la masse d'aérosols dans le haute stratosphère en comparaison. Au cours de cet événement, la fumée de cinq nuages ​​de feu au-dessus de la Colombie-Britannique a pu être observée au-dessus de l'Europe jusqu'en janvier 2018.

Des incendies extrêmement violents se sont également produits en juillet/août 2019 en Sibérie au nord et au nord-est du lac Baïkal (événement sibérien du lac Baïkal, SILBE), où aucun nuage de feu n'a été observé. La fumée s'est donc probablement élevée lentement à des altitudes élevées via le rayonnement solaire en une semaine. Grâce à des mesures lidar sur le brise-glace de recherche Polarstern, la fumée de ces incendies a pu être observée dans la région autour du pôle Nord lors de l'expédition internationale MOSAiC entre octobre 2019 et mai 2020.

La fumée des incendies de forêt canadiens (PNE) de 2017 comprenait environ 0,3 million de tonnes de matière, formait une couche d'environ 1 à 4 kilomètres d'épaisseur, s'élevait à une altitude de 20 kilomètres et planait dans l'atmosphère pendant environ 8 mois. La fumée des feux de forêt sibériens de 2019 (SILBE) a formé une couche d'environ 7 à 10 kilomètres d'épaisseur, s'est élevée à une altitude de 18 kilomètres et est restée en suspension dans l'atmosphère pendant environ 5 mois.

La fumée des incendies de forêt australiens de 2019/20 (ANYSO) comprenait environ 1 million de tonnes de matière, formait une couche d'environ 10 à 14 kilomètres d'épaisseur, s'élevait à une altitude de 24 kilomètres et flottait dans l'atmosphère pendant environ 20 mois.

"Les incendies de forêt australiens de 2019/20 sont certainement les incendies de forêt ayant le plus grand impact sur l'atmosphère et le climat mondial à ce jour. Les dimensions sont comparables à l'éruption de Pinatubo aux Philippines en 1991. À cette époque, les particules atteignaient des hauteurs de 25 kilomètres et a plané dans l'atmosphère pendant environ 14 mois. Seule la taille des particules diffère de manière significative :les particules de cendres du volcan, d'un diamètre d'environ 1 micromètre, étaient environ deux fois plus grosses que les particules de fumée des incendies de forêt australiens", rapporte Albert Ansmann de TROPOS.

La fumée comme catalyseur du trou dans la couche d'ozone ?

En 2020/21, trois événements avec un appauvrissement record de la couche d'ozone ont été observés :un trou d'ozone extrêmement fort s'est formé au-dessus du centre de l'Arctique en mars/avril 2020, et d'autres événements extrêmes au-dessus de l'Antarctique en septembre à novembre 2020 et 2021, respectivement. Au cours des trois événements, une quantité inhabituellement importante de fumée a flotté dans l'atmosphère des régions polaires, comme le montrent les mesures du lidar.

Du point de vue des chercheurs, il s'agit d'une indication claire des corrélations, car ils ont observé une correspondance claire entre la couche avec le plus fort appauvrissement en ozone au-dessus des stations des sondes d'ozone (14-25 km d'altitude), la couche avec une augmentation concentration de surface des particules au-dessus de Punta Arenas (10–24 km d'altitude) et la plage d'altitude dans laquelle les données du satellite CALIOP ont détecté des nuages ​​stratosphériques polaires (principalement au-dessus de l'Antarctique à 13–26 km d'altitude).

"Les nuages ​​​​stratosphériques polaires (PSC) sont connus pour avoir des processus chimiques à leur surface qui accélèrent l'appauvrissement de la couche d'ozone. Par conséquent, nous soupçonnons fortement que la fumée a conduit à ces nuages ​​élevés et que ces nuages ​​ont à leur tour entraîné un grave appauvrissement de la couche d'ozone. Ce n'est pas une bonne nouvelle pour les habitants des régions polaires et de leurs environs. Si, comme prévu, le changement climatique entraînait des incendies de forêt plus fréquents et plus graves, les trous d'ozone se propageraient dans l'Arctique et l'Antarctique, et avec eux le risque de cancer de la peau, " explique Kevin Ohneiser de TROPOS.

Effet de refroidissement comme une grande éruption volcanique

Les données ont également été utilisées pour une simulation avec le modèle climatique mondial moderne d'aérosols ECHAM6.3-HAM2.3. Ce modèle utilise un modèle microphysique des aérosols pour décrire le développement de différents types d'aérosols. Cela permet d'estimer leur influence sur le bilan radiatif de l'atmosphère :les simulations du modèle ont déterminé un effet de chauffage dans la haute atmosphère (TOA) de +0,5 watt par mètre carré dans l'hémisphère sud et de +0,25 watt par mètre carré dans le monde. À la surface de la Terre (bas de l'atmosphère, BOA), le forçage radiatif solaire a été estimé à environ -0,75 watts par mètre carré sous un ciel dégagé. Cela correspond à l'effet de refroidissement provoqué par une grande éruption volcanique.

"Nous avons été surpris de voir à quel point les incendies de forêt dans le sud-est de l'Australie ont augmenté l'opacité des couches d'air supérieures de l'hémisphère sud, modifiant ainsi le bilan radiatif. Ces changements ont influencé le climat dans l'hémisphère sud pendant un an et demi. Cependant, ils peuvent essentiellement être attribués à seulement quatre jours de fumée provenant de la pyroconvection », explique le Dr Bernd Heinold de TROPOS.

Les feux de forêt deviennent plus importants pour les modèles climatiques

L'impact des aérosols des feux de forêt sur le bilan énergétique des incendies avec des nuages ​​de feu de si haut niveau a probablement été sous-estimé dans les modèles jusqu'à présent, car la distribution verticale de la fumée est cruciale pour l'effet radiatif, mais il y a peu de connaissances sur cette propriété des feux de forêt. "De telles améliorations sont essentielles pour toute estimation du bilan énergétique et de l'état climatique de la Terre. Par conséquent, il devient de plus en plus important de mieux permettre aux modèles climatiques de faire face à l'impact des incendies de forêt sur l'atmosphère, car ils devraient augmenter en fréquence et en gravité. dans le monde entier en réponse au réchauffement climatique anthropique », explique le professeur Ina Tegen de TROPOS.

"Le risque accru d'incendies de forêt graves est lié à une sécheresse extrême. Des conditions météorologiques extrêmes plus fréquentes et plus intenses augmentent également la probabilité que ces nuages ​​de feu de très grande portée se forment plus fréquemment à l'avenir." Des incendies record comme celui en Australie en 2019/20 pourraient se répéter dans d'autres régions du monde dans les années à venir et avoir un impact croissant sur le climat mondial. + Explorer plus loin

Les incendies de l'"été noir" en Australie ont affecté la couche d'ozone :étude