Une nouvelle analyse a révélé que des capacités avancées d'instruments satellitaires sont nécessaires pour la surveillance mondiale des particules microscopiques, ou aérosols, dans la couche stratosphérique de l'atmosphère. Les aérosols dans la stratosphère, situés au-dessus d'environ 12 kilomètres, augmentent considérablement après une éruption volcanique, entraînant des changements dans le climat de la Terre et offrant une opportunité cruciale de tester des modèles scientifiques conçus pour prédire les variations climatiques à court et à long terme.

Des chercheurs de la NASA Goddard Institute for Space Studies à New York et de la National Academy of Sciences de Kiev, Ukraine, rapporter les nouvelles découvertes dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express .

Quand un volcan entre en éruption, de grandes quantités de cendres et de particules d'acide sulfurique peuvent recouvrir la planète entière, bloquant une grande partie de la lumière du soleil et provoquant temporairement un refroidissement global. Les scientifiques cherchent maintenant à savoir si cet effet de couverture pourrait être utilisé pour contrer le réchauffement climatique en injectant des aérosols artificiels dans la stratosphère. De tels projets de géo-ingénierie nécessiteraient également un moyen de surveiller la quantité et la taille des particules artificielles dans la stratosphère et l'effet climatique qui en résulte.

« La nature globale des aérosols stratosphériques naturels et artificiels signifie qu'un instrument spécialisé en orbite terrestre est nécessaire pour obtenir des informations complètes sur leurs propriétés et leur distribution, " a déclaré Janna Dlugach, membre de l'équipe de recherche de l'Académie nationale des sciences d'Ukraine. "Ces informations sont essentielles pour tester les modèles climatiques et surveiller les effets climatiques des projets potentiels de géo-ingénierie et des éruptions volcaniques majeures, ce qui peut affecter les moyens de subsistance de l'ensemble de la population.

Surveillance des aérosols depuis l'espace

Au cours de la prochaine décennie, la NASA prévoit de mener une mission spécialisée pour surveiller les aérosols et les nuages ​​sur Terre. Cette mission comprendrait un instrument qui mesure non seulement la luminosité de la lumière solaire réfléchie par l'atmosphère et la surface de la Terre, mais aussi la polarisation de la lumière, qui contient des informations riches sur la taille, composition et quantité de particules d'aérosol.

« Les caractéristiques techniques de ce futur polarimètre font actuellement l'objet d'un débat actif au sein de la communauté scientifique, " a déclaré Michael Michchenko, membre de l'équipe de recherche de la NASA. "Notre article introduit dans cette discussion la nécessité de surveiller non seulement les aérosols dans la basse atmosphère, mais aussi des aérosols stratosphériques qui pourraient devenir un élément majeur du système climatique dans le cas d'une éruption volcanique majeure ou de la mise en œuvre d'un programme massif de géo-ingénierie."

Les mesures de la lumière solaire réfléchie par des instruments orbitaux sont généralement dominées par des nuages ​​d'eau brillants, la surface terrestre et les aérosols trouvés dans la troposphère, la couche atmosphérique la plus proche du sol. "Ce n'est pas problématique lorsque les aérosols stratosphériques sont minimes et donc sans importance par rapport aux aérosols troposphériques, " expliqua Dlugach. " Cependant, il devient essentiel de séparer la lumière provenant des aérosols stratosphériques dans le cas d'éruptions volcaniques ou d'activités de géo-ingénierie."

Séparation des aérosols stratosphériques

Dans la nouvelle étude, les chercheurs soutiennent que tout futur instrument orbital de surveillance des aérosols devrait fournir des mesures dans un canal spectral étroit centré à 1,378 micromètres. "A cette longueur d'onde, la vapeur d'eau dans la troposphère peut presque complètement absorber la lumière du soleil diffusée par les nuages, surfaces terrestres et aérosols troposphériques, " a déclaré Mishchenko. "Cela nous permet de déduire les propriétés des aérosols stratosphériques séparément de celles des aérosols troposphériques."

Les chercheurs ont utilisé des mesures simulées pour déterminer la meilleure façon de mesurer les aérosols stratosphériques. Ils ont commencé par utiliser un modèle réaliste d'aérosols stratosphériques pour calculer la luminosité et la polarisation théoriques de la lumière solaire que ces aérosols réfléchiraient dans l'espace. Ils ont ensuite ajouté des erreurs de mesure qui imitent celles trouvées dans les données satellitaires réelles. Avec les informations qui en résultent, ils ont simulé plusieurs types de mesures réalistes pour déterminer laquelle fournit suffisamment d'informations pour déterminer la quantité, taille et composition des aérosols stratosphériques.

« Nous avons constaté que la mesure de la luminosité de la lumière seule ne permet pas de déduire des aérosols stratosphériques, " a déclaré Dlugach. "Notre analyse suggère que la future mission spatiale de surveillance des aérosols devrait inclure un instrument capable d'obtenir des mesures précises de polarisation d'une scène terrestre sous plusieurs angles à la longueur d'onde de 1,378 micromètre."

Le canal d'absorption de vapeur d'eau puissant est nécessaire pour annuler la lumière provenant de la basse atmosphère et de la surface tandis que des mesures précises de polarisation sous plusieurs angles fournissent des informations détaillées sur les aérosols stratosphériques.

Prochain, les chercheurs prévoient d'analyser des conditions d'observation plus difficiles qui imposeraient des exigences supplémentaires à la conception de l'instrument. Ils souhaitent également déterminer si la combinaison d'observations polarimétriques et lidar à partir de la même plate-forme orbitale serait bénéfique dans certaines conditions.