Étude des effets radiatifs des précipitations sur l’amplification et le bilan énergétique de l’Arctique

L’un des paramètres clés de la modélisation climatique est le forçage radiatif. La plupart des modèles climatiques, y compris les modèles de circulation générale (MCG), se concentrent sur les effets de différents facteurs atmosphériques sur le forçage radiatif. Cependant, de grandes incertitudes subsistent dans les observations par satellite et les simulations multi-modèles associées à certains facteurs atmosphériques.

Parmi ces sources d’incertitude, les nuages ​​sont connus pour être à l’origine de biais radiatifs dans les modèles de circulation générale. Cependant, une autre source possible d’incertitude radiative est associée aux précipitations.

En principe, les particules précipitantes affectent le forçage radiatif en perturbant les rayonnements entrants à ondes courtes et sortants à ondes longues. Mais la plupart des modèles de circulation générale conventionnels de la phase 6 du projet d’intercomparaison de modèles couplés (CMIP6) traitent les précipitations de manière diagnostique et excluent les effets radiatifs des précipitations (REP). L’extraction de l’ampleur des REP dans les modèles climatiques est difficile en raison de la rétroaction complexe entre l’atmosphère et l’océan et des variabilités multi-modèles.

À cette fin, une nouvelle étude, publiée dans npj Sciences du climat et de l’atmosphère le 19 juin 2024, sous la direction du professeur associé Takuro Michibata de l’Université d’Okayama, une étude a été menée sur l’influence du REP sur le forçage radiatif à différentes échelles géographiques.

Le Dr Michibata a utilisé trois sous-versions du GCM japonais, MIROC6, intégrant différents traitements de précipitation et de calcul radiatif. Ces sous-versions comprenaient les précipitations diagnostiques sans REP (DIAG), les précipitations pronostiques sans REP (PROG REP-OFF) et les précipitations pronostiques avec REP (PROG REP-ON), pour quantifier l’influence des particules précipitantes sur les bilans radiatifs et les cycles hydrologiques à l’échelle mondiale et régionale.

« En plus de modifier le modèle MIROC6, nous avons également utilisé 34 modèles climatiques provenant des archives de données CMIP6 pour mieux comprendre le REP sur les variations saisonnières de l’amplification arctique. Ainsi, en utilisant des ensembles de simulations et de multiples observations satellites, nous avons systématiquement documenté l’importance du REP sur le cycle hydrologique mondial et régional et le bilan énergétique », explique le Dr Michibata.

L’étude a montré que le REP affecte non seulement le profil thermodynamique local, mais aussi le taux et la distribution des précipitations à distance en modifiant la circulation atmosphérique. En raison des particules qui précipitent dans l’atmosphère, il se produit une réduction collective du rayonnement net à ondes courtes (« effet parasol »).

Parallèlement, l’inverse est observé sur le rayonnement net de grande longueur d’onde (« effet de réchauffement »), notamment dans la zone arctique. Selon PROG REP-ON, cela entraîne un affaiblissement du refroidissement radiatif dans l’atmosphère et donc un ralentissement du cycle hydrologique au niveau global.

Le réchauffement de surface est plus prononcé dans les régions polaires, avec une augmentation notable de la température de surface – de plus de 1 K en moyenne – en hiver, par rapport à la simulation sans REP. Cette augmentation de température est plus de deux fois plus importante que le réchauffement estival.

L’étude souligne essentiellement l’ampleur du réchauffement de surface dans PROG REP-ON, qui est plus fort en hiver qu’en été. Cela a été vérifié par la suite avec les 34 modèles CMIP6 qui ont également montré des variations systématiques de l’amplification arctique après prise en compte de REP.

En revanche, les variations de température dans les régions tropicales et subtropicales se sont révélées relativement faibles. En fait, l’analyse du bilan radiatif tridimensionnel a montré que le changement des précipitations était le principal effet du REP dans les tropiques, contrairement au changement de température significatif dans les régions polaires.

Ces résultats indiquent que le REP a une influence significative sur le bilan radiatif et le cycle hydrologique à l’échelle mondiale et régionale, ce qui peut fournir des informations précieuses sur le mécanisme d’impact du REP sur les changements de température et de précipitations. De plus, cela implique que l’inclusion du REP dans les modèles de circulation générale pourrait améliorer les biais de précipitations et de température dans les modèles climatiques et donc améliorer la précision de ces simulations climatiques par rapport aux données d’observation.

« Les modèles climatiques actuels comportent encore de grandes incertitudes, notamment en ce qui concerne la simulation du climat arctique. Étant donné que le climat arctique est étroitement lié à la météorologie et aux conditions météorologiques des latitudes moyennes, cette étude contribuera à l’amélioration des modèles climatiques pour une prévision plus précise des changements climatiques futurs et des changements dans la fréquence des phénomènes météorologiques extrêmes.

« De plus, la compréhension du niveau de processus dans le REP sera utile à d’autres groupes de modélisation dans le développement futur de modèles », conclut le Dr Michibata.