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Les aérosols sont des particules fines en suspension dans l’atmosphère (grains de sable, poussières, combustion de biomasse, sels marins, pollution industrielle…). La grande majorité d’entre elles sont d’origine naturelle (éruptions volcaniques, tempêtes de sable, feux de forêt, etc.) mais elles peuvent également résulter des activités humaines liées à l’industrie, aux transports ou aux modes de chauffage (aérosols primaires) ou de transformations physico-chimiques dans l’atmosphère (aérosols secondaires). Leurs compositions chimiques sont variées et dépendent en partie de leur source d’émission.
Il est aujourd’hui bien établi que les aérosols affectent le climat par divers effets directs et indirects. Les aérosols vont en effet interagir avec les rayons du soleil (le rayonnement solaire incident) en réfléchissant une partie vers l’espace, autant d’énergie qui ne sera pas reçue par la surface terrestre. Les petites particules en suspension dans l’atmosphère vont également pouvoir servir de noyaux de condensation de la vapeur d’eau et permettre ainsi la formation de nuages. Par ces deux effets, les aérosols jouent un rôle refroidissant du climat.
Depuis les années 1980’s, la forte réduction des émissions anthropiques d’aérosols liées aux politiques de lutte contre la pollution atmosphérique notamment dans l’industrie, s’est traduite par une augmentation du rayonnement solaire incident. Pour reproduire ces tendances du rayonnement dans les modèles numériques du climat, les travaux de Nabat et al. (2014) ont montré qu’un forçage réaliste en aérosols doit être appliqué dans les RCMs (regional climate models).
Une généralisation de ces travaux, menée dans le cadre du projet C3S34b (PRINCIPLES), a montré que tous les RCMs du programme EUROCORDEX sous-estiment l'augmentation du rayonnement observée au cours des dernières décennies, sauf ALADIN (Figure 1). Ce modèle régional inclut un forçage évolutif en aérosols, et non constant comme la plupart des autres RCMs. Notons que RACMO utilise aussi des aérosols évolutifs et montre une tendance positive, mais moins forte qu’ALADIN et les observations (Vautard et al. 2018).
Figure 1: Tendance en moyenne annuelle du rayonnement, calculée en 47 localisations réparties sur l'Europe de l'Ouest, pour la période 1981-2010. La barre grise correspond à la tendance observée. Les tendances simulées sont regroupées par RCM et les couleurs indiquent le GCM forceur.
En termes de changement de rayonnement d’ici 2100, les RCMs montrent aussi une grande dispersion. Les deux RCMs avec forçage en aérosols évolutifs (ALADIN et RACMO) sont les seuls à montrer une augmentation marquée du rayonnement (Figure 2). Les autres simulent des changements faibles, voire négatifs qui sont en désaccord avec l’augmentation de rayonnement simulée par les GCMs au cours du 21e siècle (Bartok et al. 2017, Boé et al. 2020, Gutierrez et al. 2020).
Figure 2: Changement de rayonnement estival (JJA, 2021-2050 moins 1971-2000) en moyenne sur l’Europe (-15W, 45E, 30N, 65N) sous l’hypothèse d’un scénario RCP8.5. Les simulations sont regroupées par GCMs forceurs et chaque couleur correspond à un RCM. Le rectangle noir indique la moyenne multi-modèle. Le rectangle mauve (AERO CST) correspond à l’expérience de sensitivité menée dans le cadre du FPS-Aerosols : ALADIN63 forcé par CNRM-CM5 avec aérosols constants.
Des expériences de sensibilité réalisées dans le cadre du programme CORDEX confirment l’importance du forçage en aérosols pour simuler les changements futurs de rayonnement. En effet, lorsque l’évolution temporelle des aérosols est appliquée aux RCMs, ils simulent une augmentation du rayonnement sur l’Europe de l’Ouest cohérente avec celle des GCMs (Figure 3 d’après Nabat et al, 2021).
Figure 3: Changement de rayonnement estival (JJA, 2021-2050 moins 1971-2000) sous l’hypothèse d’un scénario RCP8.5. Moyenne d'un ensemble de 9 simulations produites avec des RCMs Euro-CORDEX, de gauche à droite : GCMs, RCMs avec aérosols constants, RCMs avec aérosols évolutifs.
En résumé, des travaux récents soulignent l’importance de la prise en compte de l'évolution temporelle des aérosols pour simuler le changements récents et futurs du rayonnement.
Ainsi, le portail DRIAS met à disposition dans « l’Espace Données et Produits » les données de rayonnement pour les seules simulations utilisant des RCM avec aérosols évolutifs : il s’agit des couples CNRM CM5-ALADIN, CNRM CM5-RACMO et EC-EARTH_RACMO.
Bartok B., Wild M, Folini D, Luthi D, Kotlarski S, Schar C, Vautard R, Jerez S, Imecs Z (2017) Projected changes in surface solar radiation in CMIP5 global climate models and in EURO-CORDEX regional climate models for Europe. Clim Dyn. https://doi. org/10.1007/s00382-016-3471-2
Boé J., Somot S, Corre L, Nabat P (2020) : Large discrepancies in summer climate change over Europe as projected by global and regional climate models: causes and consequences. Clim Dyn. https://doi.org/10.1007/s00382-020-05153-1
Chen, L. (2021) : Uncertainties in solar radiation assessment in the United States using climate models. Clim Dyn 56, 665–678. https://doi.org/10.1007/s00382-020-05498-7
Drugé, T., Nabat, P., Mallet, M., and Somot, S. (2021) : Future evolution of aerosols and implications for climate change in the Euro-Mediterranean region using the CNRM-ALADIN63 regional climate model, Atmos. Chem. Phys., 21, 7639–7669, https://doi.org/10.5194/acp-21-7639-2021.
Gutiérrez et al., (2020) : Environ. Res. Lett. 15 034035
Nabat P., Somot S, Mallet M, Sanchez-Lorenzo A, Wild M (2014) : Contribution of anthropogenic sulfate aerosols to the changing Euro-Mediterranean climate since 1980. Geophys Res Lett. https ://doi.org/10.1002/2014GL060798
Nabat, P., Somot, S., Corre, L., Katragkou, E., Li, S., Mallet, M., van Meijgaard, E., Pavlidis, V., Pietikäinen, J.-P., Soerland, S., and Solmon, F. (2021) : Impact of aerosols on the future Euro-Mediterranean climate: results from the CORDEX FPS-Aerosol, EGU General Assembly, online, 19–30 Apr 2021, EGU21-2211, https://doi.org/10.5194/egusphere-egu21-2211, 2021.
Vautard R., et al. (2018) : Synthesis on the existing simulations at start of the project, ECMWF Copernicus Note, C3S_D34b_Lot2041_201802_Synthesis_Existing
