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Dans l’Arctique, un mystérieux phénomène atmosphérique génère certains des nuages les plus étranges de la planète.

Là-haut, des traînées de nuages peuvent rapidement se transformer en orages gigantesques. Ces nuages étranges ne sont pas seulement fascinants sur le plan visuel. Ils ne sont pas non plus les seuls à être à l’origine de puissants orages. Selon les chercheurs, ils pourraient également jouer un rôle dans le rythme effréné du réchauffement de l’Arctique, un rythme environ quatre fois plus rapide que celui du reste de la planète (SN : 8/11/22).

Mais les simulations climatiques de la région ne peuvent pas intégrer avec précision la naissance et l’évolution de ces nuages : Les forces qui les façonnent sont tout simplement trop peu connues.

Une équipe internationale de scientifiques s’attaque désormais de front à cette incertitude. De la fin du mois de février au début du mois d’avril, les chercheurs se sont envolés à plusieurs reprises dans le ciel orageux de l’Arctique, à bord d’un avion C-130 lourdement instrumenté, afin d’étudier les changements de forme des nuages et de collecter une multitude de données.

L’équipe espère que ses conclusions constitueront la première étape pour percer un mystère de longue date.

Des vagues d’air froid arctique donnent naissance à ces nuages
Les nuages arctiques sont le résultat de l’une des collisions de masses d’air les plus intenses de la planète.

Les poussées d’air froid marin, ou MCAO, sont des vagues d’air froid et sec qui s’éloignent régulièrement des terres vers la mer pour rencontrer de l’air plus chaud au-dessus des océans. En réaction, les eaux océaniques libèrent d’énormes quantités de chaleur et d’humidité qui s’élèvent dans l’atmosphère et se condensent en nuages.

Les nuages alimentés par la MCAO présentent un motif distinct. « C’est magnifique à regarder sur les images satellite », déclare Paquita Zuidema, spécialiste de l’atmosphère à la Rosenstiel School of Marine, Atmospheric and Earth Science de l’université de Miami, à Key Biscayne (Floride). Ces nuages sont « si impressionnants visuellement », ajoute Mme Zuidema, qui a codirigé l’expédition.

Les premiers nuages qui se forment à partir des MCAO sont de fines rangées de petites « rues » à l’échelle du kilomètre qui s’alignent avec le vent lorsqu’elles émergent juste au large de la terre. Plus loin sous le vent et plus loin en mer, les traînées se transforment en nuages plus gros, à cellules ouvertes, de grandes bouffées avec des parcelles d’air clair au centre.

Ces cellules peuvent atteindre 20 à 30 kilomètres de diamètre et jusqu’à un kilomètre de hauteur, explique Bart Geerts, spécialiste de l’atmosphère et codirecteur du projet. À terme, elles peuvent se transformer en cumulonimbus épais et imposants, d’une hauteur pouvant atteindre 5 kilomètres.

Les chercheurs disposent de peu d’informations sur ces nuages
Les cumulonimbus qui émergent des MCAO ne sont pas tout à fait comme les nuages générateurs d’orages des basses latitudes, en ce sens qu’ils produisent très rarement des éclairs, explique Geerts, de l’université du Wyoming à Laramie. Mais ils peuvent produire de fortes chutes de neige – et parfois des tempêtes intenses, semblables à des ouragans, appelées dépressions polaires (SN : 1/17/23).

Comparés aux cyclones tropicaux, ces cyclones sont petits et donc plus difficiles à prévoir. L’amélioration des prévisions de ces phénomènes destructeurs est d’un grand intérêt pour les pays de l’Arctique, explique M. Greet, et les vols de l’équipe pourraient contribuer à cette amélioration.

Une autre question clé à laquelle les chercheurs espèrent répondre est celle de la quantité de liquide contenue dans les nuages par rapport à la glace, et de l’évolution de cette proportion au cours de leur évolution. Cette proportion est importante, explique M. Zuidema, car les nuages liquides sont plus brillants et réfléchissent davantage la lumière du soleil dans l’espace que les nuages de glace. Cela signifie que les nuages liquides peuvent réduire le réchauffement à la surface, tandis que les nuages de glace peuvent piéger une plus grande partie de la chaleur du soleil, ce qui accentue le réchauffement.

« Depuis une dizaine d’années, on s’est rendu compte que les proportions de nuages liquides et de nuages de glace sont en fait assez éloignées dans les modèles climatiques », explique M. Zuidema. « C’est l’un des objectifs de la communauté des modélisateurs du climat.

Le problème est qu’il existe relativement peu d’observations directes du contenu en eau et en glace de ces nuages arctiques pour aider à valider les simulations climatiques du réchauffement futur. Cela s’explique en partie par le fait que ces phénomènes se produisent loin des côtes, dans l’une des régions les plus reculées du monde. Et les nuages, bien que visibles par les satellites, sont trop petits pour que les engins spatiaux puissent capturer des caractéristiques essentielles qui aident à contrôler leur évolution dans le temps, comme les mouvements verticaux à petite échelle qui entraînent des courants d’air ascendants.

L’impact du réchauffement rapide de la région sur les conditions météorologiques du reste de la planète n’est pas encore clair, ajoute-t-elle. « Nous pensons que les conditions météorologiques de l’Arctique et des latitudes moyennes devraient être liées », dit-elle. Mais la nature de ces « téléconnexions » atmosphériques à longue portée est encore incertaine.

Zuidema, Greet et leurs collègues se sont donc rapprochés dans leur C-130 aménagé.

Les vols polaires répétés commencent à fournir des informations détaillées
Au cours de la mission de cette année, l’équipe a effectué huit vols au-dessus de l’Arctique, passant au-dessus, au-dessous et à travers les nuages engendrés par l’OAMC.

L’avion transportait plusieurs instruments de télédétection : un lidar, qui utilise des impulsions laser pour mesurer les dimensions des nuages ou des surfaces terrestres ; un radar, qui utilise des ondes radio dans le même but ; et des radiomètres, qui mesurent les flux de rayonnement infrarouge ou de chaleur. Selon l’équipe, les données recueillies par ces instruments peuvent aider à évaluer les proportions de glace et d’eau dans les nuages. Pendant ce temps, l’équipe a également déployé des dropsondes, des cylindres métalliques d’environ un tiers de mètre de long qui sont attachés à de petits parachutes. Les dropsondes recueillent des mesures de la température, de l’humidité et du vent lorsqu’elles descendent dans l’atmosphère.

L’objectif, explique M. Zuidema, était de recueillir suffisamment de données sur un nombre suffisant d’événements MCAO différents pour que les scientifiques puissent commencer à en dresser un tableau statistiquement solide, susceptible d’être incorporé en toute confiance dans des modèles informatiques. L’équipe commence à présent à analyser toutes ses données, qu’elle prévoit de présenter en janvier prochain lors de la réunion annuelle de l’American Meteorological Society à la Nouvelle-Orléans.

Le travail de terrain de cette année est un bon début, dit-elle. « Nous avons obtenu des études de cas intéressantes cette fois-ci. Mais il est toujours préférable de disposer de plus de données lorsqu’il s’agit de valider des modèles informatiques. « Ce que nous espérons vraiment, c’est développer le type de statistiques qu’un modélisateur souhaiterait obtenir. Pour ce faire, il faudra probablement effectuer d’autres vols dans le ciel orageux de l’Arctique.

Adaptation Terra Projects

Source : https://www.sciencenews.org/

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