Les mesures radiométriques à large bande des satellites GPS révèlent que l'albédo de l'océan Arctique en été diminue plus rapidement que la glace de mer recule

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 13769 (2023) Citer cet article

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Détails des métriques

De nouvelles mesures dans l'Arctique ± 40 jours autour du solstice d'été montrent que la lumière solaire réfléchie provenant du nord de 80°N diminue de 20 à 35 %. La couverture de la glace de mer arctique diminue de 7 à 9 % au cours de la même période (comme indiqué par le NSIDC), ce qui implique une diminution de l'albédo de la glace de mer arctique en plus du recul de la glace de mer. Des mesures similaires en Antarctique fournissent une référence à laquelle les mesures arctiques sont comparées. La lumière solaire réfléchie par l'Antarctique au sud de 80°S est jusqu'à 30 % plus grande que la réflectance arctique et est symétrique autour du solstice, ce qui implique une réflectivité antarctique constante. La lumière solaire réfléchie par l'Arctique 20 jours après le solstice est > 100 W/m2 inférieure à la lumière solaire réfléchie par l'Antarctique. À titre de perspective, c'est suffisamment de chaleur pour faire fondre > 1 mm/heure de glace. Cette découverte devrait être comparée aux modèles climatiques et aux ensembles de données de réanalyse pour quantifier davantage le rôle de l'albédo de la glace de mer dans l'amplification de l'Arctique. Les mesures ont été effectuées avec des radiomètres pixelisés inédits sur les satellites du Global Positioning System de 2014 à 2019. Les orbites GPS donnent à chaque radiomètre des vues instantanées et continues de 37 % de la Terre, soit deux vues complètes quotidiennes de l'Arctique et de l'Antarctique. En outre, la constellation GPS offre une couverture terrestre à temps plein qui peut fournir des données qui complètent les instruments existants à champ de vision limité qui offrent une vue moins synoptique de la Terre.

L'évolution rapide du climat de la région arctique provoque des phénomènes tels que la diminution de l'étendue minimale (septembre) de la glace de mer de près de 40 % depuis les années 19701,2,3. Plusieurs théories ont été développées pour expliquer le rythme de réchauffement plus rapide de la région arctique (appelé amplification arctique ou polaire) par rapport au reste de la Terre. Les raisons probables derrière l'amplification de l'Arctique comprennent4 « la réduction de l'albédo estival due à la perte de glace de mer et de couverture neigeuse, l'augmentation de la teneur totale en vapeur d'eau dans l'atmosphère arctique, les changements dans la nébulosité totale en été, la chaleur supplémentaire générée par la glace de mer nouvellement formée sur des zones ouvertes plus étendues. zones d'eau en automne, le transport de chaleur et d'humidité vers le nord et le taux de perte de chaleur vers l'espace plus faible depuis l'Arctique par rapport aux régions subtropicales »5,6. L’analyse basée sur des modèles climatiques permet d’interpréter et d’émettre des hypothèses sur les causes de l’amplification arctique. Plusieurs analyses ont montré que les rétroactions d’albédo de la glace de mer sont probablement à l’origine de l’amplification arctique7,8,9,10,11,12. La rétroaction de l'albédo est due à (1) la fonte des glaces de mer qui entraîne le retrait de la banquise ainsi que (2) la diminution de la réflectivité ou de l'albédo de la glace restante due à la fonte de la surface13,14,15,16,17,18 qui change la réflectivité de la surface de la neige et de la glace ainsi que la formation de bassins de fonte peu réfléchissants. La plupart des analyses du système climatique reconnaissent la récession des glaces de mer comme un effet important dans la réduction de l'albédo9,14,19,20, mais le rôle de la réduction de l'albédo21,22,23 de la glace de mer restante est moins fréquemment mentionné. Les analyses récentes de mesures complètes de l'albédo dans l'Arctique sur suffisamment d'années pour être significatives sur le plan climatologique (c'est-à-dire sur plusieurs décennies) semblent être peu nombreuses.

Des mesures de la lumière solaire réfléchie par la Terre ont été effectuées par des radiomètres au silicium à large bande pixellisés (0,4 à 1,0 μm, du visible au proche infrarouge ou VNIR) exploités par le gouvernement américain sur sept satellites du système de positionnement global (GPS)24 à une altitude de 20 200 km. Les radiomètres pixellisés GPS collectent des mesures depuis 2013 et devraient continuer jusqu'en 2040. Les données de ces instruments peuvent fournir un complément précieux au projet Clouds and Earth Radiant Energy System (CERES) de la NASA25,26,27 et à d'autres mesures permettant de déterminer le rayonnement terrestre. équilibre28,29 en fournissant une couverture terrestre à plein temps avec plusieurs satellites observant tous les points de la Terre. Le programme CERES comprend six packages radiomètres, FM-1 à FM-6, sur quatre satellites sur des orbites presque circulaires et quasi polaires à basse altitude. FM-1 et FM-2 sont sur le satellite Terra, FM-3 et FM-4 sur le satellite Aqua, tous deux lancés en 1997 sur des orbites élevées de 705 km. FM-5 est sur le satellite S-NPP lancé en 2009 et FM-6 sur NOAA-20 lancé en 2014 sur des orbites de 834 km. Au moment d’écrire ces lignes (2023), Terra et Aqua pourraient être en fin de vie. Les instruments CERES disposent chacun de trois canaux de radiomètre à réponse spectrale uniforme basés sur un bolomètre : ondes courtes (0,3 à 5,0 microns), fenêtre (8 à 12 microns) et totale (0,3 à 100 microns). Les imageurs hyper-spectraux du spectromètre imageur à résolution moyenne (MODIS) 30 sont sur Terra et Aqua et la suite d'imageurs-radiomètres infrarouges visibles (VIIRS) 31 les imageurs hyper-spectraux sont sur la centrale nucléaire de Suomi et la NOAA-20. Les bandes spectrales MODIS et VIIRS sont similaires aux bandes des images satellites météorologiques géosynchrones, de sorte que les mesures CERES peuvent être transférées de CERES vers MODIS/VIIRS vers l'imagerie météorologique pour fournir une couverture radiométrique géographique et temporelle. CERES a une couverture polaire fréquente, mais non continue. Bien que les radiomètres GPS aient une couverture spectrale plus étroite, décrite en détail ci-dessous, que la vaste suite d'instruments CERES, les radiomètres GPS peuvent compléter CERES avec (1) une meilleure couverture à temps plein sur toute la Terre pour mesurer la lumière solaire réfléchie, en fournissant en particulier une couverture spectrale à plein temps. couverture des régions polaires non visibles depuis les orbites géosynchrones et (2) plusieurs vues simultanées de tous les points de la Terre pour échantillonner les variations de réflectance angulaire.