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Forçage radiatif dû aux propriétés physiques et chimiques de la neige et des aérosols sur la calotte groenlandaise

Acronyme
RAFAEL

Référence
1088

Domaine de recherche
Glaces et climat

Région
Arctique

Groenland

Responsable du projet
Florent DOMINE

Laboratoires
Laboratoire de Glaciologie et Géophysique de l'Environnement - LGGE (Université de Grenoble I, CNRS)

Date
Archives : Programmes terrestres

Résumé

L’Arctique est plus sensible au changement climatique que les autres régions de la terre, comme en témoignent l’élévation plus importante des températures, la décroissance de la glace de mer, et le décalage de la fonte des neiges plus tôt dans la saison. Une composante clé du système climatique arctique est la calotte glaciaire groenlandaise, dont la fonte partielle peut affecter dramatiquement le niveau des mers, et dont le bilan radiatif affecte toute la zone arctique.

Les observations montrent que la fonte estivale de la calotte groenlandaise augmente, probablement à cause du réchauffement de l’Arctique. Bien qu’une partie de ce réchauffement soit imputable aux gaz à effet de serre, il apparaît de plus en plus probable que les aérosols au dessus de l’Arctique jouent un rôle dans le bilan radiatif de cette région. Plus précisément, les aérosols absorbant la lumière, comme ceux produits par la combustion de la biomasse et des combustibles fossiles, et les poussières continentales ont potentiellement le plus fort impact sur le Groenland. Aujourd’hui, les données nécessaires à l’évaluation précise du forçage des aérosols sur la calotte manquent.

Nous prévoyons donc, au cours de l’été 2011, de réaliser les mesures des variables physiques et chimiques nécessaires à la quantification du forçage causé par les aérosols au dessus du Groenland central. Ces mesures comprendront les propriétés physiques et chimiques des aérosols, ainsi que celles des surfaces neigeuses. Les données seront intégrées dans un modèle de transfert radiatif qui quantifiera l’impact énergétique des aérosols.

Nous déterminerons aussi les régions sources des aérosols grâce à des mesures chimiques. Nous faisons l’hypothèse que les poussières continentales, la combustion de la biomasse et des combustibles fossiles exercent un forçage radiatif plusieurs fois supérieur à celui des gaz à effet de serre. Nous anticipons aussi que la variabilité dans l’albédo de la neige, qui affecte des échelles temporelles de l’heure à la journée, affecte fortement le forçage dû aux aérosols. Les propriétés des grains de neige et la composition chimique de la surface seront mesurées plusieurs fois par jour afin d’explorer le lien entre ces propriétés et l’albédo de la surface.

Ces recherches produiront les premières évaluations du forçage par les aérosols, et des sources de ces aérosols, à partir de mesures in-situ au dessus de la calotte Groenlandaise. Ce travail mettra en évidence le rôle de la variabilité de l’albédo de la neige, à travers la variabilité de la physique des grains de neige, sur le forçage climatique des aérosols au dessus du Groenland.

Campagne 2011

Année 1/1

Nous mesurerons les paramètres clés nécessaires à l’estimation du forçage radiatif direct par les aérosols au dessus du Groenland central à Summit. Les mesures comprendront la physique des aérosols (distribution de taille, coefficients de diffusion, ssp, et de rétro-diffusion sbsp, coefficient d’absorption sap) qui serviront à estimer l’albedo de simple diffusion, w, et le paramètre d’asymétrie, g. Nous mesurerons l’épaisseur optique en fonction de la longueur d’onde, tl, et la réflectance spectrale de la surface, Rs. Ces données serviront de valeurs d’entrée à un modèle de transfert radiatif utilisé pour estimer le forçage radiatif direct des aérosols. Nous déterminerons aussi les régions source des aérosols par des mesures de leur composition chimique qui comprendront les ions, le carbone organique et élémentaire, et des éléments spécifiques.
Nous étudierons la variabilité de l’albédo de la neige, car cette variable détermine la quantité de lumière réfléchie, qui peut être absorbée par les aérosols. A cette fin, la surface spécifique (qui gouverne l’albédo IR) et les impuretés chimiques de la neige (qui gouvernent l’albédo visible) seront mesurées plusieurs fois par jour. L’albédo spectral sera aussi mesuré et sa relation avec les propriétés physiques et chimiques de la neige sera établie. Ces données produiront le première évaluation du forçage radiatif direct par les aérosols au dessus de la calotte Groenlandaise, ainsi que leurs régions sources. Ce travail soulignera le rôle joué par les propriétés des surfaces neigeuses dans le forçage radiatif direct des aérosols au Groenland.

Abstract

The Arctic region has proven to be more responsive to recent changes in climate than other parts of the Earth, as evidenced by temperature increases throughout the Arctic significantly greater than the global average, a decrease in sea ice cover, and the onset of earlier melt seasons in many Arctic locations. A key component of the Arctic climate is the Greenland Ice Sheet, which has the potential to dramatically influence sea level depending on the amount of melting that occurs, as well as climate through shifts in the regional radiation balance. Observations show that the melt extent of the Greenland Ice Sheet during summer months is increasing, quite likely due to the warming that has taken place across the Arctic. Although a portion of this warming can be attributed to greenhouse gases, there is growing evidence that aerosols over the Arctic may be playing an important role in the radiation balance of the region. In particular, light absorbing aerosols from biomass burning, fossil fuel combustion, and dust sources potentially have the greatest impact over Greenland snow.
At this time we lack the key measurements needed to accurately assess aerosol forcing over the ice sheet. For this reason, we intend to make measurements of the crucial parameters needed to estimate the direct radiative forcing by aerosols over central Greenland. Measurements will take place in spring/sumer 2011 at Summit, Greenland. The measurements will include real-time measurements of aerosol physical and optical properties. Additionally we will make measurements of the albedo of the surface. These data will be adequate to serve as input to a radiative transfer model that will be used to estimate the direct aerosol radiative forcing over Greenland. We will also determine the sources and source regions of the direct radiative forcing through measurements of the aerosol chemical composition. We hypothesize that dust, biomass burning and fossil fuel combustion aerosols often exert a positive direct radiative forcing many times greater than that of anthropogenic greenhouse gases.
We also expect that variability in snow albedo, which occurs on timescales of hours to days, exerts a significant influence on the direct aerosol forcing over Summit. Surface snow grain properties and surface snow chemistry will be determined at high temporal frequency to explore the link between the variability in these properties and the surface albedo. Overall, our research efforts will produce the first estimates of aerosol radiative forcing and the related source regions based on in-situ measurements above the Greenland Ice Sheet. The work will also highlight the role that variability in surface snow albedo, and related snow grain properties play in direct climate forcing by aerosols over central Greenland.

Campaign 2011

Year 1/1

We will measure the key parameters needed to estimate the direct radiative forcing by aerosols over central Greenland at Summit. The measurements will include aerosol physical and optical properties (size distribution, multi-wavelength scattering, ssp, and backscattering, sbsp, coefficients; multi-wavelength absorption coefficient, sap) that will be used to estimate the aerosol single scattering albedo, w, and asymmetry parameter, g. We will measure the wavelength-dependent optical depth, tl, and the spectral surface reflectance, Rs. These data will serve as input to a radiative transfer model used to estimate the direct aerosol radiative forcing. We will also determine the source regions of the aerosols through measurements of their chemical composition that will include ions, organic and elemental carbon, and specific elements.

We will investigate the variability in snow albedo, as snow albedo determines the amount of reflected light that can be absorbed by aerosols. To that end, the specific surface area of snow (that governs IR albedo) and the chemical impurities in snow (that governs visible albedo) will be measured several times a day. The spectral albedo will also be measured and a link will be established between snow properties and albedo. These data will produce the first estimates of direct aerosol radiative forcing and the related aerosol source regions above the Greenland Ice Sheet. The work will also highlight the role that surface snow properties play in direct climate forcing by aerosols over Greenland.

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