Surveillance du rayonnement

L'observation à long terme des flux de rayonnement solaire et infrarouge thermique entre l'atmosphère et la surface de la Terre joue un rôle important pour la recherche sur le climat. Des mesures de haute précision permettent de déterminer des valeurs de référence pour le bilan énergétique du rayonnement. Cela permet d’évaluer les tendances mesurées actuellement et de déceler les écarts. La reconstruction du rayonnement UV pour des périodes passées montre que celui-ci dépend surtout de l'ozone et de la durée d'ensoleillement.

Le rayonnement est la force motrice des échanges d'énergie entre l'atmosphère, les océans et la surface de la Terre. Les experts s'attendent à ce que l'effet le plus immédiat du réchauffement global soit une hausse du rayonnement infrarouge de l'atmosphère en direction du sol. Un déséquilibre dans le bilan radiatif est non seulement responsable de la dynamique des phénomènes météorologiques, mais c'est aussi le moteur du changement climatique. Dans ce contexte, de petits écarts entre les flux de rayonnement entrant et ceux réfléchis vers l’espace suffisent déjà pour amorcer de tels processus. C'est pourquoi la mesure à haute précision des flux de rayonnement est un élément essentiel de l'étude des changements climatiques à laquelle MétéoSuisse participe dans le cadre du programme de Veille de l'Atmosphère Globale (VAG).

Le rayonnement au fil de l'année

Aux stations du réseau suisse de surveillance du rayonnement pour le climat alpin (SACRaM, Swiss Alpine Climate Radiation Monitoring), MétéoSuisse mesure le rayonnement depuis ultraviolets jusqu’à l'infrarouge, en passant par le rayonnement visible. Les stations se trouvent à Davos, Locarno-Monti, Payerne et au Jungfraujoch.

Le rayonnement UV et les facteurs qui l'influencent

L'intensité du rayonnement UV dépend de nombreux facteurs. En font partie l'élévation solaire, la couverture nuageuse et l'albédo du sol (rayonnement réfléchi par le sol), ce dernier étant fortement influencé par l'enneigement. La quantité de composants atmosphériques interagissant avec le rayonnement UV, tel que l'ozone, joue également un grand rôle. L'importance de l'élévation solaire est clairement démontrée par la comparaison de l'intensité moyenne au cours de l'année. La station la plus élevée qui se situe au Jungfraujoch présente le rayonnement UV le plus fort. Cela est entre autres dû à l'atmosphère plus ténue et au fait qu'une grande partie des environs est sous la neige pendant toute l'année.

Chaque point bleu du graphique représente une valeur moyenne journalière de l'année. Les courbes rouges indiquent les moyennes glissantes de l'année 2014; elles sont calculées pour chaque jour de l'année à partir des valeurs des 31 jours qui entourent cette date. Les courbes noires montrent les moyennes glissantes du début de la série de mesures à 2013. Lorsque l'on compare la moyenne glissante mensuelle de 2014 avec le cycle annuel moyen, les écarts par rapport à la moyenne sont visibles. Il est ainsi par exemple clair que le rayonnement mesuré à Davos de la mi-juin à la fin août était au-dessous de la moyenne pluriannuelle.

Influence de la couverture nuageuse sur le rayonnement à ondes courtes et à ondes longues

L'intensité du rayonnement à ondes courtes dépend de l'élévation solaire, de la couverture nuageuse, de l'albédo du sol et de l'épaisseur optique des aérosols. Cette dernière mesure le degré de transparence de l'atmosphère. Au Jungfraujoch par exemple, l'épaisseur optique des aérosols est habituellement très faible, mais elle est influencée par des perturbations de grande ampleur comme les incursions de poussières minérales du Sahara ou par des émissions locales des vallées avoisinantes.

La couverture nuageuse exerce une grande influence tant sur le rayonnement à ondes courtes (solaire) que sur le rayonnement à ondes longues (infrarouge, thermique), toutefois l'effet sur ces deux domaines de longueurs d'ondes est généralement contraire. Alors que les nuages réduisent le plus souvent l'intensité du rayonnement à ondes courtes, ils augmentent en général le rayonnement à ondes longues. Mais ce dernier est également influencé par la température de l'atmosphère ainsi que par sa teneur en vapeur d'eau. En 2014, l’irradiance des ondes courtes était inférieure à la moyenne en janvier-février et de fin juin à fin août, ce qui est lié à une couverture nuageuse importante. En revanche, cette irradiance était supérieure à la moyenne en juin à Payerne et Locarno-Monti. L’irradiance des ondes longues était supérieure à la moyenne en janvier-février, ce qui est clairement un effet de la couverture nuageuse importante. Toutefois, de fin juin à fin août l’irradiance des ondes longues n’était pas supérieure à la moyenne, ce qui peut être dû à l’influence de paramètres autres que la couverture nuageuse sur ce type de rayonnement.

Longues séries de données relatives au rayonnement UV

MétéoSuisse mesure le rayonnement ultraviolet depuis 1995 à Davos, depuis 1996 au Jungfraujoch, depuis 1997 à Payerne et depuis 2001 à Locarno-Monti. Vu les effets considérables du rayonnement UV sur la santé et sur l'écosystème, il est nécessaire de disposer de séries de données plus longues. Des méthodes de reconstruction permettent de calculer le rayonnement UV sur la base de l'ozone, de l'élévation solaire, de la couverture nuageuse et du rayonnement réfléchi par le sol pour les périodes passées. Des séries de données plus longues sont disponibles pour ces paramètres. L'initiative européenne COST 726 a été engagée dans le but d'établir une méthode fiable pour déterminer les valeurs moyennes pluriannuelles du rayonnement UV journalier à partir de 1958. Dans le cadre de ce projet, MétéoSuisse s'est consacrée en particulier à l'influence de la nébulosité et du rayonnement réfléchi par le sol.

La reconstruction du rayonnement UV a été effectuée sur la base de séries de mesures pour Arosa (ozone) et Davos (nébulosité) qui remontent à 1926. Les résultats montrent que le rayonnement UV fluctue en moyenne annuelle entre 5 et 10 pour cent sur l'ensemble de la période. Ce sont l'ozone et la durée d'ensoleillement qui ont la plus grande influence, alors qu'un changement de la couverture neigeuse n'a qu'un faible effet. La principale cause de la hausse du rayonnement UV à partir de la fin des années 1970 est dû à la diminution de la couche d'ozone.

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