Article | 26/01/2001

Échanges d'énergie entre la Terre et l'espace

26/01/2001

Jean-Louis Dufresne

Laboratoire de Météorologie Dynamique

Benoît Urgelli

ENS de Lyon / DGESCO

Résumé

Bilan du flux radiatif entre la Terre et l'espace (ScaRaB : Scanner pour le Bilan Radiatif), influence sur le climat.

Table des matières

Flux Solaire Absorbé
Flux Infrarouge Sortant
Flux Net

À deux reprises (1994-95 et 1998-99), l'instrument ScaRaB du LMD (avec successivement Robert Kandel et Jean-Philippe Duvel comme investigateurs principaux) a mesuré les échanges d'énergie entre la Terre et l'Espace et ainsi contribué à la connaissance du Climat.

Un descriptif de l'instrument ScaRaB est disponible sur le site ScaRaB du Laboratoire de Météorologie Dynamique. Les résultats sont disponibles sous forme d'illustrations et de valeurs numériques.

Voir aussi Cours sur le bilan radiatif de la Terre...

Figure 1. Moyenne annuelle du flux radiatif net	Cette image représente la moyenne annuelle du flux radiatif net (d'environ −100 à +100 W/m²) au sommet de l'atmosphère, déterminée au moyen d'environ 500 millions de mesures de ScaRaB-1 entre Mars 1994 et Févier 1995.
Ce flux net au sommet de l'atmosphère est la différence entre le flux solaire absorbé par le système terre-atmosphère et le flux infrarouge émis vers l'espace.	Figure 2. Détail des flux

Flux Solaire Absorbé

Figure 3. Moyenne annuelle du flux radiatif net

Données ScaRaB, moyennes régionales au sommet de l'atmosphère. De haut en bas : Moyenne annuelle et Moyennes de Janvier et Juillet - Données ScaRaB-1. Les échelles de couleur sont croissantes du violet au rouge suivant les teintes de l'arc-en-ciel.

Ce flux est la résultante du flux solaire incident (dépendant de la saison et de la latitude) modulé par l'albédo (donc par la présence de nuages). En noir : les nuits polaires.
Les amplitudes de variation vont de 0 à 400 pour le flux solaire absorbé.
Les zones où l'absorption est la plus importante (en rouge) se déplacent du sud (en janvier) au Nord (en juillet) du fait de la variation saisonnière de l'ensoleillement, dû au mouvement relatif de la Terre et du Soleil.
Les régions polaires reçoivent très peu d'énergie pendant l'hiver, comme on peut le voir en janvier pour l'hémisphère nord et en juillet pour l'hémisphère sud.

Flux Infrarouge Sortant

Figure 4. Flux Infrarouge sortant

Les amplitudes de variation vont de 100 à 300 W.m^-2 pour le flux infrarouge émis.
Les régions qui émettent le plus de rayonnement vers l'espace sont les zones subtropicales. L'air y est très sec. La faible concentration en vapeur d'eau réduit l'effet de serre. La majeure partie du flux infrarouge émis par la surface (ou les nuages bas) sort vers l'espace après avoir traversé l'atmosphère sans avoir été absorbé.
Dans les régions tropicales et équatoriales, le faible flux infrarouge sortant est dû à la présence de nuages hauts. Ces derniers absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface mais par contre, comme ils sont froids du fait de leur hauteur, ils émettent vers l'espace un faible flux infrarouge (loi du corps noir).
La zone nuageuse de convergence inter-tropicale (ITCZ), fine bande en bleu et vert, se déplace de quelques degrés du sud au nord, entre Janvier et Juillet. A noter la mousson indienne, bien visible en Juillet : c'est la tâche bleue sur le golfe de Bengale, dûe à la présence de nuages de type cumulonimbus qui génèrent des pluies importantes).

Flux Net

Figure 5. Flux Net

Les amplitudes de variation vont de −100 à 100 W.m^-2 pour le flux net.
Le flux net au sommet de l'atmosphère est la différence entre le flux solaire absorbé par le système terre-atmosphère et le flux infrarouge émis vers l'espace.
Les variations saisonnières sont dominées par celles du flux solaire absorbé. Pour la moyenne annuelle les valeurs élevées sont centrées sur L'équateur. Valeurs négatives sur les déserts (Sahara) et les régions de nuages bas (Chine, ouest du Pérou...) et aux hautes latitudes.
Sur la moyenne annuelle, on voit clairement que les régions équatoriales ont un bilan positif (elles absorbent plus d'énergie solaire qu'elles n'émettent de flux infrarouge vers l'espace) alors que les régions polaires ont un bilan négatif (elles émettent plus d'énergie infrarouge vers l'espace qu'elles n'absorbent de rayonnement solaire). Cette inégalité de la répartition du bilan radiatif est le moteur de la circulation atmosphérique et océanique, circulation qui transporte de l'énergie des régions excédentaires (équatoriales) vers les régions déficitaires (polaires).

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