Albédo, satellites, modèles

[charles.muller]

Je signale une étude récente parue dans Tellus (mai 2006, abstract ci-dessous). Les auteurs comparent les données de l'albédo terrestre tel qu'il a été mesuré par deux campagnes satellitaires (ERBE : 1985-1989 ; CERES 2000-2003) et tel qu'il est simulé par 20 modèles GCM.

Leur constat :

"From our comparison between satellite observations and GCM simulations of the planetary albedo, we find that models and measurements differ in many respects. GCM-derived albedos are almost consistently higher than the values observed by satellites. For the period with global ERBE data (February 1985–May 1989), the modelled global mean albedo is on average 0.009 above the measured global mean. This corresponds to a difference in radiative flux of almost 3 Wm-2. The mean level of global mean albedo according to CERES (March 2000 December 2003) is an additional ca. 0.012 below the ERBE mean, corresponding to an additional flux difference of ca. 4 Wm-2.

The difference between the two measurement sets may indicate a real albedo difference betweeen the two measurement periods, but part of it is undoubtedly due to calibration and algorithm differences. The fact that the models are closer to the ERBE data and farther from the CERES data raises the question of how they are being and should be tuned to satellite measurements. "

Pour les non-anglophones, les modèles surestiment systématiquent l'albédo, de 3W/m2 par rapport aux données ERBE, de 4W/m2 par rapport aux données CERES. Ce ne sont pas des quantités négligeables compte tenu des valeurs en jeux dans le bilan radiatif à l'équilibre (les GES anthropiques représentent par exemple 2,7W/m2). Les modèles ne sont pas capables non plus de simuler l'albédo régionalement, ce qui est moins surprenant bien sûr.

Si les satellites ont raison, cela signifie que sur les deux périodes, les modèles ont mal simulé des facteurs expliquant l'albédo (les aérosols ou la nébulosité basse par exemple). Du même coup, cela pose des questions sur la sensibilité climatique déduite (ou paramétrée) dans ces modèles.

Tellus A - Volume 58 – Issue 3 - May 2006

doi:10.1111/j.1600-0870.2006.00181.x

22 views of the global albedo—comparison between 20 GCMs and two satellites

FRIDA A-M. BENDER et al.

Abstract A comprehensive comparison of characteristics of the planetary albedo (α) in data from two satellite measurement campaigns (ERBE and CERES) and output from 20 GCMs, simulating the 20th-century climate, is performed. Discrepancies between different data sets and models exist; thus, it is clear that conclusions about absolute magnitude and accuracy of albedo should be drawn with caution. Yet, given the present calibrations, a bias is found between different estimates of α, with modelled global albedos being systematically higher than the observed. The difference between models and observations is larger for the more recent CERES measurements than the older ERBE measurements. Through the study of seasonal anomalies and space and time distribution of correaltions between models and observations, specific regions with large discrepancies can be identified. It is hereby found that models appear to over-estimate the albedo during boreal summer and under-estimate it during austral summer. Furthermore, the seasonal variations of albedo in subtropical areas dominated by low stratiform clouds, as well as in dry desert regions in the subtropics, seem to be poorly simulated by the models.

[Alain Coustou]

(...) les modèles surestiment systématiquent l'albédo, de 3W/m2 par rapport aux données ERBE, de 4W/m2 par rapport aux données CERES. Ce ne sont pas des quantités négligeables compte tenu des valeurs en jeux dans le bilan radiatif à l'équilibre (les GES anthropiques représentent par exemple 2,7W/m2). Les modèles ne sont pas capables non plus de simuler l'albédo régionalement, ce qui est moins surprenant bien sûr.

Si les satellites ont raison, cela signifie que sur les deux périodes, les modèles ont mal simulé des facteurs expliquant l'albédo (les aérosols ou la nébulosité basse par exemple). Du même coup, cela pose des questions sur la sensibilité climatique déduite (ou paramétrée) dans ces modèles.

J'ajouterai que l'albédo mesuré exercera un effet sur le bilan radiatif sensiblement différent selon qu'il s'agit de l'albédo au sol (dépend de la répartition océans/continents, de la nature du sol, de la végétation, des glaces, etc...), de l'albédo du aux nuages et aérosols de la troposphère, enfin de l'albédo du aux nuages (cirrus...) de la stratosphère.

Un albédo élevé au niveau du sol ou de la mer renvoie la chaleur vers la basse atmosphère. Là, l'infrarouge sera en partie confiné dans la troposphère par les GES en accroissement (CO2 essentiellement actuellement) au détriment de la stratosphère qui se refroidit.

Un albédo élevé au niveau de la troposphère (nuages, aérosols) aura des effets plus complexes: pour résumer, une partie du rayonnement n'atteindra jamais le sol mais une fraction de l'énergie réfléchie sera également piégée par l'effet de serre.

Un accroissement de l'albédo de haute altitude (stratosphère) réduira le bilan radiatif en renvoyant une part plus ou moins notable du rayonnement solaire vers l'espace.

Dans tous les cas, l'accroissement de l'albédo aura entrainé une réduction du bilan radiatif, mais plus ou moins efficacement selon les cas.

La mesure absolue de ces effets comporte probablement une marge d'incertitude notable, mais la tendance imputable à une éventuelle variation d'albédo est certaine et relativement mesurable à condition de distinguer les différents facteurs d'évolution et leur altitude moyenne.

Alain

[Invité]

$Pour les non-anglophones, les modèles surestiment systématiquent l'albédo, de 3W/m2 par rapport aux données ERBE, de 4W/m2 par rapport aux données CERES. Ce ne sont pas des quantités négligeables compte tenu des valeurs en jeux dans le bilan radiatif à l'équilibre (les GES anthropiques représentent par exemple 2,7W/m2). Les modèles ne sont pas capables non plus de simuler l'albédo régionalement, ce qui est moins surprenant bien sûr.

Si les satellites ont raison, cela signifie que sur les deux périodes, les modèles ont mal simulé des facteurs expliquant l'albédo (les aérosols ou la nébulosité basse par exemple). Du même coup, cela pose des questions sur la sensibilité climatique déduite (ou paramétrée) dans ces modèles.

Tellus A - Volume 58 – Issue 3 - May 2006

doi:10.1111/j.1600-0870.2006.00181.x

Si j'ai bien compris les modèles ont du mal à simuler l'albédo en valeur absolue.

Mais ce que je trouve intéressant c'est que la variation trouvée entre les deux périodes 85-89 et 2000-2003 n'est pas significative.

The difference between the two measurement sets may indicate a real albedo difference betweeen the two measurement periods, but part of it is undoubtedly due to calibration and algorithm differences

L'augmentation de température constatée pendant cette période ne semble donc pas due à une variation d'albédo.

Il n'est pas donné d'indication sur les périodes antérieures à 85-89.

[charles.muller]

J'ajouterai que l'albédo mesuré exercera un effet sur le bilan radiatif sensiblement différent selon qu'il s'agit de l'albédo au sol (dépend de la répartition océans/continents, de la nature du sol, de la végétation, des glaces, etc...), de l'albédo du aux nuages et aérosols de la troposphère, enfin de l'albédo du aux nuages (cirrus...) de la stratosphère.

Sans doute. Je pense que les satellites mesurent l'albédo par analyse du rayonnement sortant TOA vers l'espace, après les mouvements complexes de diffusion et d'absorption que tu décris aux différentes couches surface-stratosphère. Une autre technique "globale" est l'analyse fine des variations de la réflectance terrestre (earthshine) sur la lune.

L'incertitude de l'albédo provient probablement des phénomènes qui sont actuellement le moins bien modélisés : changement d'usage des sols, aérosols naturels / industriels, nébulosité.

[charles.muller]

L'augmentation de température constatée pendant cette période ne semble donc pas due à une variation d'albédo.

Il n'est pas donné d'indication sur les périodes antérieures à 85-89.

Concernant les variations à long terme de l'albédo, je n'ai pas encore trouvé grand chose de "consensuel" (c'est-à-dire : pas des travaux d'équipes isolées, mais une synthèse de ces travaux, des différences de mesure, des marges d'incertitude et des hypothèses avancées).

En se fondant sur la réflectance terrestre, Pallé 2004 a proposé cette courbe 1985-2003, qui présente une baisse régulière 1985-1998, suivie d'une forte remontée 2001-2003.

Mais cette dernière remontée d'albédo n'est pas retrouvée par les données satellites CERES. Ci-dessous, Wielicki 2005 compare ces données satellites (courbe bleue) avec les données réflectance (bloc orangé) sur 2000-2004.

Difficile de se prononcer, donc. La tendance à la baisse 1985-2000 est cohérente avec les données ISCCP dont nous avions parlé (baisse de la nébulosité basse où la réflexion-diffusion est maximale / absorption). Après, personne n'est d'accord. Il est tout de même intéressant de noter qu'en terme de forçage radiatif (indépendamment des mécanismes surface-atmosphère en jeu ou même des facteurs exacts à l'origine des variations d'albédo), les ordres de grandeurs de ces variations sont comparables, voire supérieurs à ceux des GES. Il serait donc bienvenu que l'on clarifie les données pour obtenir un bilan radiatif plus précis.