Le système global du Service de Surveillance de l’Atmosphère (CAMS), qui fournit des analyses et des prévisions météorologiques journalières de la composition globale de l'atmosphère, a reçu hier une amélioration majeure. Désormais le système tient compte du détail des processus chimiques non seulement dans la troposphère (en-dessous de 10 km d’altitude) mais également dans la stratosphère, la région à plus haute altitude où se trouve la couche d'ozone. Cette mise à jour permet une représentation plus réaliste et une meilleure compréhension des interactions entre la météorologie, le climat, et la chimie stratosphérique. Il suffit de penser aux grands incendies de forêt et éruptions volcaniques de ces dernières années, et aux polluants qu’ils ont injecté dans la stratosphère, pour imaginer l’importance de cette avancée. Cette amélioration de la configuration CAMS du très performant Système Intégré de Prévisions (IFS) de l’ECMWF est le résultat de sa longue collaboration avec l’IASB, le KNMI et HYGEOS. Le Centre Européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) exploite CAMS pour le compte de la Commission Européenne.
Extension des prévisions météorologiques chimiques de CAMS à la stratosphère
Les prévisions globales de CAMS ont connu une amélioration majeure ce mardi 27 juin : elles fourniront dorénavant une information détaillée non seulement sur la composition chimique de la troposphère, mais aussi sur la composition de la stratosphère. La stratosphère se situe entre 15 et 50 km d’altitude et inclut la « couche d’ozone » qui nous protège des rayonnements ultraviolets. Chaque année au-dessus de l’Antarctique, et beaucoup plus rarement au-dessus de l’Arctique, un « trou » se forme au printemps dans la couche d’ozone. Les interactions entre le changement climatique et la couche d’ozone sont mal comprises, et la stratosphère a été perturbée ces dernières années par des évènements exceptionnels - en particulier les méga-feux australiens de 2020 et l’éruption explosive majeure du volcan Hunga Tonga en janvier 2022. Jusqu’à présent le système global CAMS utilisait une représentation simplifiée des processus chimiques dans la stratosphère, qui ne permettait pas de tenir compte de ces types d’évènements. Ce changement, motivé par les besoins exprimés par de nombreux utilisateurs du système global CAMS, va donc donner accès à une surveillance de meilleure qualité et à une meilleure compréhension de l’évolution de la couche d’ozone, et de ses interactions avec la crise climatique en cours.
Surveillance de la composition de l'atmosphère en Europe
Le service européen Copernicus de surveillance de l’atmosphère (CAMS) est un des six services opérationnels du programme Copernicus de la Commission Européenne. Il est exploité par le Centre Européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF) pour le compte de la Commission Européenne. Il est basé sur un système de prévision globale et en temps réel de la composition atmosphérique, avec de nombreuses applications telles que la qualité de l’air, la disponibilité d’énergie solaire ou les quantités de polluants émises à travers le monde. Déclinée sur des applications web et via des applications mobiles, les informations produites par CAMS touchent chaque jour plus de 200 millions de personnes. Ces prévisions sont fournies par une configuration spéciale du système de prévision numérique du Centre européen pour les prévisions météorologiques à moyen terme (ECMWF), qui calcule non seulement la météorologie mais aussi les processus chimiques. CAMS travaille avec des contractant européens pour améliorer la surveillance et les prévisions de la composition atmosphérique. Dans ce cadre , l’Institut royal d’Aéronomie Spatiale de Belgique (BIRA-IASB), l’Institut Royal Météorologique des Pays-Bas (KNMI) et HYGEOS ont travaillé ensemble au développement de la représentation des processus chimiques à l’oeuvre dans la stratosphère.
Nouvelle génération de modèles atmosphériques globaux
Jusqu’à maintenant le système CAMS a pu suivre l’évolution de la couche d’ozone grâce à une représentation simplifiée de la chimie de l’ozone stratosphérique et à l’assimilation d’observations de l’ozone depuis l’espace, mais sans prendre en compte de manière explicite les réactions chimiques complexes qui s’y produisent. C’est là que l’IASB est intervenu : ayant développé depuis 2002 son propre système de surveillance de la stratosphère (BASCOE), il a collaboré avec le KNMI et l’ECMWF pour inclure la chimie stratosphérique dans le modèle global utilisé opérationnellement par CAMS. Ce modèle est maintenant capable de prévoir non seulement la dynamique et l’ozone stratosphériques, mais également toutes les espèces chimiques qui contrôlent sa concentration dans la stratosphère – par exemple le dioxyde d’azote (NO2), l’acide chlorhydrique (HCl) ou le monoxyde de chlore (ClO). Les nombreux utilisateurs de ce service européen pourront ainsi bénéficier d’une information plus détaillée à propos de la couche d’ozone et de son évolution résultant de l’application du Protocole de Montréal d’une part, et de la crise climatique en cours d’autre part.
Cette réussite constitue l’aboutissement d’un effort continu de 25 ans en recherche et développements à l’IASB. C'est le résultat des investissements à long terme réalisés par l'Union Européenne dans le cadre du Programme Copernicus, et par la Politique scientifique fédérale belge à travers le cadre scientifique permanent de l'IASB.
Les très basses températures au-dessus de l’Antarctique entrainent la formation de nuages stratosphériques et la production chimique de HCl, produisant après la longue nuit polaire du ClO qui détruit l’ozone. Le NO2 participe à ces réactions chimiques et est également un polluant important à la surface : le calcul de sa concentration dans la stratosphère permet de mieux utiliser les observations par satellite pour prévoir la pollution en surface.
Image: Nuages stratosphériques. Crédit: NILU