Une étude réalisée par des chercheurs du NSF NCAR montre que les turbulences accélèrent considérablement la formation de pluie dans les nuages, selon des simulations avancées et des données issues d'une campagne de terrain de la NASA. Cette découverte est cruciale pour améliorer les prévisions météorologiques et climatiques.
De nouvelles découvertes ont le potentiel d’améliorer les modèles informatiques utilisés pour la prévision du temps et du climat.
Depuis des décennies, les scientifiques tentent de démêler la séquence complexe et énigmatique d’événements qui permettent aux minuscules gouttelettes des nuages de grossir suffisamment pour tomber au sol. Une meilleure compréhension de ce processus, connu sous le nom de « goulot d’étranglement de la formation de la pluie », est essentielle pour améliorer les simulations informatiques de la météo et du climat, ce qui conduit à des prévisions plus précises.
Une équipe de recherche dirigée par des scientifiques du Centre national de recherche atmosphérique de la National Science Foundation (NSF NCAR) des États-Unis a découvert que les mouvements turbulents de l'air dans les nuages jouent un rôle clé dans la croissance des gouttelettes et le déclenchement de la pluie.
Les chercheurs ont appliqué une modélisation informatique avancée à des observations détaillées de gouttelettes dans des cumulus prises lors d'une NASA campagne de terrain. Cela leur a permis de suivre les impacts des turbulences sur les gouttelettes embryonnaires qui finissent par se transformer en gouttes de pluie.
« Cette recherche montre que les effets turbulents sur la coalescence des gouttes sont essentiels pour l’évolution de la taille des gouttelettes et le déclenchement de la pluie », a déclaré Kamal Kant Chandrakar, scientifique du NSF NCAR et auteur principal. « Les turbulences dans les cumulus accélèrent considérablement les précipitations et entraînent des quantités de pluie bien plus importantes. »
Chandrakar et ses collègues ont constaté que la pluie se formait environ 20 minutes plus tôt dans les simulations informatiques avec turbulence que dans les simulations informatiques sans turbulence. La masse d'eau de pluie était plus de sept fois plus élevée dans les simulations incluant des turbulences.
L'étude a été publiée dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences. Il a été financé par la NASA, le ministère américain de l’Énergie et la NSF.
Des petites gouttes d'eau à la pluie
Le processus de la pluie commence lorsque de petites gouttelettes d'eau dans les nuages se condensent autour de particules microscopiques de poussière, de sel ou d'autres matériaux, appelées noyaux de condensation des nuages (NCN). Lorsque des millions de gouttelettes entrent en collision les unes avec les autres, elles se regroupent en gouttelettes plus grosses qui finissent par devenir suffisamment lourdes pour tomber du nuage.
La formation des gouttes de pluie peut varier en fonction de différentes conditions, telles que la distribution des différentes tailles de gouttelettes de nuages, ainsi que d'autres facteurs tels que les mouvements turbulents et les propriétés des particules dans le nuage.
Il est essentiel de représenter correctement ce processus dans les modèles informatiques des événements météorologiques et du système climatique pour améliorer la fiabilité de ces modèles. La coalescence des gouttelettes d'eau est importante non seulement pour prédire avec précision les précipitations, mais aussi pour mieux comprendre l'évolution des nuages et la mesure dans laquelle ils réfléchissent la chaleur vers l'espace, affectant ainsi les températures.
Pour déterminer le déclenchement des précipitations, Chandrakar et ses collègues se sont tournés vers les observations de la distribution de la taille des gouttes prises par des avions de recherche qui ont survolé des nuages cumulus congestus lors d'une campagne de terrain de la NASA en 2019, l'expérience sur les processus de nuages, d'aérosols et de mousson aux Philippines (CAMP2Ex).
À l’aide d’un modèle informatique spécialisé, l’équipe de recherche a développé une série de simulations à haute résolution pour recréer les conditions nuageuses observées pendant la campagne et voir comment les gouttelettes se sont coalescées avec différents flux turbulents.
Les simulations ont démontré le rôle clé de la turbulence dans la chronologie et l'ampleur des précipitations. Elles ont également indiqué que la présence de gros CCN, qui a été au centre de certaines théories de formation des pluies, ne pouvait pas expliquer les tailles et l'évolution observées des gouttelettes. Dans les simulations avec de gros CCN et peu de turbulence, la coalescence des gouttelettes s'est produite plus lentement et a généré moins de pluie.
« Le développement de la pluie est fondamental pour les nuages, la météo et l’ensemble du système climatique », a déclaré Chandrakar. « Une meilleure compréhension de ce processus peut ouvrir la voie à des améliorations significatives de nos modèles informatiques et, à terme, des prévisions météorologiques et des projections climatiques qui contribuent à protéger la société. »
Ce document est basé sur des travaux soutenus par le Centre national de recherche atmosphérique de la NSF, une installation majeure parrainée par la National Science Foundation des États-Unis et gérée par la University Corporation for Atmospheric Research.
