Propriétés optiques des aérosols et effets radiatifs

Comment les particules d'aérosols diffusent et absorbent la lumière, et les effets directs et indirects qui en résultent sur le bilan radiatif de la Terre.

Definition

Les propriétés optiques des aérosols décrivent la manière dont les particules interagissent avec le rayonnement, et les effets radiatifs des aérosols sont les perturbations qui en résultent sur le flux d'énergie solaire et terrestre à travers l'atmosphère.

Scope

Couvre la théorie de la diffusion de Mie appliquée aux aérosols, les efficacités de diffusion et d'absorption et l'albédo de diffusion simple, la profondeur optique des aérosols, l'effet radiatif direct des particules diffusantes et absorbantes, le rôle du carbone noir, et les effets indirects médiatisés par les nuages.

Core questions

• Comment la taille et la composition des particules déterminent-elles la diffusion et l'absorption ?
• Qu'est-ce que la profondeur optique des aérosols et comment est-elle mesurée ?
• Comment les aérosols forcent-ils le climat directement et indirectement par l'intermédiaire des nuages ?

Key theories

Théorie de la diffusion de Mie

Une solution exacte de la diffusion de la lumière par des particules sphériques qui relie la taille et l'indice de réfraction d'une particule à ses efficacités de diffusion et d'absorption.

Forçage radiatif des aérosols

Les aérosols diffusants augmentent l'albédo planétaire et refroidissent, les aérosols absorbants réchauffent l'atmosphère, et les effets des aérosols sur les nuages ajoutent un forçage supplémentaire, plus incertain.

Mechanisms

Lorsque la taille des particules est comparable à la longueur d'onde de la lumière, la diffusion et l'absorption sont décrites par la théorie de Mie, qui produit des efficacités dépendant du paramètre de taille et de l'indice de réfraction complexe. L'albédo de diffusion simple établit l'équilibre entre le refroidissement par diffusion et le réchauffement par absorption. Intégrée sur la colonne, l'extinction donne la profondeur optique des aérosols. Les effets directs modifient immédiatement le bilan radiatif, tandis que les effets indirects surviennent lorsque les aérosols modifient le nombre de gouttelettes nuageuses, la luminosité et la durée de vie des nuages.

Clinical relevance

Les propriétés optiques des aérosols régissent la visibilité, la récupération de la charge d'aérosols à partir des satellites, et l'ampleur du forçage climatique des aérosols, une source majeure d'incertitude dans les projections climatiques.

History

La solution de Gustav Mie de 1908 pour la diffusion par des sphères a fourni les bases optiques, et la quantification du forçage radiatif des aérosols est devenue un effort majeur à partir des années 1990, à mesure que son importance pour le bilan climatique était reconnue dans les évaluations de l'IPCC.

Key figures

• Gustav Mie
• Craig Bohren

Seminal works

• bohrenHuffman1983
• boucher2013

Frequently asked questions

Qu'est-ce que la profondeur optique des aérosols ?

La profondeur optique des aérosols est une mesure de la quantité d'aérosols dans une colonne verticale qui atténue la lumière par diffusion et absorption ; des valeurs plus élevées signifient un air plus brumeux et plus chargé en particules.