Influences solaires sur le climat

Soleil et changements climatiques

L'influence que pourrait avoir l'activité solaire sur les variations du climat terrestre demeure un sujet controversé. Il ne subsiste guère de doute aujourd'hui que le réchauffement marqué observé durant les dernières quatre décennies est principalement du à l'activité humaine, plus spécifiquement à l'émission de gazs à effet de serre. Dans le passé plus lointain, cependant, la situation est plus complexe. Plusieurs observation semblent suggérer une corrélation significative entre le climat et l'activité solaire. Notons, entre autre (1) la coincidence du Minimum de Maunder, une période d'activité solaire fortement réduite durant toute la seconde moitié du dix-septième siècle, avec un épisode climatique de refroidissement généralisé (le "petit age glaciaire"); (2) La coincidence d'une période d'activité solaire élevée (le "maximum médiéval") avec un réchauffement marqué aux onzième et douzième siècles; et (3) l'excellente coincidence entre les variations de température terrestre moyenne et le niveau général d'activité solaire durant le premier trois quart du vingtième siècle, particulièrement le fait que ces deux quantités présentent le même "plateau" entre 1940 et 1980, période où l'émission des gazs à effet de serre demeurait à la hausse.

Bon nombre de mécanismes d'origine solaire pourraient potentiellement influencer le climat, tous étant associés au cycle d'activité magnétique du soleil. Les variations de l'irradiance solaire totale observées de l'espace depuis 1978, de l'ordre de 0.1%, sont trop faibles pour avoir eu un impact important (en supposant évidemment que l'amplitude de ces variations soient représentatives des variations de l'irradiance dans le passé plus lointain). Une variation de la couverture nuageuse modulée indirectement par l'activité solaire via son effet sur le flux de rayons cosmiques pénétrant l'atmosphère terrestre a également été proposée.

Un des mécanismes les plus prometteurs implique les variations du flux ultraviolet (UV) solaire, dont les variations sont beaucoup plus importantes que dans le visible (voir Figure 1). Bien que ne contribuant très peu au bilan énergétique total, les UV solaire sont les principaux déterminant de la chimie et du chauffage de la stratophère, et l'inluence du niveau de l'activité solaire sur ces couches atmosphériques est maintenant bien documentée. Cependant, la nature du couplage avec la basse atmosphère ("troposphère", altitude 0-10 km) demeure mal compris.

Figure 1: Portion du spectre solaire dans l'ultraviolet lointain. Le trait jaune indiquent le niveau général de variabilité dans la partie UV du spectre entre les phases basses et élevées d'activité solaire. La variabilité dans certaines raies spectrales, comme Lyman-alpha et CaH+K, est encore plus grande. Données spectrales provenant de la mission Atlas-1, gracieuseté de G. Thuillier (Service d'Aéronomie/CNRS, France).

Modélisation du flux UV solaire

Le premier volet de ce projet consiste à produire un modèle physique décrivant les variations du flux UV solaire dans diverses bandes spectrales importantes pour la chimie et la dynamique stratophérique, en fonction du niveau général de l'activité solaire. L'idée est d'utiliser nos modèles dynamo du cycle d'activité solaire en input à modèle de l'irradiance solaire totale, modifié pour produire non plus seulement la TSI mais l'irradiance spectrale dans ces bandes UV d'intéret. Ceci demande le développement de modèles plus réalistes pour la formation des facules et du réseau magnétique supergranulaire, tâche pour laquelle nous pouvons bâtir sur notre récent modèle DLA du réseau supergranulaire. Il s'agira finalement de construire des spectres UV globaux à partir de la couverture photosphérique de ces différent types de structures.

Réponse climatique

La réponse climatique aux variations du flux UV solaire passe fort probablement par l'ozone, principale absorbeur des UV dans la stratophère. Le problème clef, visé par le second volet de ce projet, est le couplage entre la stratosphère et la haute troposhère. Ce couplage étant de nature dynamique (échanges de masses d'air, transport turbulent etc), son étude requiert un modèle couplé de la chimie et de la dynamique atmosphérique. Nous comptons dans un premier temps utiliser le modèle FASTOC, particulièrement efficace numériquement, pour une étude systématique de la réponse atmosphérique à divers niveaux d'activité solaire, via un grand nombre de simulations sur des échelles temporelles allant de l'année au siècle. Le but ici est de pouvoir produire des moyennes d'ensemble qui soient représentatives. Ceci sera complémenté par des simulations plus ciblées, utilisant un modèle climatique plus élaboré, soit le modèle canadien CMAM.

Ce projet a été financé en partie par une subvention du programme de projets de recherche en équipe du FQRNT (Québec).

Qui travaille là-dessus dans le groupe:

Paul Charbonneau, Kim Thibault, Cassandra Bolduc, en collaboration avec Michel Bourqui (Dept. sciences atmosphériques et océaniques, U. McGill), et Stella Melo (Agence Spatiale du Canada).