Cirrus
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| Abréviation METAR |
Ci |
|---|---|
| Symbole |  |
| Classification |
Famille A (Étage supérieur) |
| Altitude |
5 000 - 14 000 m |
Le cirrus est un genre de nuage présent dans la couche supérieure de la haute troposphère (entre 5 000 et 14 000 mètres d'altitude[1],[2], dépendant de la latitude et de la saison), formé de cristaux de glace. Ces nuages ont l'apparence de filaments blancs et ne causent pas de précipitations. On les compare parfois à des cheveux d'ange.
Les cirrus naturels ou artificiels (issus notamment des traînées de condensation d’avions, dits cirrus homogenitus) couvrent environ 30 % des latitudes moyennes et jusqu’à 70 % des régions tropicales. Malgré leur finesse, leur abondance croissante et leurs propriétés physiques leur font jouer un rôle majeur dans le bilan radiatif terrestre, en combinant un effet de refroidissement par réflexion du rayonnement solaire et un effet de réchauffement dans l’infrarouge. En moyenne, leur effet radiatif net contribue au réchauffement climatique.
Les cirrus sont également présents sur d'autres planètes, notamment Mars, Jupiter, Saturne ou Uranus[réf. nécessaire], et certains de ces cirrus sont composés d'ammoniac ou de méthane glacé, plutôt que d'eau comme sur Terre. Le terme cirrus est également applicable à certains nuages interstellaires[réf. nécessaire] composés de grains micrométriques de poussières.
Étymologie
[modifier | modifier le code]Le terme « cirrus », signifie « boucle de cheveux » en latin. Il a été donné à ce nuage en référence à la forme typique des cirrus uncinus (en « virgule »), qui ressemble à une boucle de cheveux.
Caractéristiques
[modifier | modifier le code]Les cirrus naturels ou artificiels (issus de traînées de condensation d'avions, et dits cirrus homogenitus) couvrent environ 30 % des latitudes moyennes de la Terre, et jusqu’à 70 % des ciels tropicaux[3].
Leurs propriétés microphysiques sont fortement dépendantes de la température, et leur teneur en eau? La taille des particules de glace qu'ils contiennent décroit à mesure que l’air se refroidit, tandis que les concentrations en cristaux restent constantes ou augmentent lors de nucléations homogènes en forts ascendances ; les observations satellitaires et in situ montrent que leurs cristaux, souvent complexes ou rugueux, s’écartent des formes hexagonales idéalisées, ce qui influence fortement leurs propriétés radiatives et contribue à l’incertitude majeure que représentent les cirrus dans les modèles de circulation générale ; selon Heymsfield et al. (2017) des progrès décisifs seront faits quand les petits cristaux (≈20 µm) seront mieux décrits, de même que leurs mécanismes dominants de nucléation en fonction des régimes dynamiques de la haute troposphère[4].
Bien que ténus, en raison de leur abondance (croissante) et de leurs caractéristiques physiques, ils ont un impact considérable sur le bilan énergétique et radiatif de la planète, tant à cause de la réflexion de rayonnement solaire vers l'espace (refroidissement) que par leur effet dans le domaine thermique (réchauffement)[3].
En moyenne leur effet radiatif net va dans le sens du réchauffement climatique[3].
Les cirrus de latitude moyenne (selon une étude basée sur de plus de 13 000 heures de mesures lidar harmonisées sur trois sites européens) ont des profondeurs optiques moyennes qui varient selon l'altitude[5].
Les cirrus subvisibles (à peine visibles du sol) et les nuages les plus élevés sont nettement mieux détectés par le lidar depuis les sites d'altitude[5].
On note un changement de morphologie des cirrus au‑delà de 13 km, probablement lié à des nucléations intenses induites par les ondes orographiques[5].
Leur forçage radiatif net local est systématiquement positif, avec une contribution relative d'environ 5 % pour les cirrus subvisibles, 45 % pour les cirrus minces et 50 % pour les cirrus opaques, confirmant leur rôle important dans le réchauffement climatique à ces latitudes[5],[6].
Leur degré d'effet radiatif semble dépendre d'au moins huit paramètres microphysiques et environnementaux (testés par Wolf et Boucher (2023) à partir de plus de 280 000 simulations de transfert radiatif). Ils ont montré que le rayon effectif des cristaux de glace est le facteur dominant pour les composantes solaire, infrarouge et nette de l’effet radiatif ; suivi de la teneur en eau glacée ; ils ont aussi montré que l’angle zénithal solaire, l’albédo de surface, l’épaisseur optique d’un nuage liquide sous‑jacent et la forme cristalline modulent fortement la composante solaire, tandis que la composante infrarouge dépendra plutôt des températures de surface et du nuage. L’importance relative de ces paramètres varie aussi en fonction des conditions ambiantes et de l'heure (ex : l’effet radiatif net nocturne se réduit à la seule composante infrarouge)[7]. Les hétérogénéités microphysiques et les effets tridimensionnels jouent aussi[8].
Interprétation météorologique
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L'apparition de cirrus résulte de la présence d'une certaine humidité dans les couches supérieures de l'atmosphère. On notera que les cirrus se formeront dès que l'humidité atteint 73 %[9] et non à 0 % comme il est parfois affirmé[10]. Dans un ciel bleu, il annonce généralement l'arrivée d'un front chaud. En effet, celui-ci cause un soulèvement à grande échelle menant à la congélation de l'humidité en cristaux de glace. Ceux-ci sont petits et clairsemés et ne forment donc que ces nuages très minces et effilochés[11]. Des cirrus peuvent également être produits à partir d'autres nuages, comme la région supérieure, ou enclume, du cumulonimbus[11].
Causes naturelles
[modifier | modifier le code]Selon une étude récente, les fines particules issues des déserts et des plaines, balayées par les vents puis transportées dans la haute atmosphère, jouent un rôle majeur dans la formation des cirrus[12].
Causes non naturelles (cirrus artificiels)
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Dans la haute troposphère, les turboréacteurs des avions produisent des traînées de condensation qui parfois peuvent persister et évoluer en « cirrus induits » (cirrus d'origine anthropique), modifiant la couverture nuageuse et donc l'albédo, en contribuant au forçage radiatif du climat.
Selon le physicien de l'atmosphère Bernd Kärche[13], dans la revue Nature (2018), ces nuages ont longtemps été difficiles à caractériser faute d'observations facile et de modèles adaptés, mais ils sont désormais mieux connus, et maintenant considérés comme la principale contribution du trafic aérien au réchauffement climatique : les simulations montrent que le forçage radiatif des contrails‑cirrus dépasse largement celui des simples traînées persistantes et représente environ 80 % du forçage total lié aux nuages induits par les avions, faisant de ces derniers la composante la plus importante du « forçage non‑CO₂ » du secteur aérien[14].
Un laser téramobile pourrait, sous certaines conditions, augmenter le taux de glace dans les nuages de type cirrus[15].
Nuage vu d'avion
[modifier | modifier le code]- Au-dessous du nuage
Un cirrus a la forme d'un ensemble de filaments blancs et délicats ou de bancs et bandes étroites. On distingue les cirrus des cirrocumulus par l'absence de petits éléments arrondis[16].
- À l'intérieur du nuage
Le nuage n'a pas d'intérieur à proprement parler.
- Au-dessus du nuage
Un banc de cirrus ressemble à un banc de brume sèche à travers lequel il est possible de voir le sol[16].
Espèces et variétés
[modifier | modifier le code]Le cirrus se subdivise en différentes espèces selon leur mécanisme de formation. Ces espèces se subdivisent également en variétés selon leur forme[11] :
- Espèces
- Variétés
- Cirrus duplicatus
- Cirrus homogenitus ou traînée de condensation due aux avions.
- Cirrus intortus
- Cirrus radiatus
- Cirrus vertebratus
Voir aussi
[modifier | modifier le code]- Schempp-Hirth Cirrus, le nom d'un planeur très connu.
Notes et références
[modifier | modifier le code]- ↑ Atlas I, p. 18.
- ↑ Atlas II, p. 89.
- (en) Kevin Wolf, Nicolas Bellouin et Olivier Boucher, « Sensitivity of cirrus and contrail radiative effect on cloud microphysical and environmental parameters », Atmospheric Chemistry and Physics, vol. 23, no 21, , p. 14003–14037 (ISSN 1680-7316, DOI 10.5194/acp-23-14003-2023).
- ↑ (en) Andrew J. Heymsfield, Martina Krämer, Anna Luebke et Phil Brown, « Cirrus Clouds », Meteorological Monographs, vol. 58, , p. 2.1–2.26 (ISSN 0065-9401, DOI 10.1175/AMSMONOGRAPHS-D-16-0010.1).
- (en) Erika Kienast-Sjögren, Christian Rolf, Patric Seifert et Ulrich K. Krieger, « Climatological and radiative properties of midlatitude cirrus clouds derived by automatic evaluation of lidar measurements », Atmospheric Chemistry and Physics, vol. 16, no 12, , p. 7605–7621 (ISSN 1680-7316, DOI 10.5194/acp-16-7605-2016, lire en ligne, consulté le ).
- ↑ Marius Bickel, Michael Ponater, Lisa Bock et Ulrike Burkhardt, « Estimating the Effective Radiative Forcing of Contrail Cirrus », Journal of Climate, vol. 33, no 5, , p. 1991–2005 (ISSN 0894-8755 et 1520-0442, DOI 10.1175/JCLI-D-19-0467.1).
- ↑ (en) Kevin Wolf, Nicolas Bellouin et Olivier Boucher, « Sensitivity of cirrus and contrail radiative effect on cloud microphysical and environmental parameters », Atmospheric Chemistry and Physics, vol. 23, no 21, , p. 14003–14037 (ISSN 1680-7324, DOI 10.5194/acp-23-14003-2023).
- ↑ Julie Carles, Data for : The subtleties of three-dimensional radiative effects in contrails and cirrus clouds, (DOI 10.5281/zenodo.17425697).
- ↑ (en) Andrew Heymsfiled et Larry Miloshvich, « Relative Humidity and Temperature Influences on Cirrus Formation and Evolution: Observations from Wave Clouds and FIRE II », Journal of the Atmospheric Sciences, American Meteorological Society, vol. 52, no 23 doi= 10.1175/1520-0469(1995)052<4302:RHATIO>2.0.CO;2, (lire en ligne).
- ↑ (en) Donald Ahrens, Meteorology Today Ninth Edition, Books/Cole, , 599 p. (ISBN 978-0-495-55573-5), p. 152.
- « Cirrus », sur Météo-France (consulté le ).
- ↑ (en) « Wispy clouds are born of dust in the wind », Nature, vol. 603, no 7900, , p. 204–204 (DOI 10.1038/d41586-022-00587-5, lire en ligne, consulté le ).
- ↑ Institut für Physik der Atmosphäre (IPA, Institut de physique de l'atmosphère), Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR Oberpfaffenhofen)
- ↑ (en) Bernd Kärcher, « Formation and radiative forcing of contrail cirrus », Nature Communication, vol. 9, no 1, , p. 1824 (ISSN 2041-1723, DOI 10.1038/s41467-018-04068-0).
- ↑ Le Temps, « Les lasers transportables font trembler le ciel », Le Temps, (lire en ligne, consulté le ).
- Atlas I, p. 59.
Annexes
[modifier | modifier le code]Articles connexes
[modifier | modifier le code]Bibliographie
[modifier | modifier le code]- [Atlas I] Atlas international des nuages, volume I, Organisation météorologique mondiale, , 183 p. (lire en ligne)
- [Atlas II] Atlas international des nuages, volume II, Organisation météorologique mondiale, , 210 p. (lire en ligne)
- (en) Qiang Fu, « An Accurate Parameterization of the Solar Radiative Properties of Cirrus Clouds for Climate Models », Journal of Climate, vol. 9, no 9, , p. 2058–2082 (ISSN 0894-8755 et 1520-0442, DOI 10.1175/1520-0442(1996)009<2058:AAPOTS>2.0.CO;2)
