De HITRAN à la saturation

 

Prendre la base de données HITRAN pour en construire un modèle du spectre infrarouge qu'on devrait observer quand on regarde la Terre depuis l'espace... c'est loin d'être un travail trivial, mais c'est ce qu'ont proposé W. Zhong et J. Haigh dès 2013, avec un résultat qui ressemble assez bien aux observations satellites (qu'il faut encore que je trouve pour vérifier ça). Si ça se confirme, ça enterre définitivement l'hypothèse de saturation de l'absorption par le CO2 qu'avait proclamé le fils Angström lors de ses essais en laboratoire.

L'avantage, c'est que du coup, on peut aussi regarder ce qu'on devrait avoir comme résultat si le CO2 n'avait aucun impact, ou s'il y avait 2x ou 10x plus de CO2 qu'à l'heure actuelle.

Un résultat (25% des absorptions directement dûes à la présence de CO2) qui contraste fortement avec les observations qui sont faites au niveau du sol, et qui met bien en évidence les étalements de spectre passant de la "fréquence unique à 15µm" en une plage de 13-17µm (à l'oeil en regardant la figure).

Il n'y a pas vraiment de démonstration des causes de cette différence dans l'article (j'espère en trouver plus dans un des articles cités) mais on y cite la différence de température et de composition des hautes couches de l'atmosphère par rapport à la couche la plus proche de la surface. Bin oui: si le spectre quasi-continu d'absorption de la vapeur d'eau permet de capturer disons entre 200 et 400 m d'altitude une grande partie du rayonnement IR venant de la surface, cet air-là rayonne à son tour de l'énergie, mais cette fois comme un corps noir à sa température, et pas à la température de surface.

Je vois assez mal le CO2 en faire de même, vu qu'il a moins de modes de vibrations et donc moins de fréquences auquelles il peut ré-émettre des photons. Ce serait d'ailleurs la raison d'être du 'pic' à 15µm au centre du creux: les infra-rouges réémis directement par le CO2 de la haute atmosphère et qui parvient enfin à prendre la tangente.

Les satellites qui ont servi à valider le modèle sont des satellites météo: AIRS et CrIS. Tous deux capables d'analyser le spectre infra-rouge jusqu'à 15µm (ou un peu en-dessous), mais clairement pas pour les longueur d'ondes plus élevées (pas encore). Au moins on y constate une bonne correspondance du 'creux' centré sur la fréquence d'émission du CO2, son pic de ré-émission propre, mais rien de la partie "montante" de la courbe. Et je n'ai malheureusement pas trouvé de dataset ouvert ce coup-ci: le satellite est prévu pour faire des images du ciel où on estime la quantité d'eau dans l'air et son altitude, pas pour étudier le réchauffement directement.