Une nouvelle étude conjointe internationale fournit des éléments de preuve essentiels à un débat scientifique de longue date sur le climat et l'atmosphère. Une équipe internationale de scientifiques de Chine, des États-Unis et d’Israël a découvert que la sursaturation en vapeur d’eau dans les nuages ​​convectifs tropicaux profonds dépasse de loin les précédents records d’observation humaine. Cette découverte confirme une hypothèse précédemment proposée par la communauté scientifique, selon laquelle, dans de bonnes conditions atmosphériques, de minuscules particules d'aérosol ont le potentiel de « catalyser » et de renforcer les nuages ​​de tempête tropicale.

Les climatologues débattent depuis longtemps de la question de savoir si les minuscules particules d’aérosol rendent réellement les nuages ​​​​d’orage tropicaux plus puissants. L’évolution des nuages ​​convectifs profonds façonne directement les précipitations mondiales, les éclairs et les modèles climatiques, tandis que les minuscules particules au cœur des gouttelettes nuageuses modifient les mécanismes physiques au sein des nuages ​​de manière subtile. La communauté scientifique a proposé un mécanisme théorique appelé « excitation par convection d'aérosols condensés ». Ce mécanisme estime que lorsque la vapeur d'eau à l'intérieur du nuage atteint un état de « sursaturation » extrêmement élevé (c'est-à-dire que la teneur en vapeur d'eau dans l'air dépasse de loin la teneur dans l'état d'équilibre habituel), l'introduction de particules d'aérosol catalysera la production d'un grand nombre de gouttelettes de nuage supplémentaires, accélérant ainsi la condensation et libérant davantage de chaleur latente, provoquant finalement un fort renforcement du courant ascendant à l'intérieur du nuage convectif.

Cependant, avant cela, parce que les observations aériennes passées étaient principalement concentrées dans des nuages ​​très pollués et des nuages ​​chauds peu profonds, ou que les emplacements d'échantillonnage se trouvaient en dessous de zones de convection profonde, où les précipitations et les gouttelettes nuageuses fusionnent très rapidement, ce qui peut facilement affaiblir l'accumulation de sursaturation, les données mesurées par les avions passés ont rarement capturé le niveau élevé de sursaturation quasi stable requis pour étayer cette théorie.

Afin de résoudre ce mystère, l'équipe de recherche a mené une analyse approfondie des données d'observation aérienne de l'expérience « Cloud, Aerosol and Monsoon Process Experiment » réalisée par la NASA aux Philippines et dans les océans tropicaux environnants en 2019. Ils ont utilisé la vitesse du courant ascendant mesurée et la distribution de la taille des gouttelettes des nuages ​​pour dériver la sursaturation quasi-stationnaire. Cette approche innovante capture parfaitement l’équilibre dynamique entre la montée de l’air produisant de la vapeur d’eau et la condensation de la vapeur d’eau en gouttelettes nuageuses.

Les résultats montrent que la sursaturation pouvant être obtenue dans les nuages ​​convectifs tropicaux est beaucoup plus élevée que celle enregistrée précédemment par des observations similaires. Les données montrent que la sursaturation quasi-stationnaire calculée augmente avec l'altitude, atteignant environ 10 % dans la zone autour de moins 5 degrés Celsius, où la couche nuageuse est toujours dominée par des gouttelettes d'eau surfondues. Dans les zones où les températures sont plus fraîches, les estimations de sursaturation continuent d'augmenter. Parallèlement, une autre étude indépendante parallèle sur le projet d'observation aérienne « ESCAPE » dans les zones côtières du Texas et de la Louisiane a également confirmé cette conclusion. Cette étude a également révélé une sursaturation quasi-stationnaire rare mais extrême, pouvant atteindre 11 % dans les courants ascendants convectifs profonds. Ensemble, ces deux études indépendantes démontrent de manière concluante qu’il existe des niveaux extrêmement élevés de sursaturation en vapeur d’eau dans les environnements nuageux attendus par les scientifiques.

Les chercheurs ont noté que la sursaturation la plus importante a tendance à se produire lorsque de forts courants ascendants sont combinés à de faibles concentrations de gouttelettes nuageuses. Une fois que la concentration des gouttelettes nuageuses augmente, la surface totale des gouttelettes nuageuses augmentera, réduisant ainsi la sursaturation grâce à une condensation accélérée, ce qui est tout à fait conforme aux lois de la physique.

Bien que ces observations ne puissent pas encore être directement déduites et prouvées que les aérosols renforcent ces nuages, elles établissent une pierre angulaire extrêmement critique : le « carburant atmosphérique » nécessaire à l’excitation des aérosols condensés existe bel et bien dans les nuages ​​convectifs tropicaux réels. Dans un environnement de sursaturation aussi élevé, si des particules d’aérosol fines ou ultrafines sont ajoutées, elles se condenseront facilement en de nouvelles gouttelettes nuageuses et libéreront de la chaleur latente supplémentaire. Les études antérieures n’ont pas réussi à découvrir ce mécanisme, principalement parce qu’elles n’ont pas trouvé la bonne cible. Si nous voulons vraiment découvrir le mystère de ce mécanisme, les futures explorations scientifiques doivent se concentrer sur les nuages ​​convectifs océaniques profonds et propres, et comparer davantage les différences entre les nuages ​​convectifs tropicaux dans des environnements propres et pollués lors de missions aériennes ultérieures, afin d'améliorer à terme la compréhension physique de l'humanité de l'impact des aérosols sur les fortes pluies, la foudre et les prévisions climatiques mondiales.