Édition de l’illumination

L’albédo ne dépend pas directement de l’illumination parce que changer la quantité de lumière entrante change proportionnellement la quantité de lumière réfléchie, sauf dans les circonstances où un changement d’illumination induit un changement de la surface de la Terre à cet endroit (par exemple, par la fonte de la glace réfléchissante). Cela dit, l’albédo et l’éclairement varient tous deux en fonction de la latitude. L’albédo est le plus élevé près des pôles et le plus faible dans les régions subtropicales, avec un maximum local dans les tropiques.

Effets de l’insolationModifier

L’intensité des effets de l’albédo sur la température dépend de la quantité d’albédo et du niveau d’insolation locale (irradiation solaire) ; les zones à albédo élevé dans les régions arctiques et antarctiques sont froides en raison d’une faible insolation, tandis que des zones telles que le désert du Sahara, qui ont également un albédo relativement élevé, seront plus chaudes en raison d’une forte insolation. Les forêts tropicales et subtropicales ont un faible albédo et sont beaucoup plus chaudes que leurs homologues des forêts tempérées, dont l’insolation est plus faible. Parce que l’insolation joue un si grand rôle dans les effets de chauffage et de refroidissement de l’albédo, les zones à forte insolation comme les tropiques auront tendance à montrer une fluctuation plus prononcée de la température locale lorsque l’albédo local change.

Les régions arctiques rejettent notamment plus de chaleur dans l’espace que ce qu’elles absorbent, ce qui refroidit effectivement la Terre. Cela a été une préoccupation depuis que la glace et la neige arctiques ont fondu à des taux plus élevés en raison de températures plus élevées, créant des régions dans l’arctique qui sont notamment plus sombres (étant l’eau ou le sol qui est de couleur plus sombre) et reflète moins de chaleur vers l’espace. Cette boucle de rétroaction entraîne une réduction de l’effet albédo.

Climat et météoModification

L’albédo affecte le climat en déterminant la quantité de rayonnement absorbée par une planète. Le réchauffement inégal de la Terre dû aux variations de l’albédo entre les surfaces terrestres, glaciaires ou océaniques peut influencer la météo.

La rétroaction albédo-températureEdit

Lorsque l’albédo d’une zone change en raison de chutes de neige, une rétroaction neige-température en résulte. Une couche de neige augmente l’albédo local, réfléchissant la lumière du soleil, ce qui entraîne un refroidissement local. En principe, si aucun changement de température extérieure n’affecte cette zone (par exemple, une masse d’air chaud), l’albédo accru et la température plus basse maintiendraient la neige actuelle et inviteraient à de nouvelles chutes de neige, ce qui renforcerait la rétroaction neige-température. Cependant, comme la météo locale est dynamique en raison du changement de saison, les masses d’air chaud et un angle d’ensoleillement plus direct (insolation plus élevée) finissent par provoquer une fonte. Lorsque la zone fondue révèle des surfaces avec un albédo plus faible, comme l’herbe, le sol ou l’océan, l’effet est inversé : la surface qui s’assombrit diminue l’albédo, augmentant les températures locales, ce qui induit plus de fonte et donc une réduction supplémentaire de l’albédo, ce qui entraîne encore plus de chauffage.

NeigeEdit

L’albédo de la neige est très variable, allant de 0,9 pour la neige fraîchement tombée, à environ 0,4 pour la neige fondante, et aussi bas que 0,2 pour la neige sale. En Antarctique, l’albédo de la neige est en moyenne légèrement supérieur à 0,8. Si une zone marginalement enneigée se réchauffe, la neige a tendance à fondre, ce qui fait baisser l’albédo, et donc entraîne une fonte de neige plus importante car le rayonnement absorbé par le manteau neigeux est plus important (rétroaction positive glace-albédo).

De même que la neige fraîche a un albédo plus élevé que la neige sale, l’albédo de la glace de mer recouverte de neige est bien plus élevé que celui de l’eau de mer. L’eau de mer absorbe davantage de rayonnement solaire que ne le ferait la même surface couverte de neige réfléchissante. Lorsque la glace de mer fond, soit en raison d’une augmentation de la température de la mer, soit en réponse à une augmentation du rayonnement solaire provenant du haut, la surface couverte de neige est réduite, et une plus grande surface d’eau de mer est exposée, de sorte que le taux d’absorption d’énergie augmente. L’énergie supplémentaire absorbée réchauffe l’eau de mer, ce qui augmente à son tour la vitesse de fonte de la glace de mer. Comme dans l’exemple précédent de la fonte des neiges, le processus de fonte de la glace de mer est donc un autre exemple de rétroaction positive. Ces deux boucles de rétroaction positive sont reconnues depuis longtemps comme importantes pour le réchauffement climatique.

La cryoconite, poussière poudreuse soufflée par le vent contenant de la suie, réduit parfois l’albédo sur les glaciers et les calottes glaciaires.

La nature dynamique de l’albédo en réponse à la rétroaction positive, ainsi que les effets de petites erreurs dans la mesure de l’albédo, peuvent entraîner de grandes erreurs dans les estimations énergétiques. Pour cette raison, afin de réduire l’erreur des estimations énergétiques, il est important de mesurer l’albédo des zones couvertes de neige par des techniques de télédétection plutôt que d’appliquer une valeur unique pour l’albédo sur de larges régions.

Effets à petite échelleModifier

L’albédo fonctionne également à plus petite échelle. À la lumière du soleil, les vêtements sombres absorbent plus de chaleur et les vêtements clairs la reflètent mieux, ce qui permet un certain contrôle de la température corporelle en exploitant l’effet albédo de la couleur des vêtements extérieurs.

Effets solaires photovoltaïquesEdit

L’albédo peut affecter la production d’énergie électrique des dispositifs solaires photovoltaïques. Par exemple, les effets d’un albédo sensible au spectre sont illustrés par les différences entre l’albédo pondéré spectralement de la technologie solaire photovoltaïque basée sur le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) et le silicium cristallin (c-Si) par rapport aux prédictions traditionnelles d’albédo intégré au spectre. Les recherches ont montré des impacts de plus de 10 %. Plus récemment, l’analyse a été étendue aux effets du biais spectral dû à la réflectivité spéculaire de 22 matériaux de surface courants (à la fois artificiels et naturels) et analyse les effets de l’albédo sur les performances de sept matériaux photovoltaïques couvrant trois topologies courantes de systèmes photovoltaïques : industriels (fermes solaires), toits plats commerciaux et applications résidentielles à toit en pente.

ArbresEdit

Parce que les forêts ont généralement un faible albédo, (la majorité du spectre ultraviolet et visible est absorbée par la photosynthèse), certains scientifiques ont suggéré qu’une plus grande absorption de la chaleur par les arbres pourrait compenser certains des avantages du boisement en termes de carbone (ou compenser les impacts climatiques négatifs de la déforestation). Dans le cas des forêts à feuilles persistantes avec une couverture neigeuse saisonnière, la réduction de l’albédo peut être suffisamment importante pour que la déforestation provoque un effet de refroidissement net. Les arbres ont également un impact sur le climat de manière extrêmement complexe par le biais de l’évapotranspiration. La vapeur d’eau provoque un refroidissement à la surface du sol, un réchauffement là où elle se condense, agit comme un puissant gaz à effet de serre et peut augmenter l’albédo lorsqu’elle se condense en nuages. Les scientifiques traitent généralement l’évapotranspiration comme un impact net de refroidissement, et l’impact climatique net des changements d’albédo et d’évapotranspiration dus à la déforestation dépend fortement du climat local.

Dans les zones saisonnièrement enneigées, les albédos hivernaux des zones sans arbres sont de 10 à 50 % plus élevés que ceux des zones boisées voisines, car la neige ne recouvre pas aussi facilement les arbres. Les arbres à feuilles caduques ont une valeur d’albédo d’environ 0,15 à 0,18 alors que les conifères ont une valeur d’environ 0,09 à 0,15. La variation de l’albédo estival dans les deux types de forêts est corrélée aux taux maximaux de photosynthèse, car les plantes à forte capacité de croissance présentent une plus grande fraction de leur feuillage pour l’interception directe du rayonnement entrant dans la canopée supérieure. Il en résulte que les longueurs d’onde de la lumière qui ne sont pas utilisées dans la photosynthèse sont plus susceptibles d’être réfléchies vers l’espace plutôt que d’être absorbées par d’autres surfaces situées plus bas dans la canopée.

Des études menées par le Centre Hadley ont examiné l’effet relatif (généralement de réchauffement) du changement d’albédo et l’effet (de refroidissement) de la séquestration du carbone sur la plantation de forêts. Ils ont constaté que les nouvelles forêts dans les zones tropicales et de latitude moyenne avaient tendance à se refroidir ; les nouvelles forêts dans les hautes latitudes (par ex, Sibérie) étaient neutres ou peut-être en train de se réchauffer.

WaterEdit

Réflectivité de l’eau lisse à 20 °C (indice de réfraction=1.333)

L’eau reflète la lumière de manière très différente des matériaux terrestres typiques. La réflectivité d’une surface d’eau est calculée à l’aide des équations de Fresnel.

À l’échelle de la longueur d’onde de la lumière, même une eau ondulée est toujours lisse, de sorte que la lumière est réfléchie de manière localement spéculaire (et non diffuse). Le scintillement de la lumière sur l’eau en est un effet banal. À de petits angles de lumière incidente, l’ondulation entraîne une réflectivité réduite en raison de la raideur de la courbe de réflectivité en fonction de l’angle d’incidence et d’un angle d’incidence moyen localement accru.

Bien que la réflectivité de l’eau soit très faible à des angles de lumière incidente faibles et moyens, elle devient très élevée à des angles de lumière incidente élevés, comme ceux qui se produisent du côté éclairé de la Terre près du terminateur (tôt le matin, en fin d’après-midi et près des pôles). Cependant, comme mentionné ci-dessus, l’ondulation entraîne une réduction appréciable. Comme la lumière réfléchie de manière spéculaire par l’eau n’atteint généralement pas l’observateur, on considère généralement que l’eau a un albédo très faible malgré sa réflectivité élevée à des angles élevés de lumière incidente.

Notez que les calottes blanches des vagues ont l’air blanches (et ont un albédo élevé) parce que l’eau est moussée, il y a donc de nombreuses surfaces de bulles superposées qui réfléchissent, en additionnant leurs réflectivités. La glace  » noire  » fraîche présente une réflexion de Fresnel.La neige sur le dessus de cette glace de mer augmente l’albédo à 0,9.

NuagesEdit

L’albédo des nuages a une influence substantielle sur les températures atmosphériques. Les différents types de nuages présentent une réflectivité différente, dont l’albédo varie théoriquement d’un minimum proche de 0 à un maximum approchant 0,8. « Quel que soit le jour, environ la moitié de la Terre est couverte de nuages, qui réfléchissent davantage la lumière du soleil que la terre et l’eau. Les nuages gardent la Terre fraîche en réfléchissant la lumière du soleil, mais ils peuvent aussi servir de couvertures pour emprisonner la chaleur. »

L’albédo et le climat de certaines régions sont affectés par des nuages artificiels, comme ceux créés par les traînées de condensation du trafic intense des avions commerciaux. Une étude menée à la suite de l’incendie des champs pétrolifères koweïtiens pendant l’occupation irakienne a montré que les températures sous les feux de pétrole en feu étaient jusqu’à 10 °C plus froides que les températures à plusieurs kilomètres de là sous un ciel clair.

Effets des aérosolsEdit

Les aérosols (particules/gouttelettes très fines dans l’atmosphère) ont des effets directs et indirects sur le bilan radiatif de la Terre. L’effet direct (albédo) consiste généralement à refroidir la planète ; l’effet indirect (les particules agissent comme des noyaux de condensation des nuages et modifient ainsi les propriétés des nuages) est moins certain. Selon Spracklen et al. les effets sont:

• Effet direct des aérosols. Les aérosols diffusent et absorbent directement le rayonnement. La diffusion du rayonnement provoque un refroidissement de l’atmosphère, tandis que l’absorption peut provoquer un réchauffement de l’atmosphère.
• Effet indirect des aérosols. Les aérosols modifient les propriétés des nuages par le biais d’un sous-ensemble de la population d’aérosols appelé noyaux de condensation des nuages. L’augmentation des concentrations de noyaux entraîne une augmentation des concentrations du nombre de gouttelettes des nuages, ce qui entraîne une augmentation de l’albédo des nuages, une augmentation de la diffusion de la lumière et un refroidissement radiatif (premier effet indirect), mais entraîne également une réduction de l’efficacité des précipitations et une augmentation de la durée de vie du nuage (deuxième effet indirect).

Carbone noirEdit

Un autre effet lié à l’albédo sur le climat provient des particules de carbone noir. L’ampleur de cet effet est difficile à quantifier : le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat estime que le forçage radiatif moyen mondial des aérosols de carbone noir provenant des combustibles fossiles est de +0,2 W m-2, avec une fourchette de +0,1 à +0,4 W m-2. Le carbone noir est une cause plus importante de la fonte de la calotte polaire dans l’Arctique que le dioxyde de carbone en raison de son effet sur l’albédo.

Activités humainesEdit

Les activités humaines (par exemple, la déforestation, l’agriculture et l’urbanisation) modifient l’albédo de diverses zones du globe. Cependant, la quantification de cet effet à l’échelle mondiale est difficile, une étude plus approfondie est nécessaire pour déterminer les effets anthropiques.

Il s’agit d’une étude sur les activités humaines.