# Les aérosols, composants essentiels du système climatique régional : illustrations pour le climat méditerranéen Prix Prud'homme 2015

Pierre Nabat, Samuel Somot, Marc Mallet

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## To cite this version:

Pierre Nabat, Samuel Somot, Marc Mallet. Les aérosols, composants essentiels du système climatique régional : illustrations pour le climat méditerranéen Prix Prud'homme 2015. La Météorologie, 2016, 8 (94), pp.19. 10.4267/2042/60701. hal-04914938

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## Résumé

La région méditerranéenne est soumise à de fortes charges en aérosols, aussi bien d'origine naturelle qu'anthropique. De par leurs propriétés optiques et microphysiques, ils jouent un rôle essentiel dans le système climatique de cette région, ce qui est illustré ici à travers deux exemples originaux. D'une part, l'évolution de la quantité d'aérosols depuis les années 1980 permet d'expliquer une part significative des tendances climatiques régionales observées sur cette période. D'autre part, la convection océanique en mer Méditerranée est fortement influencée par la présence d'aérosols dans l'atmosphère. Mieux les représenter dans les modèles de systèmes climatiques régionaux permet donc de mieux comprendre leurs effets et d'améliorer la simulation des climats régionaux passés et futurs.

## Abstract

### Aerosols, essential components of the regional climate system: illustrations from the Mediterranean

The Mediterranean region experiences high aerosol loads, from both anthropogenic and natural sources. Because of their optical and microphysical properties, aerosols play an essential role in the Mediterranean climate system, which is illustrated here through two original examples. On the one hand, the evolution of the aerosol load since the 1980s enables us to explain a significant part of the regional climate trends over this period. On the other hand, ocean convection in the Mediterranean Sea is strongly influenced by the presence of aerosols in the atmosphere. Therefore a better representation of aerosols in regional climate system models is essential to better understand their effects, and to improve the simulation of the past and future regional climate.

Prix Prud'homme 2015

# Les aérosols, composants essentiels du système climatique régional : illustrations pour le climat méditerranéen

Pierre Nabat, Samuel Somot, Marc Mallet

Centre national de recherches météorologiques, Météo-France, CNRS, Toulouse

Le système climatique de la région méditerranéenne possède différentes propriétés qui le rendent à la fois intéressant et complexe à caractériser. La position géographique même de cette région fait d'abord que la variabilité de son climat est pilotée par de nombreuses influences, telles que les dépressions des moyennes latitudes, les moussons indienne et africaine, l'océan Atlantique ou l'oscillation nord-atlantique. Le relief de la région joue un rôle essentiel dans la mesure où il façonne de puissants vents régionaux comme le mistral, la bora ou le meltem. De petites échelles spatio-temporelles sont ainsi mises en jeu dans les différentes composantes du climat régional (atmosphère, océan, surface continentale, hydrologie de surface, fleuves, aérosols). De plus, les interactions entre ces mêmes composantes et l'Homme sont très fortes. Le climat méditerranéen, caractérisé par l'alternance entre des étés chauds et secs, et des hivers doux et humides, est par ailleurs très sensible au changement climatique en cours et aux variations des différents forçages du système climatique. Parmi eux, les aérosols atmosphériques, c'est-à-dire les particules en suspension dans l'atmosphère, jouent un rôle essentiel.

En effet, cette région est soumise à la présence d'aérosols provenant des différentes sources aux alentours (Lelieveld et al., 2002) que sont le désert du Sahara, les industries et les villes européennes, les feux de forêt dans le sud de l'Europe, la combustion

de biomasse en Europe de l'Est, la mer Méditerranée elle-même, etc. Toutes ces particules ont la capacité d'interagir avec le rayonnement solaire et thermique en l'absorbant et/ou en le diffusant (effet direct), de modifier ainsi les profils verticaux de température et d'humidité ainsi que la circulation atmosphérique (effet semi-direct), mais aussi de changer les propriétés microphysiques des nuages, ce qui peut influer sur leur formation et leur évolution (effet indirect). Cependant, tous ces processus sont encore aujourd'hui sources de nombreuses incertitudes (Boucher et al., 2013) et la forte variabilité spatio-temporelle des aérosols due à l'hétérogénéité spatiale des sources et leur courte durée de vie (de l'ordre de quelques jours) renforcent la complexité à estimer et quantifier leurs effets sur le climat, d'autant plus à l'échelle régionale.

À l'échelle globale, les modèles globaux de climat, représentant les différentes composantes du système climatique (atmosphère, océan, surfaces continentales, glace de mer, etc.), incluent désormais pour la plupart une représentation complexe des différents types d'aérosols et de leurs effets sur le climat. Cependant, au niveau de l'étude des climats régionaux et en particulier celui de la Méditerranée, la question de la représentation des aérosols dans les modèles de climat régionaux n'est que très rarement abordée, bien que cette échelle soit plus adaptée pour répondre à la forte variabilité spatio-temporelle des aérosols. Jusqu'à présent, la plupart
des travaux publiés concernant les impacts radiatifs et climatiques des aérosols sur cette région traitaient des études de cas sur de courtes périodes de temps ou des régions localisées (épisodes intenses de poussières désertiques, pollution, etc.). En parallèle, la majorité des simulations climatiques régionales réalisées à l'échelle du bassin méditerranéen dans son ensemble utilisaient une représentation très simplifiée, voire inexistante, des aérosols. Pourtant, quelques travaux ont déjà suggéré un impact important des aérosols sur le climat méditerranéen, notamment en ce qui concerne les poussières désertiques (Spyrou et al., 2013) et les aérosols anthropiques (Zanis et al., 2012). Dans ces deux cas, les auteurs ont montré dans le rayonnement solaire un forçage radiatif direct négatif de ces aérosols à la surface, avec des conséquences sur le climat régional en modifiant notamment la circulation atmosphérique, mais aucune de ces études n'a pris en compte la réponse possible de la mer Méditerranée au forçage radiatif direct et indirect des aérosols.

L'objectif principal du travail de thèse présenté dans cet article est donc de mieux estimer et quantifier l'impact des aérosols sur le système climatique régional en Méditerranée dans son ensemble. Ce travail s'appuie ainsi sur une approche novatrice pour ce contexte, utilisant la modélisation régionale couplée, permettant de représenter, à l'échelle régionale, les différentes composantes du système climatique. Deux axes d'études seront présentés ici : la question de la contribution des aérosols aux tendances climatiques régionales des dernières décennies, puis celle de l'impact des aérosols sur la convection océanique en mer Méditerranée.

## La modélisation du système climatique régional en Méditerranée

Le CNRM a développé depuis plusieurs années un système climatique régional couplé, appelé CNRM-RCSM (Sevault et al., 2014), permettant de modéliser simultanément l'atmosphère (Aladin-Climat, résolution horizontale de 50 km), la mer Méditerranée (Nemomed, résolution horizontale au 1/8°), les surfaces continentales (Isba) et

les rivières (Trip, résolution horizontale de 50 km). Au sein du modèle atmosphérique, les aérosols peuvent désormais être inclus de deux manières différentes, décrites ci-dessous.

La première possibilité est d'utiliser des climatologies mensuelles d'épaisseur optique en aérosols. Ce paramètre représente en effet l'intégration sur une colonne atmosphérique de l'extinction du rayonnement par les aérosols. Ces climatologies sont fournies pour les cinq principaux types d'aérosols, à savoir les poussières désertiques, les sels marins, les sulfates, la matière organique et le carbone-suie. Un nouveau jeu de données (Nabat et al., 2013), couvrant la période 1979-2013, a été conçu à partir de données satellites et de modélisations, afin d'avoir une estimation la plus réaliste possible de l'épaisseur optique de chaque type d'aérosol. Un profil vertical climatologique est ensuite appliqué à chacun de ces aérosols afin de reconstituer un champ d'aérosols en trois dimensions.

La deuxième solution est d'utiliser un schéma interactif d'aérosols (Nabat et al., 2015b), permettant de simuler les différents types d'aérosols alors considérés comme de nouvelles variables pronostiques. Les émissions des aérosols naturels (sels marins et poussières désertiques) se font de manière dynamique (arrachage en fonction du vent à la surface et des caractéristiques du sol dont l'humidité), tandis que celles des aérosols anthropiques sont fournies par des inventaires globaux (ACCMIP, Lamarque et al., 2010). Les aérosols peuvent ensuite être transportés, déposés et lessivés. Ce schéma permet donc d'avoir directement les concentrations en aérosols à chaque pas de temps d'une simulation, en complète cohérence avec la physique du modèle.

Dans les deux cas, les aérosols représentés interagissent avec le rayonnement solaire et infrarouge, grâce à leurs propriétés optiques fixées pour chacun des types d'aérosols. L'effet indirect des sulfates est également pris en compte, dans la mesure où le nombre de gouttelettes nuageuses permettant de calculer l'albédo des nuages dépend de l'épaisseur optique des sulfates. Notons cependant que ce modèle n'inclut ni les aérosols nitratés, potentiellement importants sur la zone, ni la chimie des précurseurs des aérosols d'origine anthropique, ni les autres effets indirects.

Chacune de ces deux méthodes de représentation des aérosols peut être utilisée en fonction de l'objectif scientifique recherché. Pour des études concernant des simulations climatiques de périodes passées, l'utilisation des climatologies d'épaisseur optique est appropriée afin d'avoir une évolution réaliste des charges en aérosols observés sur plusieurs dizaines d'années (comme dans Nabat et al., 2014, 2015a). En revanche, pour des études sur des projections climatiques futures ou visant à considérer la variabilité haute fréquence des aérosols (comme dans Nabat et al., 2015b), l'utilisation du schéma d'aérosols est recommandée.

Dans la suite de cet article, nous nous intéressons à l'effet des aérosols sur les tendances climatiques régionales et sur la convection océanique des dernières décennies, c'est pourquoi nous utiliserons le modèle CNRM-RCSM avec la première méthode mentionnée ci-dessus.

## La contribution des sulfates au changement climatique des dernières décennies

Depuis le début des années 1980, la région méditerranéenne et l'Europe de manière générale ont vu une augmentation significative du rayonnement solaire reçu par la surface terrestre. Ce phénomène, référencé comme la période de *brightening* ou « éclaircissement », a succédé à une autre période marquée par l'effet inverse nommé *dimming* ou « assombrissement » (Wild et al., 2005). Naturellement, les variations de nébulosité pouvaient constituer une explication plausible à ces variations multidécennales du rayonnement, mais celles-ci sont aussi observées en « ciel clair », c'est-à-dire en l'absence de couverture nuageuse. Les aérosols pourraient donc être à l'origine de ce phénomène.

On a ainsi observé depuis 1980 une forte diminution de la quantité d'aérosols anthropiques, notamment celle des sulfates. Ces derniers sont en effet issus de réactions chimiques faisant intervenir différents composés soufrés (dioxyde de soufre, sulfure d'hydrogène ...), produits en grande
<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Figure 1. Tendance du rayonnement solaire reçu par la surface (en W m⁻² par décennie) dans les simulations REF et TRANS (plages de couleur) et dans les stations des réseaux Aemet (Agence d'État de la météorologie) et Geba (Global energy balance archive) (points de couleur) sur la période 1980-2009. La tendance de l'épaisseur optique en aérosols à 550 nm (unité d'épaisseur optique par décennie) dans la simulation TRANS est indiquée par des isolignes noires (elle est nulle dans REF).</figcaption></figure>

quantité par certaines activités humaines (combustion du charbon, transport...). Or, les émissions anthropiques de ces précurseurs de sulfates ont été considérablement réduites durant cette période, à cause de la mise en place de nouvelles normes dans l'industrie et le transport visant à réduire la pollution de l'air et à cause des crises européennes des années 1980.

Dans ce contexte, le modèle CNRM-RCSM peut être utilisé pour tester l'hypothèse de la contribution des aérosols sulfatés au phénomène de *brightening* en Europe et en Méditerranée, et plus généralement aux tendances climatiques régionales observées pendant cette période. Par rapport à des travaux précédents menés avec un autre modèle de climat régional (Zubler *et al.*, 2011), l'originalité de cette approche réside dans le couplage complet entre l'atmosphère, la mer Méditerranée, les surfaces continentales et les rivières, tout en imposant comme conditions aux frontières du domaine régional les conditions météorologiques observées à grande échelle, à savoir la réanalyse ERA-Interim. Ce pilotage par une réanalyse aux bords du domaine est une spécificité de la modélisation climatique régionale, qui permet ici de comprendre le rôle du forçage radiatif local des aérosols sur le climat régional. Deux séries de simulations ont été menées sur la période de *brightening* (1980-2012), en incluant (TRANS) ou non (REF) la diminution des aérosols sulfatés dans la climatologie d'épaisseur optique utilisée ici (Nabat *et al.*, 2013). Cette diminution, comprise en termes d'épaisseur optique à 550 nm entre 0,07 et 0,11 par

décennie sur l'Europe centrale et la plaine du Pô (voir figure 1 à droite, isolignes noires), représente une réduction de plus de la moitié des concentrations en aérosols sur l'Europe. Ces deux simulations ont été comparées aux séries temporelles, récemment homogénéisées, de données de stations d'observation du rayonnement solaire reçu en surface et de la température en surface.

Comme les aérosols sulfatés ont la capacité de diminuer par diffusion le rayonnement solaire incident atteignant la surface, la différence dans l'évolution des aérosols entre REF et TRANS a des conséquences sur les tendances de rayonnement. En ciel clair, on observe ainsi dans TRANS une augmentation du rayonnement reçu par la surface de 3,9 W m⁻² par décennie en moyenne sur l'Europe, alors qu'il est constant dans REF. Ce contraste entre REF et TRANS est également observé quelles que soient les conditions nuageuses (figure 1). Le *brightening* en tout ciel est en moyenne de 3,2 W m⁻² par décennie en Europe dans TRANS, contre seulement 0,5 W m⁻² par décennie dans REF. La prise en compte de la diminution des aérosols sulfatés conduit donc à une augmentation plus importante du rayonnement solaire reçu en surface. En comparant à des séries observées homogénéisées (points de couleur sur la figure 1), on remarque que la simulation REF sous-estimait nettement ce *brightening*. Au contraire, la simulation TRANS reproduit mieux à la fois la structure spatiale et l'intensité du *brightening* observé en Europe. La diminution des aérosols sulfatés serait ainsi responsable de 81 ± 16 % du

*brightening* en Europe. Des tests complémentaires sur les différents effets des aérosols sulfatés ont montré que c'est l'effet direct des aérosols (diffusion du rayonnement solaire) qui prédomine dans cette tendance par rapport aux effets semi-direct (impact sur la dynamique atmosphérique suite aux modifications du rayonnement solaire reçu en surface) et indirect (impact des aérosols sur les propriétés microphysiques des nuages).

Cette tendance observée sur le rayonnement solaire a des conséquences sur l'évolution de la température en surface. La figure 2 présente sa tendance sur la période 1980-2007, calculée dans les simulations REF et TRANS, ainsi que dans la réanalyse Giss (Goddard institute for space studies) et dans les observations au sol des réseaux Hidalp (Historical instrumental climatological surface time series of the greater Alpine Region), ECA et Météo-France. Le réchauffement moyen simulé par TRANS sur l'Europe est de 0,35 °C par décennie, supérieur à celui de REF (0,28 °C par décennie). Cette différence est en cohérence avec les tendances de rayonnement et d'épaisseur optique, le réchauffement supplémentaire simulé par TRANS étant maximal en Europe centrale et dans la plaine du Pô. En comparant aux observations homogénéisées disponibles, on comprend que le réchauffement simulé par REF est sous-estimé, notamment dans les stations situées dans le nord et l'est de l'Europe, ainsi que dans la plaine du Pô et les Balkans, qui sont des régions où les émissions des précurseurs d'aérosols sulfatés ont été fortement
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Figure 2. Tendance de la température en surface (à 2 m, en °C par décennie) dans les simulations REF et TRANS, dans la réanalyse Giss et dans les stations des réseaux Histalp, ECA et Météo-France (points de couleur) sur la période 1980-2007

réduites. En moyenne, la réanalyse du Giss donne un réchauffement de 0,37 °C par décennie, plus proche de celui simulé par TRANS. Les aérosols expliqueraient ainsi 23 ± 5 % de l'augmentation de températures en surface en Europe depuis 1980, contribuant de manière notable au réchauffement climatique régional. Rappelons toutefois que ce résultat est

une estimation du forçage local des aérosols sur le climat de l'Europe et de la Méditerranée, étant donné que ces simulations sont réalisées avec des conditions aux limites fixées, qui ont vu le réchauffement dû aux aérosols.

En ce qui concerne la température de surface de la mer (figure 3), on observe également un réchauffement

supplémentaire dans TRANS (0,24 °C par décennie en moyenne sur la mer Méditerranée) par rapport à REF (0,17 °C par décennie). Ces différences, plus importantes dans la partie nord de la mer Méditerranée (mer de Ligure, mer Adriatique, mer Égée) qui est davantage soumise aux épisodes de pollution européenne, amenée par des vents continentaux (mistral, bora,

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Figure 3. Tendance de la température de surface de la mer (en °C par décennie) dans les simulations REF et TRANS et dans les données de Reynolds (REY) sur la période 1982-2012.
meltem), marquent une amélioration de la tendance dans la simulation TRANS par comparaison aux données de Reynolds *et al.* (2002).

Par ailleurs, on peut également noter une modification significative du débit de certains fleuves européens se jetant dans la mer Méditerranée ou la mer Noire. Par exemple, alors que le débit du Danube évolue peu dans la simulation REF (+2 m³/s par décennie), il diminue plus sensiblement (-46 m³/s par décennie) dans la simulation TRANS, ce qui représente une diminution du débit de 2,5 % sur l'ensemble de la période 1980-2012. Ce changement pourrait s'expliquer par l'augmentation de l'évaporation due à l'augmentation du rayonnement solaire incident à la surface dans TRANS. Ce phénomène confirme les résultats obtenus avec des modèles de surface en mode forcé par Gedney *et al.* (2014) à l'échelle de l'hémisphère Nord et sur l'Europe centrale en particulier.

En résumé, on a démontré ici que la prise en compte de la diminution des aérosols sulfatés entre 1980 et 2012 est indispensable pour reproduire les tendances climatiques régionales observées en Europe et en Méditerranée. Pour savoir si ces résultats peuvent être généralisés à l'ensemble de la planète, d'autres travaux similaires devront être menés dans d'autres régions soumises à de fortes concentrations en aérosols. Ils confirment néanmoins la nécessité de mieux représenter les variations des aérosols anthropiques dans les modèles climatiques régionaux et globaux.

## L'impact des aérosols sur la convection océanique en Méditerranée

Comme on l'a montré précédemment, les aérosols ont des effets importants sur la température de surface de la mer Méditerranée. Dans cette section, on s'intéresse davantage à ces effets, notamment le rôle que les aérosols pourraient jouer dans la formation des masses d'eau profonde et la circulation thermohaline en Méditerranée. Notons que la mer Méditerranée est une des seules zones mondiales à présenter ce phénomène de formation d'eaux très denses en hiver, ainsi qu'une circulation thermohaline profonde associée

(Marshall et Schott, 1999). Pour cela, on a réalisé deux ensembles de simulations couvrant la période 2003-2009 avec le système régional

couplé CNRM-RCSM, incluant (C-AER) ou non (C-NO) les aérosols. L'épaisseur optique des aérosols utilisée dans C-AER est présentée dans la

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 4. Épaisseur optique à 550 nm des aérosols utilisée dans C-AER et différences moyennes à la surface (JFMA 2003-2009) entre C-AER et C-NO pour la température (°C), la salinité (psu) et la densité de la mer Méditerranée (kg/m³). Les zones non significatives au niveau 0,05 sont hachurées.</figcaption></figure>
figure 4. Chacun de ces deux ensembles de simulations comporte six membres, distincts par leurs conditions initiales atmosphériques, afin d'estimer les incertitudes associées à la variabilité interne du modèle régional. On s'intéressera ici uniquement à la période allant de janvier à avril (JFMA), pendant laquelle se forment les masses d'eau profonde.

En atténuant le rayonnement solaire atteignant la surface, les aérosols exercent un forçage radiatif négatif à la surface qui a pour conséquence de diminuer la température de surface de la mer. La figure 4 présente ainsi la différence moyenne pour les mois de janvier à avril, entre les simulations C-AER et C-NO. Le refroidissement moyen sur la mer Méditerranée induit par les aérosols est de 0,4 °C. Il est plus important sur le bassin oriental où les charges en aérosols sont plus élevées. Ce refroidissement entraîne une diminution de l'évaporation, et par

conséquent de la salinité (en moyenne -0,07 psu ou practical salinity unit). Des changements locaux de circulation, par exemple autour des Baléares, peuvent aussi influer sur l'évolution de la salinité.

Au final, on a donc deux effets moyens qui s'opposent en ce qui concerne la densité des masses d'eau de surface : une diminution de la température et une diminution de la salinité. Néanmoins, CNRM-RCSM simule dans plusieurs régions (golfe du Lion, bassin oriental, mer Égée) une augmentation de la densité (en moyenne +0,03 sur la mer Méditerranée, pouvant atteindre +0,2 à +0,3 localement), indiquant que l'effet des aérosols sur la température est prépondérant.

Cette augmentation de la densité des eaux de surface en présence d'aérosols est donc un facteur qui pourrait contribuer à un renforcement de la convection océanique, notamment dans

le golfe du Lion et en mer Égée. Pour le vérifier, l'évolution du volume des masses d'eau dense dans quatre sous-bassins de la mer Méditerranée est représentée sur la figure 5. Dans chacun d'entre eux, le volume d'eau dense est plus élevé dans la simulation C-AER incluant les aérosols, à cause notamment de pics plus importants en hiver au moment d'épisodes intenses de convection océanique. Par exemple, durant l'hiver 2004-2005, connu pour être un hiver de forte convection océanique dans le golfe du Lion (Schroeder et al., 2008), la formation d'eau profonde est passée de 1,4 Sv<fnref n="1" /> dans C-NO à 2,2 Sv dans C-AER, ce qui représente une augmentation de 60 % imputable aux aérosols. Ce phénomène s'est déroulé pendant les mois de février et mars, pendant lesquels les conditions météorologiques

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 5. Évolution mensuelle du volume d'eau dense ($10^{12} \text{ m}^3$) dans le golfe du Lion, le bassin méditerranéen oriental, la mer Égée et la mer Adriatique, dans les simulations C-NO (rouge) et C-AER (bleu). Les volumes correspondent aux eaux ayant une densité supérieure à 1029,1 kg/m³ pour le golfe du Lion, 1029,2 kg/m³ pour le bassin méditerranéen oriental et 1029,3 kg/m³ pour la mer Égée et la mer Adriatique (seuils de densité fixés en accord avec la littérature). Les enveloppes rouges et bleues représentent les intervalles de confiance au niveau 0,05, basés respectivement sur les ensembles de simulation C-NO et C-AER.</figcaption></figure>

<footnote n="1">1. Le sverdrup (Sv) est l'unité de mesure de transport des volumes d'eau en océanographie, il vaut $10^6 \text{ m}^3\text{/s}$.</footnote>
ont permis à la convection profonde de se mettre en place. En effet, si on s'intéresse à l'évolution quotidienne de la profondeur de la couche de mélange pendant cet hiver 2004-2005 (figure 6), on remarque que, dès le début du mois de février, on observe des valeurs supérieures à 2 500 m, indiquant que la couche de mélange a atteint le fond de la mer Méditerranée. La superficie de cette zone de convection a augmenté progressivement jusqu'à la mi-mars, avant que la couche de mélange redevienne très fine pendant la seconde moitié du mois de mars. La chronologie de l'évolution temporelle de la profondeur de la couche de mélange est similaire dans les deux simulations ; toutefois, la durée et la superficie de la zone où la convection atteint le fond du bassin sont plus importantes dans la simulation C-AER, expliquant les résultats de la figure 5 pour le golfe du Lion.

Dans les autres sous-bassins de la mer Méditerranée où des masses d'eau profonde se forment (mer Adriatique, mer Égée, bassin oriental), le volume de ces masses d'eau dense est également plus élevé dans C-AER que dans C-NO. Comme dans le golfe du Lion, les eaux de surface, plus denses en présence d'aérosols, plongent plus facilement vers le fond dans la simulation C-AER. Grâce aux différents membres réalisés pour chaque simulation, les incertitudes liées à la variabilité interne du modèle ont pu être estimées et montrées sur la figure 5 à travers un intervalle de confiance au niveau 0,05 autour de chaque courbe. Pour la plupart des années et des sous-bassins étudiés, le volume d'eau dans C-AER est significativement supérieur à celui de C-NO, ce qui renforce la robustesse de ce résultat.

Cette amplification de la convection océanique va dans le sens d'un renforcement de la circulation thermohaline en Méditerranée. En effet, dans cette mer semi-fermée, les eaux de surface plongent au niveau du golfe du Lion, de la mer Adriatique, du bassin Levantin et parfois de la mer Égée, pour ensuite circuler dans les couches intermédiaires en direction du détroit de Gibraltar, ou pour se répandre et stagner dans les bassins profonds. La présence d'aérosols dans C-AER permet donc d'intensifier cette circulation en renforçant la formation d'eaux profondes, notamment à partir des zones sources des eaux de fond que sont le golfe du Lion et la mer Adriatique.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Figure 6. Évolution de la profondeur de la couche de mélange (en m) dans le golfe du Lion dans les simulations C-NO (colonne 1) et C-AER (colonne 2) pendant l'hiver 2004-2005. Les données présentées sont des moyennes quotidiennes pour les jours suivants : 26/01, 31/01, 10/02, 20/02, 28/02, 12/03, 17/03 et 20/03.</figcaption></figure>
## Conclusion

Les deux études présentées dans cet article soulignent l'importance du rôle des aérosols au sein du système climatique régional méditerranéen. D'une part, on a montré que la diminution de la quantité d'aérosols sulfatés présents en Europe et en Méditerranée avait contribué de manière significative à l'augmentation du rayonnement solaire incident en surface (81 ± 16 %) et au réchauffement observés dans cette région (23 ± 5 %) depuis les années 1980. Des comparaisons avec des séries temporelles homogénéisées ont prouvé que ces variations multidécennales des aérosols doivent être prises en compte pour pouvoir reproduire correctement l'intensité et la structure spatiale des tendances climatiques régionales. D'autre part, les aérosols peuvent densifier les eaux de surface de la mer Méditerranée et amplifier ainsi la convection océanique, notamment dans le golfe du Lion, la mer Adriatique et la mer Égée. Cela permet d'augmenter la formation de masses d'eau profonde et donc de renforcer la circulation thermohaline de la mer Méditerranée.

Dans les deux cas, le rôle du couplage océan-atmosphère est essentiel pour étudier l'impact des aérosols sur le climat régional en Méditerranée. En effet, les aérosols ont la capacité d'atténuer le rayonnement solaire incident atteignant la surface et ainsi de refroidir les surfaces terrestres et maritimes. En réduisant la température de surface de la mer, le cycle hydrologique est ainsi modifié (diminution de l'évaporation, de la nébulosité et des précipitations), tout comme la convection océanique.

Ces travaux montrent ainsi la nécessité de bien représenter les aérosols dans les modèles régionaux de climat, sous peine de ne pas pouvoir simuler correctement la variabilité spatio-temporelle du climat régional. Les questions abordées ici concernaient le climat passé et présent, mais il ne fait aucun doute que cette nécessité s'applique également aux projections climatiques régionales pour le siècle à venir. Dans ce cas, il ne sera évidemment pas possible d'utiliser comme ici une reconstitution historique du contenu en aérosols, mais l'utilisation d'un schéma d'aérosols interactifs, préalablement évalué en climat présent, devrait pouvoir garantir une représentation satisfaisante des aérosols et leurs effets.

Dans ce contexte, un exercice d'intercomparaison de modèles climatiques régionaux sur la région méditerranéenne est en cours dans le cadre du projet Med-Cordex (Mediterranean coordinated regional climate downscaling experiment). Lors de la deuxième phase à venir dans les prochaines années qui verra la mise en place d'un FPS (Flagship Pilot Study) aérosols, des simulations multimodèles seront dédiées à l'étude du rôle des aérosols dans la variabilité climatique régionale, afin de vérifier et rendre plus robustes ces résultats obtenus avec le modèle CNRM-RCSM.

## Remerciements

Ce travail a été réalisé dans le cadre des programmes Hymex (Hydrological cycle in the Mediterranean experiment) et Charmex (Chemistry-aerosol Mediterranean experiment) du chantier Mistrals (Mediterranean integrated studies at regional and local scales). Les auteurs remercient les différentes personnes qui y ont contribué, par la fourniture des données observées (A. Sanchez-Lorenzo, M. Wild) et la mise en place du modèle couplé (A. Alias, F. Sevault). Ils remercient également Météo-France pour le financement de cette thèse.

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