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Mesures terrestres et spatiales

Pour mesurer les composantes du bilan radiatif, il faut un capteur dont la sensibilité soit indépendante de la longueur d'onde ; on utilise en pratique un élément noirci (thermopile, bolomètres à thermistance, pyroélectrique) donnant un signal électrique en fonction de la puissance énergétique reçue. Une lame ou coupelle en verre ou, mieux, en silice fondue, transparente dans le visible mais opaque dans l'infrarouge au-delà de 4 micromètres, permet de ne mesurer que le rayonnement aux ondes courtes (cas des pyranomètres). Pour la mesure sur la totalité du spectre (pyrradiomètres), on opère sans filtre ; on obtient une bonne estimation du flux aux ondes longues en soustrayant le flux aux ondes courtes du total.

Avec un capteur plan ouvert à tous les rayonnements reçus sur un hémisphère (pyranomètres, pyrradiomètres), on peut mesurer le flux montant ou le flux descendant. En revanche, les pyrhéliomètres, destinés à la mesure du rayonnement solaire direct, ne sont ouverts que dans un cône très restreint autour du Soleil, de façon à rejeter au maximum l'auréole et la lumière diffuse du ciel. Ces différents instruments sont utilisés aussi bien au sol qu'embarqués sur avions, ballons ou satellites. Pour beaucoup d'instruments, surtout sur satellite, on travaille à partir d'un signal modulé obtenu en alternant la vue de la cible avec celle d'une source de luminance connue (corps noir à température contrôlée, espace, lampe standard...). Sur satellite, sauf quelques exceptions (retour de radiomètres emportés sur Spacelab) l'étalonnage de l'instrument ne peut être vérifié en laboratoire après le lancement. Au sol ou en altitude dans l'atmosphère, toutefois, la nécessité de tenir compte des échanges non radiatifs de chaleur complique l'étalonnage de ces instruments. Dans le cadre du Programme mondial de recherche sur le climat (P.M.R.C.), la communauté scientifique a développé un réseau mondial de stations de haute qualité (Baseline Surface Radiation Network ou B.S.R.N.), avec intercomparaisons régulières des instruments et de sources étalons de rayonnement, notamment au Centre mondial de rayonnement de Davos (Suisse). Cependant, la détermination à grande échelle des composantes du bilan radiatif de surface est plus incertaine que celle du bilan planétaire depuis l'espace, compte tenu de la rareté et de la représentativité limitée de ces stations de qualité, comme des autres stations de mesure au sol. On cherche à affiner des méthodes indirectes – utilisant les mesures spatiales avec une couverture globale – pour estimer les bilans de surface, les meilleures mesures au sol permettant de contrôler les algorithmes appliqués. Certains observateurs ont décelé une tendance à la diminution du rayonnement solaire arrivant au sol (solar dimming) au cours des années 1980, mais elle semble avoir pris fin au cours de la décennie 1990, peut-être en relation avec la forte diminution des émissions de SO2 précurseurs d'aérosols réfléchissants en Europe (ex-U.R.S.S. comprise) et en Amérique du Nord.

Pour la détermination des composantes du bilan radiatif planétaire, l'observation spatiale s'impose. Un capteur plan en orbite intègre le rayonnement venant de l'ensemble du disque terrestre, qui s'étend sur des milliers de kilomètres. Des résultats importants ont été obtenus ainsi avec le satellite américain Nimbus-7 entre 1978 et 1991. Toutefois, pour évaluer l'influence des nuages sur le bilan radiatif, comme pour déterminer la géographie des éléments du bilan radiatif, il faut une résolution spatiale plus fine que 100 kilomètres, ce qui conduit à embarquer sur les satellites des instruments à champ étroit. Ceux-ci mesurent, de part et d'autre de la trace de l'orbite sur la Terre, des luminances qui dépendent de l'orientation des rayons liant la cible au satellite et, pour les ondes courtes, au Soleil. La détermination des composantes du bilan radiatif exige alors la prise en compte de l'anisotropie des champs de rayonnement réfléchis et émis.

D'autres difficultés dans l'établissement de valeurs moyennes des composantes de bilan radiatif surgissent du fait des contraintes orbitales, un seul satellite ne pouvant observer à la fois tout le globe et à toute heure. Ainsi, Nimbus-7, en orbite polaire héliosynchrone, n'a observé qu'à midi et à minuit en heure locale. Pour mieux échantillonner les variations diurnes, les systèmes modernes d'obse [...]

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Bilan radiatif de la planète

Bilan radiatif de la planète
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Variation du bilan radiatif de la Terre

Variation du bilan radiatif de la Terre
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  • : directeur de recherche honoraire du C.N.R.S., laboratoire de météorologie dynamique, École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Robert KANDEL, « TERRE - Bilan énergétique », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 21 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/terre-bilan-energetique/