Transfert radiatif du rayonnement solaire dans l’atmosphère terrestre
Le rayonnement solaire incident au sommet de l’atmosphère est donc similaire à celui d’un corps noir à 5700 K. Dans l’atmosphère, ce rayonnement peut être absorbé ou diffusé. L’absorption conduit à un chauffage de la couche d’atmosphère où il se produit. La diffusion réfléchie une partie du rayonnement solaire vers l’espace et celle-ci ne participe alors pas au chauffage de la Terre. Absorption et diffusion n’affectent pas l’ensemble du rayonnement solaire de manière uniforme. Ainsi, l’ozone absorbe essentiellement le rayonnement ultra-violet et aussi une petite fraction du rayonnement visible. La vapeur d’eau possède plusieurs bandes d’absorption dans l’infrarouge (Figure 3). Oxygène et gaz carbonique contribuent aussi, mais dans une moindre mesure, à l’absorption du rayonnement solaire.
Les molécules de l’air diffusent le rayonnement solaire, en particulier pour les courtes longueurs d’onde (bleu et ultra-violet). Ce phénomène explique d’ailleurs la couleur bleu du ciel. Cependant, pour le bilan radiatif de la Terre, ce sont surtout les nuages qui sont efficaces pour réfléchir le rayonnement solaire vers l’espace.
L’albédo est la fraction du rayonnement solaire qui est renvoyé vers l’espace. Il quantifie donc la quantité de flux solaire qui ne participe pas au chauffage de la Terre. L’albédo de l’océan est de quelques % (pratiquement tout est absorbé). A l’inverse, celui de la neige est très élevé. Les nuages sont aussi des réflecteurs très efficaces. L’albédo moyen de la Terre est d’environ 0,3, ce qui signifie que presque un tiers du rayonnement solaire qui arrive au sommet de l’atmosphère est renvoyé vers l’espace. Le reste est absorbé dans l’atmosphère, les océans ou les surfaces terrestres.

Figure 3

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Source NASA
Légende
Flux solaire au sommet de l’atmosphère (bleu) et à la surface (jaune) pour un ciel sans nuage. Le rayonnement solaire est absorbé dans l’atmosphère dans certaines bandes spectrales, en particulier par la vapeur d’eau (H_2O), le gaz carbonique (CO_2), l’oxygène et l’ozone (O_3). Il est aussi diffusé par les molécules de l’air et les aérosols. Absorption et diffusion expliquent la différence entre le flux au sol et au sommet de l’atmosphère.