Cirrus

Le terme « cirrus », signifie « boucle de cheveux » en latin. Il a été donné à ce nuage en référence à la forme typique des cirrus uncinus (en « virgule »), qui ressemble à une boucle de cheveux.

Les cirrus naturels ou artificiels (issus de traînées de condensation d'avions, et dits cirrus homogenitus) couvrent environ 30 % des latitudes moyennes de la Terre, et jusqu’à 70 % des ciels tropicaux^[3].

Leurs propriétés microphysiques sont fortement dépendantes de la température, et leur teneur en eau? La taille des particules de glace qu'ils contiennent décroit à mesure que l’air se refroidit, tandis que les concentrations en cristaux restent constantes ou augmentent lors de nucléations homogènes en forts ascendances ; les observations satellitaires et in situ montrent que leurs cristaux, souvent complexes ou rugueux, s’écartent des formes hexagonales idéalisées, ce qui influence fortement leurs propriétés radiatives et contribue à l’incertitude majeure que représentent les cirrus dans les modèles de circulation générale ; selon Heymsfield et al. (2017) des progrès décisifs seront faits quand les petits cristaux (≈20 µm) seront mieux décrits, de même que leurs mécanismes dominants de nucléation en fonction des régimes dynamiques de la haute troposphère^[4].

Bien que ténus, en raison de leur abondance (croissante) et de leurs caractéristiques physiques, ils ont un impact considérable sur le bilan énergétique et radiatif de la planète, tant à cause de la réflexion de rayonnement solaire vers l'espace (refroidissement) que par leur effet dans le domaine thermique (réchauffement)^[3].
En moyenne leur effet radiatif net va dans le sens du réchauffement climatique^[3].

Les cirrus de latitude moyenne (selon une étude basée sur de plus de 13 000 heures de mesures lidar harmonisées sur trois sites européens) ont des profondeurs optiques moyennes qui varient selon l'altitude^[5].

Les cirrus subvisibles (à peine visibles du sol) et les nuages les plus élevés sont nettement mieux détectés par le lidar depuis les sites d'altitude^[5].

On note un changement de morphologie des cirrus au‑delà de 13 km, probablement lié à des nucléations intenses induites par les ondes orographiques^[5].

Leur forçage radiatif net local est systématiquement positif, avec une contribution relative d'environ 5 % pour les cirrus subvisibles, 45 % pour les cirrus minces et 50 % pour les cirrus opaques, confirmant leur rôle important dans le réchauffement climatique à ces latitudes^[5],[6].

Leur degré d'effet radiatif semble dépendre d'au moins huit paramètres microphysiques et environnementaux (testés par Wolf et Boucher (2023) à partir de plus de 280 000 simulations de transfert radiatif). Ils ont montré que le rayon effectif des cristaux de glace est le facteur dominant pour les composantes solaire, infrarouge et nette de l’effet radiatif ; suivi de la teneur en eau glacée ; ils ont aussi montré que l’angle zénithal solaire, l’albédo de surface, l’épaisseur optique d’un nuage liquide sous‑jacent et la forme cristalline modulent fortement la composante solaire, tandis que la composante infrarouge dépendra plutôt des températures de surface et du nuage. L’importance relative de ces paramètres varie aussi en fonction des conditions ambiantes et de l'heure (ex : l’effet radiatif net nocturne se réduit à la seule composante infrarouge)^[7]. Les hétérogénéités microphysiques et les effets tridimensionnels jouent aussi^[8].

L'apparition de cirrus résulte de la présence d'une certaine humidité dans les couches supérieures de l'atmosphère. On notera que les cirrus se formeront dès que l'humidité atteint 73 %^[9] et non à 0 % comme il est parfois affirmé^[10]. Dans un ciel bleu, il annonce généralement l'arrivée d'un front chaud. En effet, celui-ci cause un soulèvement à grande échelle menant à la congélation de l'humidité en cristaux de glace. Ceux-ci sont petits et clairsemés et ne forment donc que ces nuages très minces et effilochés^[11]. Des cirrus peuvent également être produits à partir d'autres nuages, comme la région supérieure, ou enclume, du cumulonimbus^[11].

Causes non naturelles (cirrus artificiels)

Dans la haute troposphère, les turboréacteurs des avions produisent des traînées de condensation qui parfois peuvent persister et évoluer en « cirrus induits » (cirrus d'origine anthropique), modifiant la couverture nuageuse et donc l'albédo, en contribuant au forçage radiatif du climat.

Selon le physicien de l'atmosphère Bernd Kärche^[13], dans la revue Nature (2018), ces nuages ont longtemps été difficiles à caractériser faute d'observations facile et de modèles adaptés, mais ils sont désormais mieux connus, et maintenant considérés comme la principale contribution du trafic aérien au réchauffement climatique : les simulations montrent que le forçage radiatif des contrails‑cirrus dépasse largement celui des simples traînées persistantes et représente environ 80 % du forçage total lié aux nuages induits par les avions, faisant de ces derniers la composante la plus importante du « forçage non‑CO₂ » du secteur aérien^[14].

Un laser téramobile pourrait, sous certaines conditions, augmenter le taux de glace dans les nuages de type cirrus^[15].

Au-dessous du nuage

Un cirrus a la forme d'un ensemble de filaments blancs et délicats ou de bancs et bandes étroites. On distingue les cirrus des cirrocumulus par l'absence de petits éléments arrondis^[16].

À l'intérieur du nuage

Le nuage n'a pas d'intérieur à proprement parler.

Au-dessus du nuage

Un banc de cirrus ressemble à un banc de brume sèche à travers lequel il est possible de voir le sol^[16].

Le cirrus se subdivise en différentes espèces selon leur mécanisme de formation. Ces espèces se subdivisent également en variétés selon leur forme^[11] :

Espèces

• Cirrus castellanus
• Cirrus fibratus
• Cirrus spissatus
• Cirrus floccus
• Cirrus uncinus

Variétés

• Cirrus duplicatus
• Cirrus homogenitus ou traînée de condensation due aux avions.
• Cirrus intortus
• Cirrus radiatus
• Cirrus vertebratus

• Schempp-Hirth Cirrus, le nom d'un planeur très connu.