Modélisation du pont de glace et des processus océaniques à méso-échelle dans la polynie des Eaux du Nord.

摘要

Un modèle numérique de circulation océanique couplé à un modèle dynamique-udthermodynamique de glace de mer est développé et utilisé pour étudier certains processusudphysiques de méso-échelle importants pour la formation et le maintien de la polynie desudEaux du Nord et de son écosystème. En première partie, on s'intéresse aux aspectsuddynamiques de la formation et du maintien du pont de glace dans des conditionsudidéalisées et réalistes. Une étude de sensibilité de la stabilité du pont de glace en fonctionuddes principaux paramètres dynamiques révèle le caractère fondamental de la cohésionuddans la formation du pont de glace à l'entrée du détroit de Nares. Pour une contrainte deudvent donnée, il existe une valeur de cohésion critique au-delà de laquelle un pont de glaceudstable ne peut se former. Le profil et la position de l'arche sont adéquatement simulés etudla solution est invariante en fonction de l'orientation de la grille sphérique et de laudrugosité des frontières. La position et la forme du pont de glace sont également simuléesudconformément aux observations dans des conditions réalistes. Par contre, en l'absence deuddonnées d'épaisseurs fiables et suffisantes et considérant la grande importance deudl'historique des forçages dynamiques et thermodynamiques sur les conditions de glace, iludest difficile d'identifier une valeur ou un intervalle optimal pour e, le paramètre quiudcontrôle la cohésion. Les résultats suggèrent toutefois qu'un échantillonnageudjudicieusement choisi de l'épaisseur, par exemple le long d'un transect perpendiculaire auudchenal, permettrait de comparer directement le modèle aux observations et ainsi,udpotentiellement, de raffiner la paramétrisation du modèle.udEn deuxième partie, on s'intéresse à la réponse océanique de la polynie au vent etudà la présence d'un pont de glace, c'est-à-dire à une discontinuité spatiale du couvert deudglace. La circulation générale dans le domaine est mise en branle en premier lieu par lesudconditions aux frontières ouvertes. Un transport net de 0.54 Sv vers le sud, de l'Arctiqueudvers la Baie de Baffin, est forcé par la différence du niveau d'eau moyen entre lesudfrontières nord et sud du modèle. Cette valeur est contenue dans l'intervalle desudestimations que l'on retrouve dans la littérature. Le courant du Groenland ouest (CGO),udqui transporte l'eau de la Baie de Baffin vers le nord en longeant la côte, est forcé quant àudlui par un gradient transversal de niveau d'eau. Une analyse de l'effet du vent sur laudcirculation générale révèle que le CGO et le courant de Baffin vers le sud sont anti-udcorrélés dans la région du détroit de Smith, à la hauteur des îles Carey, et que les épisodesudde vent du nord amplifient le CGO vers le nord. On rapporte également quelques épisodesudoù le CGO pénètre jusque dans le bassin Kane, confirmant ainsi quelques observationsudhistoriques d'eau de la Baie de Baffin à cet endroit. La présence du pont de glaceudn'affecte que très peu le patron général de circulation horizontale. Cependant, il a uneudinfluence remarquable sur la circulation verticale, le champ de densité et la circulationudbarocline induite. En effet, conformément à la théorie, un vent soufflant parallèlement à laudlimite de la banquise statique produit une divergence du transport d'Ekman et génère uneudélévation ou un abaissement de la pycnocline, de la même manière que l'analogue côtier.udSelon la forme du pont de glace, l'étendue de la zone de remontée peut être doublée.udAvec le pont de glace simulé, très similaire au pont de glace observé en 1998, le courantudjet associé aux perturbations du champ de densité adopte une configurationudtourbillonnaire cyclonique centrée sur le pont de glace qui persiste aussi longtemps que leudvent maintien son cap et son amplitude. Les conditions océanographiques de la polynieudqui prévalent durant ce temps de l'année (polynie ouverte, remontée d'eau riches enudnutriments, mélange par le vent, circulation) favorisent toutes la floraison duudphytoplancton, ce qui explique, en partie du moins, la grande productivité de la polynieuddes Eaux du Nord.udEn troisième partie, l'influence des marées sur la structure de la colonne d'eau estudétudiée. La stratégie employée consiste à comparer les résultats obtenus dans la deuxièmeudpartie, en l'absence de marée, et de simuler ensuite l'influence de la marée selon deuxudapproches différentes. La première consiste à ajouter au profil de diffusivité uneudcontribution venant de la friction de la marée barotrope avec le fond à partir d'un champudd'amplitude du courant de marée issue d'un modèle inverse à haute résolution. Laudparamétrisation de Munk-Anderson utilisée ici ne considère pas la friction sous la glace.udLa deuxième approche consiste à forcer explicitement la marée barotrope en spécifiant unudsignal harmonique à la frontière du modèle. Les résultats montrent et confirment que laudmarée joue un rôle secondaire dans la formation et le maintien de la polynie ainsi queuddans le renouvellement des nutriments en surface. Cependant, les courants de marées etudles flux de chaleur associés au mélange accru peuvent compromettre la stabilité du pontudde glace et encourager sa rupture par ablation de la glace et en ajoutant une composanteudsupplémentaire au champ des contraintes. Finalement, certaines zones sont identifiéesudcomme étant propices à la génération d'ondes internes.ud