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Mass-Balance Aspects of Weddell Sea Pack Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

S. F. Ackley*
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

The Weddell Sea pack ice undergoes several unique advance–retreat characteristics related to the clockwise transport in the Weddell Gyre, the physical setting for the pack ice, and the free boundary with the oceans to the north. From satellite-derived ice charts, the annual cycle of the pack ice advance and retreat is depicted. The Weddell pack advance is characterized by a strong east-moving component as well as the north advance seen in other regions such as East Antarctica.

Physical characteristics of the pack ice at the summer minimum ice edge are presented. Indications are that deformation is a significant component of the ice accumulation, deformed ice accounting for c. 15 to 20% of the area covered in the year-round pack. Ablation characteristics are inferred from observations made during field work and from satellite imagery. These observations indicate that surface-melt ablation typically seen on Arctic pack is not seen on the Weddell pack inside the summer edge.

Using the physical-property data and transport inferred from ship and iceberg drifts, a new annual ice accumulation η < 3 m is inferred over the continental shelf in the South compared to η < 2 m previously estimated (Gill, 1973). The implication is that salt flux into the ocean over the shelf may be significantly larger, thereby increasing the production of Western Shelf Water, a component of Antarctic Bottom Water.

Résumé

Résumé

La banquise de la Mer de Weddell est soumise à plusieurs systèmes d’influences pouvant provoquer avances ou retraits et liés au transport des glaces dans le sens des aiguilles d’une montre par le courant circulaire de Weddell, à la prise en masse physique de la glace du pack et à la libre communication avec les Océans du Nord. A partir de relevés par satellites on a retracé le cycle annuel de l’avancée et du recul de la glace de la banquise. L’avancée de la banquise de Weddell est caractérisée par une forte composante de son mouvement dirigée vers l’Est, ainsi que l’avancée vers le Nord observée dans d’autres régions telles que l’Antarctique de l’Est.

On présente les caractéristiques physiques de la banquise au moment du minimum estival de l’étendue de la glace. On a des indices selon lesquels la déformation est une composante significative de l’accumulation de la glace, la glace déformée comptant pour environ 15 à 20% dans la surface couverte par la banquise au long d’un cycle annuel. Les caractéristiques de l’ablation sont déduites d’observations faites sur le terrain et des images des satellites. Ces observations indiquent que l’ablation par fusion superficielle typique dans la banquise Arctique n’est pas sensible sur la banquise de Weddell à l’intérieur de ses limites estivales.

En utilisant des données sur les propriétés physiques de la glace et sur les transports décelés par l’observation de la dérive des navires et des icebergs, une accumulation annuelle de glace nouvelle η > 3 m est supposée sur l’ensemble de la calotte continentale au Sud, au lieu d’une épaisseur précédemment estimée (Gill, 1973) à η < 2 m. La conséquence est que le flux salé vers l’océan depuis la calotte peut être significativement plus important, et peut donc accroître le débit du courant du Western Shelf une composante du courant de fond Antarctique.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Das Packeis der Weddell-See weist einige besondere Vorstoss- und Rückzugscharakteristiken auf, die mit dem Driften im Uhrzeigersinn innerhalb des Weddell-Kreisels, der physikalischen Verfassung des Packeises und den im Norden frei angrenzenden Meeren zusammenhängen. Der jährliche Zyklus des Packeisvorstosses und -rückgangs wird aus Eiskarten hergeleitet, die auf Satellitenbildern beruhen. Den Vorstoss bestimmt eine starke, nach Osten gerichtete Komponente, zusätzlich zur Bewegung nach Norden, die auch in anderen Gebieten, z.B. in der Ostantarktis festzustellen ist.

Für den Minimalstand des Eisrandes im Sommer werden die physikalischen Charakteristika angegeben. Der Anteil von 15 bis 20% deformierten Eises innerhalb des ganzjährig vom Packeis bedeckten Gebietes deutet darauf hin, dass die Deformation wesentlich zur Akkumulation des Eises beiträgt. Auf Ablationscharakteristiken wird aus Feldbeobachtungen und Satellitenbildern geschlossen. Diese Beobachtungen zeigen, dass Ablation durch Abschmelzen an der Oberfläche, wie sie für arktisches Packeis typisch ist, innerhalb des sommerlichen Eisrandes im Weddell-Packeis nicht auftritt.

Aus den physikalischen Eigenschaften und der Bewegung, die aus Schiffs- und Eisbergdriften zu erkennen ist, kann auf einen neuen Wert der jährlichen Eisakkumulation von mehr als 3 m über dem Kontinentalschelf im Süden geschlossen werden, gegenüber weniger als 2 m aus früheren Schätzungen (Gill, 1973). Eine Verwicklung besteht darin, dass der Salzausfluss über den Schelf in den Ozean wesentlich grösser sein und deshalb die Produktion von westlichen Schelfwasser, einen Teil des antarktischen Bodenwassers, erhöhen kann.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Table I.Effects of ice formation (source) and decay (SINK) ON ATMOSPHERIC AND OCEANIC PROCESSES

Figure 1

Fig. 1.Ice-edge isochrones during advance for 1974. The Weddell Sea region is bounded by the Antarctic Peninsula (long. 60° W.) and the 30° E. longitude line.

Figure 2

Fig. 2.Position of ice-edge latitude versus timefor long. 40° W., 20° W., 10° E., and 30° E.

Figure 3

Fig. 3.Extent of pack ice versus time during 1974, for the Weddell Sea region and East Antarctica.

Figure 4

Fig. 4.Solid line shows the ship’s track; dashed, the ice edge during U.S.C.G.C. Burton Island’s cruise during February/March 1977.

Figure 5

Fig. 5.Photograph taken of the near-edge ice in the Weddell Sea from a helicopter. Large central floe is c. 25 to 30 m in its longest dimension.

Figure 6

Fig. 6.Ice thickness versus latitude from the track shown in Figure 4. Thicknesses were measured on the level portions of the older floes along the track such as the central floe in Figure 5.

Figure 7

Fig. 7.Drift tracks of the ships Endurance and Deutschland after they were trapped in the Weddell pack ice. An iceberg track obtained by satellite is also shown.

Figure 8

Fig. 8.Estimated thickness distribution of the near-edge pack ice in the Weddell Sea.

Figure 9

Fig. 9.(a) Landsat image from sea ice off the Alaskan coast at lat. 70° N, at summer solstice+10 d, most sensitive to the presence of surface moisture.(b) Landsat image from sea ice in the Weddell Sea taken at summer solstice+30 d. Note the absence of gray-like tone indicative of surface melt as shown in (a) for the Arctic areas.

Figure 10

Table II.Comparison of average salinity of Weddell (summer) pack ice to average salinities of Arctic winter and summer ice

Figure 11

Fig. 10.Snow depth measurements on the Weddell Sea pack ice.

Figure 12

Table III.Drift rates in the Weddell sea

Figure 13

Fig. 11.Divisions of the Weddell Sea region into eight sub-areas for mass-balance purposes (Equations (1)).