| Summary: | In this thesis an analysis of the variability of the liquid freshwater (FW) export from the Arctic Ocean on annual and seasonal timescales is presented. Due to missing long-term observations, the variability of the liquid FW export is not well known or understood. Model simulations are therefore currently the only way to study the variability of the FW export from the Arctic. To investigate the role of the atmospheric forcing for the variability of the liquid FW export, a model simulation for 1950-2007 from the University of Victoria Earth System Climate Model (UVic ESCM) is analyzed. It is shown that large-scale atmospheric circulation changes generally control the variability of the FW export through changes in the FW storage in the Beaufort Gyre. These changes have a large influence on the variability of the FW export through the Canadian Arctic Archipelago (CAA), whereas the Fram Strait FW export is also influenced by changes in the FW storage in the Eurasian basin. In order to better understand the differences between the mechanisms driving the export variability through Fram Strait and the CAA, passive dye tracers are added to the ocean module of a state-of-the-art global general circulation model, the Community Climate System Model Version 3 (CCSM3). These tracers allow the identification of FW from different sources, and therefore the individual investigation of the export variability of FW from individual sources. It is shown that the Fram Strait FW export is made up mainly of Eurasian runoff and Pacific FW, whereas the FW exported through the CAA comes primarily from Pacific FW and North American runoff. The variability of the FW exports from individual sources is largely in phase in the CAA, as the CAA FW export is mainly driven by velocity anomalies, not FW concentration anomalies. In Fram Strait on the other hand, FW concentration anomalies contribute as much to the FW export variability as velocity anomalies. The variability of the Fram Strait FW concentrations from the two main FW sources is not in phase, as Pacific FW and Eurasian runoff have different pathways to Fram Strait and their variability is governed by different mechanisms. Whereas the Eurasian runoff export depends strongly on the release of FW from the Eurasian shelf during years with an anticyclonic circulation anomaly (negative Vorticity index), the variability of the Pacific export is mainly controlled by changes in the Pacific FW stored in the Beaufort Gyre, with increased export during years with a cyclonic circulation anomaly (positive Vorticity index). A high vertical resolution of the ocean model is found to be important to resolve the role of FW concentration changes for the Fram Strait FW export variability. The model simulation also shows that in contrast to the interannual variability, the seasonal variability of the Fram Strait FW export is driven almost entirely by the seasonal cycle of sea-ice melt, with a smaller influence of velocity changes or advected FW concentration changes. The disappearance of the summer sea-ice cover in the Arctic during the 21st century might therefore affect the seasonal cycle of the Fram Strait FW export. Cette thèse de doctorat présente une étude de la variabilité du flux d'eau douce de l'océan Arctique vers l'Atlantique Nord. Parce qu'il existe peu d'observations sur ce flux d'eau douce, sa variabilité n'est pas bien connue. Par conséqeuent, des simulations numériques sont nécessaires pour l'étude du flux d'eau douce. Premièrement, nous avons utilisé le "Earth Sytem ClimateModel" de l'université de Victoria (UVic ESCM) pour analyser la variabilité du flux d'eau douce pour la période 1950-2007. Nos résultats indiquent que la circulation atmosphérique détermine la variabilité du flux d'eau douce de l'Arctique par son influence sur le tourbillon de Beaufort. Les changements de la circulation dans le tourbillon de Beaufort ont une grande influence sur le flux d'eau douce par l'archipel canadien. Le flux d'eau douce par le détroit de Fram est aussi influencé par les changements de la circulation dans le tourbillon de Beaufort, mais également par les changements de la circulation océanique dans le bassin européen Par la suite, nous avons implanté des traceurs, représentant les différents types d'eau douce dans l'Arctique, dans un autre modèle climatique: le "Community Climate System Model Version 3" (CCSM3). Ces traceurs nous permettent d'analyser la variabilité du flux d'eau douce en détails. Nous remarquons que la plupart de l'eau douce exportée par le détroit de Fram provient des fleuves eurasiens et de l'océan Pacifique (passant du Pacifique à l'Arctique par le détroit de Béring). Par contraste, le flux d'eau douce par l'archipel canadien est principalement composé d'eau douce provenant de l'océan Pacifique et des fleuves d'Amérique du Nord. Les variablités associées au flux d'eau douce provenant de différentes sources par l'archipel canadien sont en phase. Ceci est dû au fait que la variabilité du flux d'eau douce est controllée par la vitesse de l'eau dans l'archipel canadien. Par contre, la variabilité du flux d'eau douce par le détroit de Fram est controllée par la vitesse de l'eau et aussi par la concentration en eau douce. En outre, le flux d'eau douce provenant de sources différentes ne sont pas en phase dans le détroit de Fram parce que le trajet de l'eau douce provenant des fleuves eurasiens et celui de l'océan Pacifique sont différents et leur variabilités sont controllées par des mécanismes différents. Nous remarquons que le flux d'eau douce provenant des fleuves eurasiens par le détroit de Fram dépend du transport d'eau douce du plateau eurasien. L'eau douce quitte le plateau eurasien quand la circulation atmosphérique est anti-cyclonique (l'index de vorticité est positif). Par contraste, le flux d'eau douce provenant de l'océan Pacifique est plus fort quand le tourbillon de Beaufort est réduit, et cette situation se produit lorsque la circulation atmosphérique est cyclonique (l'index de vorticité est dans ce cas negatif). De plus, nous remarquons qu'une haute résolution spatiale est nécessaire pour représenter la Par ailleurs, les simulations numériques avec le CCSM3 révèlent que la variabilité saisonnière du flux d'eau douce est déterminée par la fonte de la glace de mer dans le détroit de Fram. La variabilité saisonnière de la vitesse a peu d'influence sur la variabilité saisonnière du flux d'eau douce, et ne fait que retarder d'un mois le maximum et minimum du flux d'eau douce. Parce que la fonte de la glace de mer dans le détroit de Fram détermine la variabilité saisonnière du flux d'eau douce par le détroit de Fram, la disparition de la glace de mer dans l'Arctique en été au cours du 21e siècle (selon les prédictions des modèles climatiques) pourrait changer la variabilité saisonnière du flux d'eau douce.
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