Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone

International audience The Arctic marginal ice zone (MIZ), where strong interactions between sea ice, ocean and atmosphere take place, is expanding as the result of ongoing sea ice retreat. Yet, state-of-the-art models exhibit significant biases in their representation of the complex ocean-sea ice i...

Full description

Bibliographic Details
Published in:The Cryosphere
Main Authors: Boutin, Guillaume, Lique, Camille, Ardhuin, Fabrice, rousset, clement, Talandier, Claude, Accensi, Mickaël, Girard-Ardhuin, Fanny
Other Authors: Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ), Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)), Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité), the ONR (grant no. N0001416WX01117),the CMEMS (grant projects ArcticMix and WIzARd), ANR-14-CE01-0012,MIMOSA,Analyse, modélisation et utilisation du bruit sismique large bande: des microséismes aux oscillations libres de la terre(2014), ANR-10-LABX-0019,LabexMER,LabexMER Marine Excellence Research: a changing ocean(2010), European Project: 607476,EC:FP7:SPA,FP7-SPACE-2013-1,SWARP(2014)
Format: Article in Journal/Newspaper
Language:English
Published: HAL CCSD 2020
Subjects:
Online Access:https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/document
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/file/tc-14-709-2020.pdf
https://doi.org/10.5194/tc-14-709-2020
id ftunivparis:oai:HAL:hal-02556992v1
record_format openpolar
institution Open Polar
collection Université de Paris: Portail HAL
op_collection_id ftunivparis
language English
topic [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology
spellingShingle [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology
Boutin, Guillaume
Lique, Camille
Ardhuin, Fabrice
rousset, clement
Talandier, Claude
Accensi, Mickaël
Girard-Ardhuin, Fanny
Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone
topic_facet [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology
description International audience The Arctic marginal ice zone (MIZ), where strong interactions between sea ice, ocean and atmosphere take place, is expanding as the result of ongoing sea ice retreat. Yet, state-of-the-art models exhibit significant biases in their representation of the complex ocean-sea ice interactions taking place in the MIZ. Here, we present the development of a new coupled sea ice-ocean wave model. This setup allows us to investigate some of the key processes at play in the MIZ. In particular, our coupling enables us to account for the wave radiation stress resulting from the wave attenuation by sea ice and the sea ice lateral melt resulting from the wave-induced sea ice fragmentation. We find that, locally in the MIZ, the ocean surface waves can affect the sea ice drift and melt, resulting in significant changes in sea ice concentration and thickness as well as sea surface temperature and salin-ity. Our results highlight the need to include wave-sea ice processes in models used to forecast sea ice conditions on short timescales. Our results also suggest that the coupling between waves and sea ice would ultimately need to be investigated in a more complex system, allowing for interactions with the ocean and the atmosphere.
author2 Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D )
Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN)
Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL)
Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636))
Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)
the ONR (grant no. N0001416WX01117),the CMEMS (grant projects ArcticMix and WIzARd)
ANR-14-CE01-0012,MIMOSA,Analyse, modélisation et utilisation du bruit sismique large bande: des microséismes aux oscillations libres de la terre(2014)
ANR-10-LABX-0019,LabexMER,LabexMER Marine Excellence Research: a changing ocean(2010)
European Project: 607476,EC:FP7:SPA,FP7-SPACE-2013-1,SWARP(2014)
format Article in Journal/Newspaper
author Boutin, Guillaume
Lique, Camille
Ardhuin, Fabrice
rousset, clement
Talandier, Claude
Accensi, Mickaël
Girard-Ardhuin, Fanny
author_facet Boutin, Guillaume
Lique, Camille
Ardhuin, Fabrice
rousset, clement
Talandier, Claude
Accensi, Mickaël
Girard-Ardhuin, Fanny
author_sort Boutin, Guillaume
title Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone
title_short Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone
title_full Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone
title_fullStr Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone
title_full_unstemmed Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone
title_sort towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the arctic marginal ice zone
publisher HAL CCSD
publishDate 2020
url https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/document
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/file/tc-14-709-2020.pdf
https://doi.org/10.5194/tc-14-709-2020
genre Arctic
Sea ice
The Cryosphere
genre_facet Arctic
Sea ice
The Cryosphere
op_source ISSN: 1994-0424
EISSN: 1994-0416
The Cryosphere
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992
The Cryosphere, 2020, 14 (2), pp.709-735. ⟨10.5194/tc-14-709-2020⟩
op_relation info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.5194/tc-14-709-2020
info:eu-repo/grantAgreement/EC/FP7/607476/EU/Ships and Waves Reaching Polar Regions/SWARP
hal-02556992
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/document
https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/file/tc-14-709-2020.pdf
doi:10.5194/tc-14-709-2020
WOS: 000518770100001
op_rights info:eu-repo/semantics/OpenAccess
op_doi https://doi.org/10.5194/tc-14-709-2020
container_title The Cryosphere
container_volume 14
container_issue 2
container_start_page 709
op_container_end_page 735
_version_ 1799474801179361280
spelling ftunivparis:oai:HAL:hal-02556992v1 2024-05-19T07:35:47+00:00 Towards a coupled model to investigate wave–sea ice interactions in the Arctic marginal ice zone Boutin, Guillaume Lique, Camille Ardhuin, Fabrice rousset, clement Talandier, Claude Accensi, Mickaël Girard-Ardhuin, Fanny Laboratoire d'Océanographie Physique et Spatiale (LOPS) Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut Français de Recherche pour l'Exploitation de la Mer (IFREMER)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université de Brest (UBO)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) Nucleus for European Modeling of the Ocean (NEMO R&D ) Laboratoire d'Océanographie et du Climat : Expérimentations et Approches Numériques (LOCEAN) Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)) École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-École normale supérieure - Paris (ENS-PSL) Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Pierre-Simon-Laplace (IPSL (FR_636)) Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université Paris Sciences et Lettres (PSL)-Université de Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines (UVSQ)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-École polytechnique (X)-Centre National d'Études Spatiales Toulouse (CNES)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Paris Cité (UPCité) the ONR (grant no. N0001416WX01117),the CMEMS (grant projects ArcticMix and WIzARd) ANR-14-CE01-0012,MIMOSA,Analyse, modélisation et utilisation du bruit sismique large bande: des microséismes aux oscillations libres de la terre(2014) ANR-10-LABX-0019,LabexMER,LabexMER Marine Excellence Research: a changing ocean(2010) European Project: 607476,EC:FP7:SPA,FP7-SPACE-2013-1,SWARP(2014) 2020-03-02 https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992 https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/document https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/file/tc-14-709-2020.pdf https://doi.org/10.5194/tc-14-709-2020 en eng HAL CCSD Copernicus info:eu-repo/semantics/altIdentifier/doi/10.5194/tc-14-709-2020 info:eu-repo/grantAgreement/EC/FP7/607476/EU/Ships and Waves Reaching Polar Regions/SWARP hal-02556992 https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992 https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/document https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992/file/tc-14-709-2020.pdf doi:10.5194/tc-14-709-2020 WOS: 000518770100001 info:eu-repo/semantics/OpenAccess ISSN: 1994-0424 EISSN: 1994-0416 The Cryosphere https://hal.sorbonne-universite.fr/hal-02556992 The Cryosphere, 2020, 14 (2), pp.709-735. ⟨10.5194/tc-14-709-2020⟩ [SDU.STU.GL]Sciences of the Universe [physics]/Earth Sciences/Glaciology info:eu-repo/semantics/article Journal articles 2020 ftunivparis https://doi.org/10.5194/tc-14-709-2020 2024-04-23T03:43:54Z International audience The Arctic marginal ice zone (MIZ), where strong interactions between sea ice, ocean and atmosphere take place, is expanding as the result of ongoing sea ice retreat. Yet, state-of-the-art models exhibit significant biases in their representation of the complex ocean-sea ice interactions taking place in the MIZ. Here, we present the development of a new coupled sea ice-ocean wave model. This setup allows us to investigate some of the key processes at play in the MIZ. In particular, our coupling enables us to account for the wave radiation stress resulting from the wave attenuation by sea ice and the sea ice lateral melt resulting from the wave-induced sea ice fragmentation. We find that, locally in the MIZ, the ocean surface waves can affect the sea ice drift and melt, resulting in significant changes in sea ice concentration and thickness as well as sea surface temperature and salin-ity. Our results highlight the need to include wave-sea ice processes in models used to forecast sea ice conditions on short timescales. Our results also suggest that the coupling between waves and sea ice would ultimately need to be investigated in a more complex system, allowing for interactions with the ocean and the atmosphere. Article in Journal/Newspaper Arctic Sea ice The Cryosphere Université de Paris: Portail HAL The Cryosphere 14 2 709 735