Des mesures de l'attenuation des vagues dans la banquise révèlent la variabilité des propriétés de la glace

Cette publication du LOPS vient de paraitre dans les  Proceedings of the U.S. National Academy of Science.

L'océan Austral joue un rôle important de régulateur dans les échanges de chaleur et de carbone dans le système climatique, et ces échanges sont en partie contrôlés par la banquise. Le rôle des vagues sur la cette banquise est qualitativement bien connu avec en particulier la formation de glace en crêpes. L'importance des vagues dans l'océan Austral est un des facteurs qui explique les différences de propriétés de la glace entre Arctique et Antarctique. Un des effets encore mal quantifié, et qui est le principal sujet de cette nouvelle étude, est la poussée exercée par les vagues sur la  couche de glace: quand les vagues se dissipent elles exercent une poussée qui à tendance à compacter la glace. Pour mesurer cette poussée il suffit de mesurer la variation de l'amplitude ds vagues sous la glace.

Le travail mené par Justin Stopa utilise une méthode de mesure des vagues en présence de glace  développée au LOPS, qui utilise des données des satellites Sentinel 1A et 1B. La figure ci-dessous montre deux exemples d'images radar avec une atténuation très forte (à gauche) et une atténuation très faible (à droite). Ces deux images correspondent à une couverture de glace de 100% et sont acquises à 200 km à l'intérieur de la banquise.

De telles images radar ont été acquises depuis 1978 dans la glace de mer, avec des données acquises de manière systématique par ERS1 et ERS2, Envisat et maintenant Sentinel 1A et 1B. L'acquisition d'un grand nombre d'image par Sentinel 1A et la haute résolution des données a motivé le développement de la méthode de mesure des vagues sous la glace.

The European Union’s Copernicus Sentinel-1 satellite operates over most of the oceans in a 4 m resolution “wave mode”, designed to monitor ocean waves. The wave mode provides 20 × 20 km images every 100 km along the satellite orbit, revealing stunning details of air–sea interaction processes including waves propagating underneath sea ice, as shown in the images.

Soon after launch in 2014, the Sentinel-1A acquisition cycle was modified to extend wave-mode coverage over Antarctic Sea ice. In 2016, Sentinel-1A was followed by its twin Sentinel-1B.

The Copernicus Sentinel-1A and -1B satellites combined with the new method to extract wave information from the imagery, make it possible for remote sensing and wave-mechanic experts to extract thousands of observations across the entire Antarctic marginal ice zone and for all seasons.

This dataset of wave conditions in sea ice is larger than all other field experiments combined and is expected to contain a wide range of sea ice conditions demonstrating the advantage of using satellites to study remote polar regions.

Experts find that the wave decay can be much faster than previously reported. More importantly, such decay is highly variable spanning three orders of magnitude. Particular radar images show drastic wave decay much larger than previously observed.

Therefore, the off-ice wave conditions do not determine the wave attenuation for the entire journey of a wave packet in sea ice. This means the same wave train can experience a weak attenuation over hundreds of kilometres and suddenly disappear over just a few kilometres.