Saisonnalité de la banquise antarctique

Antarctic sea ice : a seasonal perspective

• Auteur / Autrice : Kenza Himmich
• Direction : Martin Vancoppenolle, Gurvan Madec
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Instrumentation, télédétection, observation et techniques spatiales pour l'océan, l'atmosphère et le climat
• Date : Soutenance le 25/04/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'environnement d'Île-de-France (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'océanographie et du climat : expérimentations et approches numériques (Paris ; 2005-....)
• Jury : Président / Présidente : Damien Cardinal
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Rym Msadek
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Cecilia M. Bitz, Alexander Haumann

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique de l'atmosphère

Changements climatiques

Circulation océanique

Interaction mer-atmosphère

Mer -- Température

Antarctique

Glace de mer

Mots clés libres

Banquise antarctique

Océan Austral

Retrait de la banquise

Avancée de la banquise

Cycle saisonnier

Changements récents

Antarctic sea ice

Southern Ocean

Sea ice retreat

Sea ice advance

Seasonal cycle

Recent changes

Résumé

La banquise antarctique a subi une réduction brutale en 2016, après plus de quatre décennies d'une lente augmentation. Une telle évolution pourrait avoir de larges conséquences, compte tenu de l'importance de la banquise antarctique pour le climat, l'océan et l'écosystème marin polaire local. Pourtant, les modèles climatiques ne parviennent pas à reproduire les changements observés, laissant planer une incertitude considérable quant à leur origine et à leurs conséquences. Cette déficience des modèles est en partie due à une mauvaise compréhension des processus fondamentaux liés à la banquise antarctique. Dans cette thèse, nous contribuons à faire progresser cette compréhension, en adoptant une perspective saisonnière. Les processus moteurs de l'avancée et du retrait saisonniers de la banquise sont explorés. En particulier, les rôles possibles d'un préconditionnement thermodynamique, des flux de chaleur air-glace-mer et de la dynamique de la banquise sont étudiés. Nous montrons, dans l'état moyen, que les dates d'avancée et de retrait de la banquise sont largement contrôlées par des processus thermodynamiques, à travers un préconditionnement respectif du contenu thermique de la couche de mélange et de l'épaisseur de la banquise. Les variations des flux de chaleur air-glace-mer et la dynamique de la banquise ont une importance significative mais secondaire. Ces conclusions sont étayées par un modèle thermodynamique simple, des analyses d'observations et un modèle glace-océan (NEMO). Nous montrons également que les changements récents dans la saisonnalité de la banquise sont principalement dus à des processus thermodynamiques, comme pour l'état moyen. La réduction de la banquise antarctique suivant l'année 2016 coïncide avec un recul plus précoce et une avancée plus tardive de la banquise, à l'échelle quasi-circompolaire. Notre analyse relie ces changements à une glace plus fine en hiver, une fonte plus rapide au printemps et un océan de surface plus chaud en été, en accord avec les processus de la rétroaction glace-albédo. L'empreinte circumpolaire de ces changements leur suggère une cause océanique.

Antarctic sea ice has undergone an abrupt reduction in 2016, following more than four decades of a slow increase. This could have wide-ranging consequences given the importance of Antarctic sea ice for climate, ocean, and local ecosystem. Yet, climate models fail to capture this observed evolution, leaving considerable uncertainty regarding its origin, impacts and future evolution. Models failure relates, but not only, to a poor understanding of fundamental Antarctic sea ice processes. In this thesis, we contribute to progress understanding of Antarctic sea ice, adopting a seasonal perspective. We investigate the drivers of seasonal sea ice edge advance and retreat, analyzing the roles of thermodynamic preconditioning, air-ice-sea heat fluxes and sea ice dynamics. We show that, in the mean state, timings of ice edge advance and retreat are largely controlled by thermodynamics, via preconditioning from mixed layer heat content and sea ice thickness, respectively. Variations in air-ice-sea heat fluxes and sea ice dynamics have a significant but secondary importance. This conclusion is supported by a simple thermodynamic model, observational analyses and the NEMO ice-ocean model. We also show that recent changes in sea ice seasonality are mainly driven by thermodynamics, similar to the mean state. The reduction in Antarctic sea ice following 2016 coincides with nearly circumpolar earlier retreat and later advance of the ice edge. Our analysis links these changes to thinner ice in winter, faster melt in spring and warmer upper ocean in summer, in line with ice-albedo feedback processes. Based on the circumpolar footprint of these changes, we argue that they likely have an oceanic origin.