Effect of Melt Ponds on First-Year Sea Ice Ablation - Integration of RADARSAT-1 and Thermodynamic Modelling

RÉSUMÉL'évolution de la fonte printanière en Arctique et du bilan d'énergie de surface associé sont des facteurs critiques dans la détermination de la date éventuelle de la désintégration de la glace de première année. La glace de première année étant mécaniquement faible est liée à un profil quasi-isothermique des températures de la glace avec des volumes relativement élevés de saumure. L'évolution des mares de fonte dans la glace de première année joue un rôle critique dans le bilan d'énergie de surface (à travers l'influence de l'albédo) qui détermine la structure thermodynamique de la glace. Un modèle thermodynamique uni-dimensionnel de la glace de mer a été utilisé pour examiner la susceptibilité de la glace de mer de première année à se désintégrer en fonction d'une fraction en pourcentage de mare de fonte. Une surface de glace avec une fraction de mare de 80% peut produire de la glace thermodynamiquement faible plus de trois semaines avant une surface de glace avec une fraction de mare de 10%. Comme prévu, il y a une relation non-linéaire entre le gradient de changement de température de la glace (ITGC) et la fraction de mare permettant d'illustrer les effets de la fraction de mare sur le potentiel de désintégration de la glace de mer de première année. D'autres expériences de modélisation suggèrent que le modèle de glace de mer surestime les taux de fonte de glace de mer de première année, dans ce cas surtout en raison d'une représentation inadéquate de l'albédo au cours de la saison de mares de fonte. Ceci suggère qu'il nous faut soit des meilleures paramétrisations de l'albédo de surface dans les modèles ou la capacité d'utiliser les données de télédétection pour estimer directement les fractions de mares de fonte et leur albédo associé pour utilisation dans les simulations annuelles de glace de première année. L'inversion de l'albédo de surface à partir d'images RADARSAT-1 acquises au-dessus de glace lisse de première année est possible tout au long de la saison de fonte dans ce cas. Les résultats démontrent que l'albédo de surface dérivé de RADARSAT-1 et incorporé dans le modèle thermodynamique de glace de mer améliore les simulations de glace de mer permettant une meilleure prévision de la période de désintégration de la glace de mer de première année.SUMMARYThe arctic spring melt evolution and the associated surface energy balance (SEB) are critical in determining the eventual break-up date of first-year sea ice (FYI). Mechanically weak FYI is linked to a near-isothermal ice temperature profile with relatively high brine volumes. Melt pond evolution on FYI plays a critical role in the SEB (through albedo influences) which determines the ice's thermodynamic structure. A one-dimensional thermodynamic sea ice model was used to examine the susceptibility of FYI to break up as a function of percent melt pond fraction. An ice surface with 80% pond fraction can produce thermodynamically weak ice more than three weeks earlier than an ice surface with 10% pond fraction. As expected, a non-linear relationship exists between the ice temperature gradient change (ITGC) and pond fraction to illustrate pond fraction effects on FYI break-up potential. Further modelling experiments suggest the sea ice model overestimates FYI melt rates in this case mainly due to inadequate albedo representation during the melt pond season. This suggests that we require either better model parameterizations of surface albedo or the capability to use remote sensing data to directly estimate melt pond fractions and their associated albedo for use in annual FYI simulations. Inversion of surface albedo from RADARSAT-1 imagery over smooth FYI is possible throughout the melt season in this case. Results show that RADARSAT-1 derived surface albedo ingested into the thermodynamic sea ice model improve sea ice simulations to better predict the timing of FYI break-up. Additional informationNotes on contributorsJ.M. Hanesiak• J.M. Hanesiak and D.G. Barber are with the Centre for Earth Observation Science, Geography Department, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada R3T 2N2. Tel: (204) 474-7049, E-mail: john_hanesiak@umanitoba.ca.J.J. Yackel• J.J. Yackel is with the Geography Department, University of Calgary, Calgary, Alberta, Canada.D.G. Barber• J.M. Hanesiak and D.G. Barber are with the Centre for Earth Observation Science, Geography Department, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada R3T 2N2. Tel: (204) 474-7049, E-mail: john_hanesiak@umanitoba.ca.

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