Hostname: page-component-6766d58669-rxg44 Total loading time: 0 Render date: 2026-05-20T17:32:51.853Z Has data issue: false hasContentIssue false

Some Results from a Linear-Viscous Model of the Arctic Ice Cover

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

W. D. Hibler III
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
W. B. Tucker III
Affiliation:
U.S. Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory, Hanover, New Hampshire 03755, U.S.A.
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Abstract

In order to assess the effect of non-local stress transferral through the ice cover empirically, a linear viscous model (employing both bulk and shear viscosities) is used to predict drift-rates for one Soviet and two U.S. drifting stations over the time period May 1962 to April 1964. The predictions, based on available atmospheric pressure and ocean-current data, are compared to free-drift results and to observed values. The empirical viscosity values giving the best fit to observations show a pronounced seasonal variation that correlates well with the growth rate of thin ice. Drift predictions, especially long-term net drift results, show drift magnitudes and turning angles to be simulated significantly better by a viscous model than by a free-drift model. The effects of steady currents are shown to be small for velocities averaged over days but significant for averages over years.

Résumé

Résumé

En vue d’appréhender empiriquement l’effet du transfert d’efforts d’origine non locale sur le Pack, on a utilisé un modèle visqueux linéaire limité dans le temps, pour prévoir le taux de transport de neige par le vent constaté dans une station russe et deux stations U.S. pour la période Mai 1962 à Avril 1964. Les prévisions, basées sur les données disponibles concernant la pression atmosphérique et les courants océaniques, sont comparées aux résultats que donnerait un transport libre et aux valeurs observées. Les valeurs empiriques de la viscosité qui s’ajustent le mieux aux observations montrent une variation saisonnière prononcée qui s’accorde bien avec le taux de croissance de la glace mince. Les prévisions de transport, surtout les résultats de l’apport net à long terme montrent que les grandeurs et la direction des transports sont mieux estimés par le modèle visqueux que par un modèle de transport libre. On montre que les effets de courants permanents sont faibles sur des moyennes de vitesses calculées à partir de quelques jours, mais significatifs si l’on établit ces moyennes à l’échelle de quelques années.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Zur empirischen Erfassung des Einflusses der Übertragung ortsfremder Spannungen durch die Eisdecke wird ein linear-viskoses Modell, das sowohl die Gesamt-wie die Seherviskosität verwendet herangezogen, das die Driftraten einer russischen und zweier US-amerikanischer Driftstationen im Zeitraum Mai 1962 bis April 1964 vorausbestimmen lässt. Die Vorhersagen, die sich auf verfügbare Daten über den Luftdruck und die Meeresströmung stützen, werden mit Berechnungen der freien Drift und mit beobachteten Werten verglichen. Die empirischen Werte der Viskosität, die am besten zu den Beobachtungen passen, zeigen einen ausgesprochenen jahreszeitlichen Gang, der in enger Korrelation zur Wachstumsrate dünnen Eises steht. Drift-Vorhersagen, besonders Ergebnisse für die langfristige Netto-Drift, zeigen, dass die Driftstrecken und Drehwinkel durch ein viskoses Modell wesentlich besser simuliert werden als durch ein Modell der freien Drift. Was die Reaktion auf Strömungswirkungen betrifft, so erweisen sich die Einflüsse stetiger Strömungen auf die Mittelwerte der Geschwindigkeit über einige Tage als gering, jedoch als beträchtlich auf Mittelwerte über Jahre.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1979
Figure 0

Fig. 1. Square mesh grid used for numerical calculations.

Figure 1

Fig. 8. Predicted and observed three-station average drift integrated over 60 d intervals.

Figure 2

Table I. Numerical parameters used in drift prediction

Figure 3

Fig. 2. a. Viscosity values (solid line) giving the best fit between predicted and observed drift-rates far standard values of the wind and water stress parameters B and D. The dashed line is a regression fit of viscosity upon the 60 d averaged growth rate of 50 cm-thick ice (see Equation (5)).b. The effect on the best-fit viscosity of increasing (curve 1) and decreasing (curve 3) the wind stress coefficient and increasing the water stress coefficient (curve 2).c. Mean square error between predicted and observed drift-rates for the best-fit viscosity.

Figure 4

Fig. 3. Average drift-rate of the three drifting stations. The curves show predicted drift-rates using constant viscosities of 1 × 1010 kg/s (low viscosity) and 4.0 × 1011 kg/s (high viscosity).

Figure 5

Fig. 4. Predicted and observed drift-rates of NP-10 for seasonally varying viscosity and free drift for 8d and 25 d smoothing.

Figure 6

Table II. R.M.S. differences between predicted and observed NP-10 drift-rates (Normalized to observed standard deviations)

Figure 7

Table III. Variance of predicted NP-10 drift-rates (Normalized to observed variances)

Figure 8

Fig. 5. Predicted and observed cumulative 60 d drift for each drifting station.

Figure 9

Fig. 6. Effect of currents and tilt on the 25 d smoothed predicted drift-rate of the Arlis II ice island.

Figure 10

Fig. 7. Predicted and observed net drift of the three drifting stations with and without current and tilt effects.