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The Decay of an Annual Cover of Sea Ice

Published online by Cambridge University Press:  30 January 2017

M. P. Langleben*
Affiliation:
Ice Research Project, Department of Physics, McGill University, Montreal, Quebec, Canada
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Abstract

In his now classic book L’dy Arktiki [Arctic ice], Zubov discussed the melting of sea ice during the Arctic summer by thermal interaction with the surrounding water and derived an expression which indicates that the proportion of open water increases exponentially with time until total ice-free conditions result. His equation predicts that the time required for complete decay of the ice cover after initial break-up is greater than one month and more likely as long as two months for representative values of incident shortwave radiation and initial ice thickness upon break-up. It is unlikely that above-freezing temperatures persist for this length of time.

To explain the observed complete disintegration of the annual ice cover in many sheltered areas of the Arctic, a modified model of the thermal decay process has been introduced. This model takes into account the influence of radiation absorbed by the ice which was not included in the Zubov formulation. Considerable reduction in the time required for complete decay, generally by about a factor of 2 if an albedo of 0.4 is assumed for the ice surface, is obtained.

Résumé

Résumé

Dans un livre maintenant classique, L’dy Arktiki [Glace Arctique], Zubov expliquait la fusion de la glace de mer pendant l’été Arctique par une interaction thermique avec l’eau environnante, et en déduisait une expression qui indique que la proportion d’eau libre croît exponentiellement avec le temps jusqu’à ce qu’il en résulte des conditions de l’eau totalement libre. Son équation prévoit que le temps nécessaire pour une disparition complète de la couverture de glace après une rupture initiale, dépasse un mois et atteint plus probablement deux mois pour des valeurs convenables de la radiation incidente de courte longueur d’onde et de l’épaisseur initiale de la glace au moment de la rupture initiale. Il est improbable que des températures supérieures au point de fusion subsistent pendant ce laps de temps.

Pour expliquer la désintégration complète que l’on observe de la couverture de glace dans beaucoup de secteurs abrités de l’Arctique, on a introduit un modèle modifié du processus thermique de la disparition de la glace. Ce modèle prend en compte l’influence de la radiation absorbée par la glace qui n’était pas incluse dans la formulation de Zubov. On obtient une réduction considérable dans le temps nécessaire pour une débacle complète, généralement d’un facteur voir de deux, si l’on admet un albedo de 0,4 pour la surface de la glace.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Zubow hat in seinem nun schon klassischen Buch L’dy Arktiki [Arktisches Eis] das Abschmelzen von Meereis während des arktischen Sommers durch thermische Wechselwirkung mit dem umgebenden Wasser diskutiert und gelangte zu einem Ausdruck, der zeigt, dass der Anteil offenen Wassers exponentiell mit der Zeit anwächst, bis sich völlige Eisfreiheit ergibt. Seine Gleichung sagt voraus, dass die zur vollständigen Auflösung der Eisdecke nach dem anfänglichen Auf brechen notwendige Zeit bei representativen Werten für die einfallende kurzwellige Strahlung und für die anfängliche Eisdicke vor dem Auf brechen mehr als ein Monat und eher an die zwei Monate beträgt. Es ist unwahrscheinlich, dass während einer so langen Zeit ständig Temperaturen über dem Gefrierpunkt herrschen.

Zur Erklärung der beobachteten vollständigen Auflösung der jährlichen Eisdecke in vielen geschützten Gebieten der Arktis wurde ein modifiziertes Modell des thermischen Auflösungsprozesses eingeführt. Dieses Modell berücksichtigt den Einfluss der vom Eis absorbierten Strahlung, die in Zubows Ansatz nicht enthalten war. Man erhält eine beträchtliche Reduktion der zur totalen Auflösung notwendigen Zeit, allgemein etwa um den Faktor 2, wenn man eine Albedo von 0,4 für die Eisoberfläche annimmt.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1972
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Fig. 1. Ice concentration as function of elapsed time after initial break-up for various values of ice albedo Ai. The ratio of incident short-wave radiation I to initial ice thickness h0 is 4 cal cm−3 d−l (194 W m−3).

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Fig. 2. Ice concentration as function of elapsed time after initial break-up for various values of the ratio of incident short-wave radiation I to initial ice thickness h0. The albedo of ice is assumed to be 0.4.

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Fig. 3. Time required for complete decay of the ice cover after initial break-up as function of albedo of ice surface for various values of I/h0.