Micrometeorological and Thermal Control of Frost Flower Growth and Decay on Young Sea Ice

Résumé

Les fleurs de glace sont des structures cristallines transitoires qui se forment sur des surfaces de glace de mer nouvelles et jeunes. Elles découlent de divers processus et interactions biologiques, chimiques et physiques avec l’atmosphère, à la surface de la glace de mer. Nous décrivons les conditions atmosphériques et radiatives de même que les propriétés physiques et thermiques de la glace de mer qui forment, détériorent et détruisent les fleurs de glace sur la jeune glace de mer. La formation de fleurs de glace s’est produite lorsqu’un système de haute pression a fait baisser les températures de l’air à −30 ˚C, avec une humidité relative de 70 % (atmosphère sous-saturée) et un régime des vents très calme. À l’amorçage des fleurs de glace, la température à la surface de la glace de mer était de 10˚ à 13 ˚C plus chaude que la température de l’air. Les fleurs de glace se sont formées sur des nodules élevés au-dessus de la hauteur moyenne de la surface dans une mesure de 5 mm, ce qui était entre 4˚ et 6 ˚C plus froid que la surface de glace de mer brute, saumurée et fortement saline qui a fourni l’humidité nécessaire. En ce qui a trait à l’air au-dessus de l’écume de saumure, les nodules de froid ont créé des zones potentielles de sursaturation de vapeur d’eau au-dessus. Des fleurs de glace se sont formées et ont grossi pendant la nuit, en l’absence de rayonnement de courtes longueurs d’onde, tandis que le rayonnement net de grandes longueurs d’onde était négatif et dominait l’équilibre du rayonnement net de toutes ondes à la surface. L’habitus cristallin observé dans les fleurs de glace prenait la forme de longues aiguilles, trahissant son origine de la phase vapeur à des températures variant de −20 ˚C à −30 ˚C. Après une nuit de croissance, les fleurs de glace se sont détériorées en présence du rayonnement solaire accru, du bilan radiatif de la surface de 0 W m-2, des températures accrues de l’air et de la surface, de la plus grande vitesse du vent et de l’humidité relative réduite. Nous formulons l’hypothèse que ces conditions ont eu pour effet d’augmenter le mélange vertical, ce qui a érodé la saturation de vapeur d’eau près de la surface et déclenché la sublimation. Par la suite, les fleurs de glace ont été rapidement détruites par la chute de neige.