{"id":382,"date":"2006-12-22T06:41:45","date_gmt":"2006-12-22T11:41:45","guid":{"rendered":"\/?p=382"},"modified":"2007-01-22T08:37:03","modified_gmt":"2007-01-22T13:37:03","slug":"not-just-ice-albedo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.realclimate.org\/index.php\/archives\/2006\/12\/not-just-ice-albedo\/","title":{"rendered":"Not just ice albedo Ce n’est pas qu’une histoire d’alb\u00e9do de la glace…<\/lang_fr>"},"content":{"rendered":"
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A recent paper by Francis & Hunter<\/a> provides an interesting discussion about reasons for the recent decline in the Arctic sea-ice extent<\/a>, based on new satellite observations. One common proposition about sea ice<\/a> is that it involves a positive feed-back because the ice affects the planetary albedo (how the planet reflects the sunlight back to space before the energy enters the ‘climate system’). Yet, there is more to the story, as the ice acts more-or-less like an insulating lid on top of the sea. There are subtle effects such as the planet losing more heat from the open sea than from ice-covered region (some of this heat is absorbed by the atmosphere, but climates over ice-covered regions are of more continental winter character: dry and cold). The oceanic heat loss depends of course on the sea surface temperature (SST). Open water also is a source of humidity, as opposed to sea-ice (because its cold, not because its dry), but the atmospheric humidity is also influenced by the moisture transport associated with the wind (moisture advection). Francis & Hunter found a positive correlation between lack of ice and the downward long-wave radiation, something they attributed primarily to cloudiness. Hence, clouds play a role, both in terms of influencing the albedo as well as trapping out-going heat. Francis & Hunter suggest that the changes in the long-wave radiation is stronger than the clouds’ modulation of the direct sunlight.
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In the past (IPCC TAR), sea-ice models were notorious for difficulties in providing realistic description. Part of the problem, however, may also be the coupling between the ocean and the atmosphere component. I do not know if these aspects are improved in the upcoming IPCC report, however, Francis & Hunter propose several factors that may affect the sea ice edge position, such as oceanic influences, river discharge, non-linear effects, temperature advection and wind, and find that they play different roles in different locations. <\/p>\n

The polar regions have white nights during summer with 24-hour sunshine (albeit at an angle) and 24-hour darkness during winter. The albedo feed-back of sea-ice can only be active during summer when there is sunlight to be reflected. The sea-ice extend also varies with seasons, with more open sea during summer and more ice covered area during winter. Furthermore, sea ice is pushed around by surface winds. Thus the effect of any change in the sea-ice extent may differ for different seasons. Less sea-ice during winter may cause more heat loss from open sea – however, at one point when the temperature drops sufficiently, ice will start to form again. Open sea may provide more favourable conditions for polar lows (storms). Cooling in the surface layer and mixing from wind exposure may furthermore affect oceanic currents and perhaps the deep water formation. During summer, the extra shortwave absorbtion is likely to dominate.<\/p>\n

Another interesting question is: How does the loss of sea-ice affect the ‘planetary heat engine’, when more heat escapes from high northern latitudes? If heat loss in the Arctic is enhanced as sea-ice retreats and uncovers a sea surface with higher skin temperature? This may be more than compensated for by a reduction in the albedo locally, as well as increased heat transport in the ocean\/atmosphere, or enhanced AGW. It is plausible that a ‘cloud-enhanced greenhouse effect’ in the Arctic may cancel part of the oceanic heat loss, and this effect is consistent with the findings of Francis & Hunter. Thus, enhanced cloudiness and associated increase in the downward long-wave radiation may act as an additional positive feed-back for the Arctic surface, in addition to the albedo-effect, whereas the additional heat loss acts like a negative feed-back. Although subtle, Francis & Hunter’s findings may have quite important implications for the planetary heat budget. <\/p>\n

\"Sea-icePositive feed-back processes taking place on a local scale, may give rise to larger local variations. In addition to the effect of wind-driven sea-ice, such feed-backs may explain the large local temperature anomalies and large natural variations in the Arctic. Another aspect, that sometimes also gets neglected, is the fact that the polar regions represent fairly ‘small’ regions in terms of degrees of freedom. Furthermore, temperature fluctuations tend to be fairly coherent over large parts (there is an anti-correlation in the see-saw structure associated with the NAO, however). Thus, profiles of zonal mean<\/a> values (the mean values of the measurements taken at a constant latitude ring around the planet) involves comparing long stretched areas near the equator to broad short regions near the poles (if the surface area is compensated for), but due to spatial correlation, this implies that the bands near the equator involve many more degrees of freedom than those near the poles. Such latitudinal profiles of zonal means are analogous to comparing mean values of different sample sizes (a bit like comparing daily values to monthly and annual means). The implication is that events such as the early century warming are not as significant as when the a warming of similar magnitude is seen in the zonal mean profile at lower latitudes.<\/p>\n


\nTraduit par Val\u00e9rie Masson Delmotte<\/small><\/p>\n

A partir de nouvelles observations satellitales, un article r\u00e9cent de Francis & Hunter<\/a>fournit une discussion int\u00e9ressante sur les raisons de la diminution actuelle de l’extension de glace de mer<\/a> (banquise) dans l’Arctique. On invoque souvent \u00e0 propos de la glace de mer<\/a> une r\u00e9troaction positive parce que la glace modifie l’alb\u00e9do plan\u00e9taire (la mani\u00e8re dont notre plan\u00e8te r\u00e9fl\u00e9chit le rayonnement solaire vers l’espace avant que cette \u00e9nergie n’entre dans “le syst\u00e8me climatique”). Pourtant, l’histoire est plus complexe, car la glace de mer agit \u00e9galement comme un couvercle isolant pos\u00e9 sur la surface de la mer.<\/p>\n

Certains effets sont subils, ainsi, la plan\u00e8te perd davantage de chaleur depuis les mers libres que depuis les zones couvertes de banquise (une partie de cette chaleur est absorb\u00e9e par l’atmosph\u00e8re, mais les r\u00e9gions englac\u00e9es ont un climat d’hiver plus continental : sec et froid). La perte de chaleur par l’oc\u00e9an d\u00e9pend bien sur de la temp\u00e9rature de surface de la mer (SST, acronyme de “Sea surface temperature”). Les mers libres sont aussi une source d’humidit\u00e9, par contraste avec les les zones de banquise (parce qu’elles sont froides, et non parce qu’elles sont s\u00e8ches); mais l’humidit\u00e9 atmosph\u00e9rique est aussi influenc\u00e9e par le transport d’humidit\u00e9 li\u00e9 aux vents (advection de vapeur d’eau). <\/p>\n

Francis & Hunter ont d\u00e9couvert une corr\u00e9lation positive entre le manque de glace de mer et le rayonnement infra-rouge incident, un ph\u00e9nom\u00e8ne qu’ils attribuent principalement \u00e0 l’effet de la n\u00e9bulosit\u00e9. Par cons\u00e9quent, les nuages jouent un r\u00f4le important, \u00e0 la fois en modifiant l’alb\u00e9do et \u00e9galement en pi\u00e9geant les pertes thermiques. Francis & Hunter sugg\u00e8rent que les changements de rayonnement infra-rouge sont plus importants que la modulation du rayonnement solaire incident par les nuages. <\/p>\n

Par le pass\u00e9 (IPCC TAR), les mod\u00e8les de la glace de mer \u00e9taient connues pour leurs difficult\u00e9s \u00e0 fournir des simulations r\u00e9alistes. Une partie du probl\u00e8me pourrait cependant provenir du couplage entre l’oc\u00e9an et la composante atmosph\u00e9rique. Je ne sais pas si ces aspects ont \u00e9t\u00e9 am\u00e9lior\u00e9s dans le prochain rapport IPCC; cependant, Francis & Hunter proposent plusieurs facteurs qui pourraient affecter la localisation du front de glace de mer, comme l’influence de l’oc\u00e9an, du d\u00e9bit des rivi\u00e8res, des effets non lin\u00e9aires, l’effet des vents et du transport de chaleur, et trouvent qu’ils jouent des r\u00f4les diff\u00e9rents en diff\u00e9rents endroits. <\/p>\n

Les r\u00e9gions polaires ont des nuits blanches en \u00e9t\u00e9 avec un ensoleillement 24h sur 24 (mais avec un angle rasant) et l’obscurit\u00e9 totale 24h sur 24 en hiver. La r\u00e9troaction d’alb\u00e9do de la glace de mer ne peut \u00eatre active qu’en \u00e9t\u00e9, o\u00f9 il y a du rayonnement solaire \u00e0 r\u00e9fl\u00e9chir. L’extension de glace de mer varie aussi selon les saisons, avec une zone d’eau libre plus \u00e9tendue en \u00e9t\u00e9 et une couverture de banquise plus large en hiver. Enfin, la glace de mer est d\u00e9plac\u00e9e par les vents de surface. Au final, l’effet de changements d’extension de glace de mer sera diff\u00e9rent selon les saisons. Une diminution d’extension de la glace de mer en hiver entra\u00eenera une perte de chaleur plus grande depuis l’oc\u00e9an libre – cependant, \u00e0 partir du moment o\u00f9 les temp\u00e9ratures chuteront suffisamment, il se formera \u00e0 nouveau de la glace. L’oc\u00e9an libre fournira aussi des conditions plus favorables \u00e0 la gen\u00e8se de d\u00e9pressions polaires (temp\u00eates). Le refroidissement de la couche de surface et le m\u00e9lange par l’exposition aux vents pourrait ensuite modifier les courants oc\u00e9aniques et peut-\u00eatre la formation des eaux profondes. En \u00e9t\u00e9, il est probable que c’est l’effet de l’augmentation de l’absorption de rayonnement de courte longueur d’onde qui va dominer.<\/p>\n

Une autre question int\u00e9ressante est la suivante : comment la perte de glace de mer peut-elle affecter la “machine thermique plan\u00e9taire”, quand davantage de chaleur est perdue aux hautes latitudes? Si la perte de chaleur dans l’Arctique est amplifi\u00e9e quand la glace de mer se r\u00e9duit et d\u00e9couvre une surface de la mer avec une temp\u00e9rature plus \u00e9lev\u00e9e? Ceci pourrait \u00eatre totalement contre-balanc\u00e9 par une diminution de l’alb\u00e9do local et par une augmentation du transport de chaleur par l’oc\u00e9an et l’atmosph\u00e8re, ou par une intensification de l’AGW. Il est probable qu’un “effet de serre amplifi\u00e9 par la n\u00e9bulosit\u00e9” dans l’Arctique pourrait supprimer une partie de la perte de chaleur par l’oc\u00e9an, et cet effet est coh\u00e9rent avec les conclusions de Francis & Hunter. Ainsi, l’augmentation de la n\u00e9bulosit\u00e9 et l’augmentation du rayonnement infra-rouge incident qui en r\u00e9sulte pourraient agir comme une r\u00e9troaction positive suppl\u00e9mentaire pour la surface de l’Arctique, en plus de l’effet d’alb\u00e9do, alors que la perte suppl\u00e9mentaire de chaleur agit comme une r\u00e9tro-action n\u00e9gative. Quoique subtiles, les r\u00e9sultats de Francis & Hunter ont des implications importantes pour le bilan de chaleur de notre plan\u00e8te.<\/p>\n

\"Sea-iceLes r\u00e9troactions positives qui ont lieu \u00e0 l’\u00e9chelle locale pourraient donner lieu \u00e0 des variations locales plus fortes. En plus de l’effet de la d\u00e9rive de la banquise sous l’effet des vents, de telles r\u00e9troactions pourraient expliquer les grandes anomalies locales de temp\u00e9rature et l’amplitude de la variabilit\u00e9 naturelle dans l’Arctique. Les r\u00e9gions polaires repr\u00e9sentent des r\u00e9gions relativement “petites” en terme de degr\u00e9s de libert\u00e9, une facette qui est souvent n\u00e9glig\u00e9e. De plus, les fluctuations de temp\u00e9rature montrent une bonne coh\u00e9rence sur de larges r\u00e9gions (il y a cependant une anti-corr\u00e9lation dans la structure en dent de scie associ\u00e9e \u00e0 la NAO, Oscillation Nord Atlantique). Les profils de moyennes zonales<\/a> (la valeur moyenne de mesures effectu\u00e9es par bandes de latitude autour du globe) int\u00e8grent la comparaison de zones tr\u00e8s \u00e9tendues autour de l’\u00e9quateur \u00e0 des zones plus resser\u00e9es pr\u00e8s des p\u00f4les (en tenant compte de la surface des diff\u00e9rents “anneaux”). A cause de la corr\u00e9lation spatiale, cependant, les bandes \u00e9quatoriales includent beaucoup plus de degr\u00e9s de libert\u00e9 que celles pr\u00e8s des p\u00f4les. De tels profils latitudinaux de moyennes zonales reviennent donc \u00e0 comparer des valeurs moyennes d’\u00e9chantillons de tailles diff\u00e9rentes (un peu comme comparer des valeurs journali\u00e8res \u00e0 des moyennes mensuelles ou annuelles). L’implication de cette analyse est que des \u00e9v\u00e8nements comme le r\u00e9chauffement du d\u00e9but du si\u00e8cle (dans l’Arctique) ne sont pas aussi significatifs qu’un r\u00e9chauffement de m\u00eame amplitude apparent dans un profil zonal aux latitudes plus basses.
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