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Variabilité saisonnière et interannuelle des eaux douces dans les mers arctiques : le cas de la baie d'Hudson

St-Laurent, Pierre (2010). Variabilité saisonnière et interannuelle des eaux douces dans les mers arctiques : le cas de la baie d'Hudson. Thèse. Rimouski, Québec, Université du Québec à Rimouski, Institut des sciences de la mer de Rimouski, 173 p.

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Résumé

RÉSUMÉ : Les mers arctiques sont caractérisées par la présence d'une couverture de glace, un grand apport des rivières et un bilan précipitation-évaporation positif qui les rendent peu salées par rapport au reste des océans, et enfin, un net export d'eau douce via le détroit de Fram et via l'Archipel arctique canadien. Des études récentes mettent en lumière la variabilité substantielle dans le contenu en eau douce de ces mers et dans leur export d'eau douce vers les mers nordiques et subarctiques. Le but de ce travail est de mieux comprendre les impacts de cette variabilité et les processus qui la contrôle. La thèse se concentre sur la baie d'Hudson, un grand bassin peu profond caractérisé par des eaux peu salées, une couverture glacielle saisonnière, et un grand apport saisonnier des rivières. Le corps de la thèse comporte trois chapitres dont les objectifs, méthode, et principaux résultats, sont soulignés dans les lignes suivantes. L'objectif du premier chapitre est d'examiner les impacts de la couverture glacielle saisonnière sur l'écoulement océanique. L'étude se concentre plus spécifiquement sur l'effet de la friction à l'interface glace-océan sur les courants de marée barotropes. L'analyse fait usage de nouvelles observations provenant de huit différents mouillages déployés avec succès durant un cycle saisonnier complet ou plus. Les relevés des instruments révèlent des variations saisonnières significatives dans le bassin de Foxe, le détroit d'Hudson, et la baie d'Hudson. Des séries temporelles pluriannuelles confirment la nature récurrente de cette variabilité saisonnière, et les simulations numériques d'un modèle 3-D océail-glace de mer confirment le rôle important joué par la friction océan-glace dans cette variabilité. Les régions du bassin où l'écoulement est le plus affecté sont identifiées. Le chapitre a été publié dans le Journal of Geophysical Research. L'objectif du second chapitre est d'examiner les processus contrôlant le devenir des eaux des rivières de la baie d'Hudson. Étant donné le peu de mesure disponibles hors de la courte période libre de glace, l'étude fait usage d'un modèle 3-D couplé océan-glace de mer réaliste dont les résultats sont cohérents avec les observations disponibles. Alors que la majeure partie des eaux des rivières est transportée par la circulation générale cyclonique, une proportion significative est détournée vers l'intérieur du bassin. La dynamique d'Ekman contrôle cet échange saisonnier des eaux des rivières entre la zone côtière et l'intérieur, en suivant la variabilité du rotationnel des contraintes appliquées à la surface de l'eau. Une expérience avec un traceur numérique confirme qu'un volume important d'eau des rivières est stocké dans l'intérieur, cette région pouvant agir tel un réservoir qui peut moduler de façon substantielle l'ex port d'eau douce vers les mers subarctiques situées en aval. Ce chapitre a été soumis au Journal of Marine Systems. L'objectif du troisième chapitre est d'examiner les processus contrôlant la variabilité interannuelle du stockage et de l'export de l'eau douce. Un modèle conceptuel d'une mer arctique est développé et appliqué au cas de la baie d'Hudson. Le modèle fait notamment usage de forçages hautement réalistes pour les rivières et les vents. Une simulation des 28 dernières années montre une variabilité interannuelle substantielle pour le stockage et l' export de l'eau douce. En accord avec de récentes observations de la mer de Beaufort, le stockage est contrôlé par les événements de pompage d'Ekman, et son évolution à long-terme est mise en relation avec la variabilité atmosphérique de grande-échelle (l'oscillation arctique). Les résultats du modèle sont comparés avec des observations historiques et d'autres présentées pour la première fois. De façon générale la simulation est cohérente avec ces observations. Le chapitre sera bientôt soumis à un journal revu par les pairs. -- ABSTRACT : 1 The Arctic seas are characterized by the presence of a sea ice cover, a large river input and a net precipitation rate that make them fresh relative to the rest of the ocean, and a net export of freshwater via Fram Strait and the Canadian Arctic Archipelago. Recent studies highlight the substantial variability in the freshwater content of these seas and in their freshwater export to the nordic and subarctic seas. The goal of this work is to better understand the controls and impacts of the variability in Arctic sea's freshwaters. The thesis specifically focuses upon Hudson Bay, a large and shallow basin characterized by low salinity waters, a seasonal ice cover, and a large seasonal river input. The body of the thesis has three chapters whose objective, method, and main results, are summarized in the following lines. The objective of the first chapter is to examine the impacts of the seasonal ice cover upon the ocean ftow. The study specifically focuses on what effect the friction against the sea ice cover has on the barotropic tidal currents. The analysis makes use of new observations collected from eight different moorings successfully deployed over one complete seasonal cycle or longer. The instrument records reveal significant seasonal variations in Foxe Basin, Hudson Strait, and Hudson Bay. Multi-year records confirm the recurrent nature of this variability, and numerical simulations with a 3-D sea ice-ocean coupled model confirm the definite role played by friction in this variability. Regions of the basin where the ftow is most affected are identified. The chapter was published in the Journal of Geophysical Research. The objective of the second chapter is to investigate the processes controlling the fate of the river waters of Hudson Bay. To circumvent the lack of year-round surveys of these waters, the study makes use of a highly realistic 3-D sea ice-ocean coupled model whose results are consistent with the available observations. Most of the river waters are found to be transported by the general cyclonic circulation although a significant fraction is diverted to the interior of the basin. Ekman dynamics control the seasonal cross-shore exchange of river waters, with a variability that follows the curI of the wind stress over the basin. A tracer experiment confirms that a significant volume of river water is stored in the interior. Thus, this area can act as a reservoir that can substantially modulate the amount of freshwater released downstream to the subarctic seas. The chapter has been submitted to the Journal of Marine Systems. The objective of the third chapter is to examine what controls the interannual variability in the storage and export of freshwater. A conceptual model of an Arctic sea is designed and applied to the case of Hudson Bay. Following the results from previous chapters and other studies, the model makes use of highly realistic forcing for the rivers and winds. A 1 Notez que les sections Résumé, Introduction Générale, et Conclusion Générale, sont présentées en anglais et en français dans la thèse. Dans toutes ces sections la version anglaise précède celle en français, le passage d' une langue à l'autre étant souligné par le symbôle ... hindcast simulation is conducted over the past 28 years and it shows substantial interannual variability in both storage and export of freshwater. In agreement with recent observations from the Beaufort Sea, the storage is controlled by Ekman pumping events, and its long-term evolution is related to the large-scale variability of the atmosphere (the Arctic Oscillation). The model results are compared to historical and previously unpublished observations, and the simulation is found consistent with the data. The chapter will soon be submitted to a peer-reviewed journal.

Type de document: Thèse ou Mémoire (Thèse)
Directeur de mémoire/thèse: Straneo, F.
Co-directeur(s) de mémoire/thèse: Dumais, J.-F. et Barber, D.G.
Informations complémentaires: Thèse présentée à l'Université du Québec à Rimouski comme exigence partielle du programme de doctorat en océanographie. Publié aussi en version papier.
Mots-clés: Eau Doux Oceanographie Baie Hudson Variabilite
Départements et unités départementales: Institut des sciences de la mer de Rimouski (ISMER) > Océanographie
Déposé par: DIUQAR UQAR
Date de dépôt: 22 sept. 2011 15:02
Dernière modification: 22 sept. 2011 15:02
URI: http://semaphore.uqar.ca/id/eprint/427

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