Differential Sea-Ice Drift. I. Spatial and Temporal Variations in Sea-Ice Deformation

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Abstract
Measurements of mesoscale sea-ice deformation over a region approximately 20 km in diameter were carried out over a five-week period in the spring of 1972 at the main AIDJEX camp in the Beaufort Sea. They have been analyzed to determine non-linearities in the ice velocity field (due to the discrete small-scale nature of the ice pack), as well as a continuum mode of deformation represented by a least-squares strain-rate tensor and vorticity. The deformation-rate time series between Julian day 88 and 112 exhibited net areal changes as large as 3% and deformation rates up to 0.16% per hour. In the principal axis co-ordinate system, the strain-rate typically exhibited a much larger compression (or extension) along one axis than along the other. Persistent cycles at ≈ 12 h wavelengths were observed in the divergence rate. A comparison of the average residual error with the average strain-rate magnitude indicated that strains measured on a scale of 10 km or greater can serve as a valid measure of the continuum motion of the sea ice. This conclusion is also substantiated by a comparison between the mesoscale deformation, and macroscale deformation measured over a ≈ 100 km diameter region. Regarding pack-ice rotation, vorticity calculations indicate that at low temporal frequencies (0.02 h−1), the whole mesoscale array rotates essentially as an entity and consequently the low-frequency vorticity can be estimated accurately from the rotation of a single floe. Des mesures à échelle moyenne de la déformation de la glace de mer dans une région d’approximativement 20 km de diamètre, ont été conduites au long d’une période de cinq semaines, au printemps 1972, au camp principal AIDJEX, dans la mer de Beaufort. Elles ont été analysées pour déterminer les accidents non-linéaires dans le champ des vitesses de la glace (en raison de la nature discrete, à petite échelle, de la banquise), aussi bien que le mode continu de la déformation représenté par un tenseur de contraintes déterminé par la méthode des moindres carrés, et une vorticité. Les séries temporelles de vitesse de déformation entre les jours 88 et 112 du calendrier Julien, ont montré de nets changements dans l’espace allant jusqu’à 3%, et des vitesses de déformation allant jusqu’à 0,16% par heure. Dans le système de coordonnées des axes principaux, l’état des contraintes montre typiquement une compression (ou une traction) beaucoup plus forte le long d’un des axes que le long de l’autre. Des cycles permanents avec des périodicités d’environ 12 heures, ont été observés dans les rythmes de divergence. Une comparaison de l’erreur résiduelle moyenne avec le grandeur moyenne des contraintes, indique que les efforts mesurés à une échelle de 10 km ou plus peuvent constituer une mesure valable du mouvement continu de la glace de mer. Cette conclusion est également confirmée par une comparaison entre la déformation à échelle moyenne et la déformation à grande échelle mesurée sur une région de 100 km de diamètre. Au regard de la rotation de la banquise, les calculs de vorticité indiquent qu’à de faibles fréquences dans le temps (0,02 h−1), l’ensemble d’un système à moyenne échelle tourne comme un tout et que par conséquent, la vorticité à basse fréquence peut retre estimée avec précision à partir de la rotation d’un seul glaçon. Während einer Periode von 5 Wochen im Erühling 1972 wurden im Hauptlager von AIDJEX im Meereis der Beaufort-See Deformationsmessungen mittleren Masstabes über einem Gebiet mit etwa 20 km Durchmesser ausgeführt. Sic wurden zur Bestimmung der Nicht-Linearität im Felde der Eisgeschwindigkeit, hervorgerufen durch die diskrete, klcinräumige Packung des Eises, aber auch des kontinuierlichen Deformationsverhaltens, dargestellt durch einen ausgeglichenen Spannungstensor und die Wirbelbildung, herangezogen. Die Zeitreihen der Verformuungsgeschwindigkeit zwischen den Kalendertagen 88 und 112 ergaben Netto-Flächenänderungen bis zu 3% und Verformungsgeschwindigkeiten bis zu 0,16% pro Stunde. Im Koordinatensystem der Hauptachsen bewirkte die Spannungsverteilung typisch eine weit grössere Kompression (oder Dehnung) längs einer Achse gegenüber der anderen. In der Divergenzgeschwindigkeit wurden regelmässige Zyklen von etwa 12 Stunden Wellenlänge beobachtet. Ein Vergleich zwischen dem mittleren Restfehler und der mittleren Grösse der Verformungsgeschwiudigkeit zeigte, dass Spannungsmessungen über Strecken von 10 km oder mehr als gültiger Masstab für die kontinuierliche Bewegung des Meereises dienen können. Dieser Schluss wird auch durch einen Vergleich zwischen der mittelmasstäbigen Verformung und der grossmasstäbigen Verformung, gemessen über cinem Gebiet mit ca. 100 km Durchmesser, gestützt. Was die Rotation des Packeises betrifft, so ergibt sich aus Berechnungen der Wirbelbildung, dass der ganze mittelgrosse Bereich bei niedrigen zeitlichen Frequenzen (0.02h−1) im wesentlichen als Einheit rotiert. Infolgedessen kann die niederfrequente Wirbelbildung aus der Rotation einer einzelnen Scholle genau abgeschätzt werden.

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