Circulation and Hydrography of Canada's Coastal and Inland Waters

PREFACE

Circulation and Hydrography of Canada's Coastal and Inland Waters

Canada has the longest coastline in the world, with vast continental shelves in the Atlantic, Arctic and Pacific, as well as huge inland freshwater systems across its continent. The coastal and inland waters have diverse ecosystems and ample resources that are vital to Canadians. Monitoring, understanding and predicting the physical variability and trends in Canada's coastal and inland waters have long been priorities for Fisheries and Oceans Canada, Environment Canada and Canadian academia. The demand for knowledge of the physical environment in coastal and inland waters is even more compelling under a changing climate in response to both natural and anthropogenic forcing. There are numerous issues related to the physical environment of coastal and inland waters, such as climate change impacts, aquaculture, pollution and transportation. Every year, the Congress of the Canadian Meteorological and Oceanographic Society (CMOS) hosts a theme session “Coastal Oceanography and Inland Waters,” with overwhelming contributions and interest from Canadian oceanographers and limnologists. This special section includes five research papers focused on circulation and hydrography. They were originally presented as part of the Coastal Oceanography and Inland Waters session at the 44^th CMOS Congress held in Ottawa in June 2010.

Placentia Bay is located off the south coast of Newfoundland and is host to diverse marine ecosystems, viable commercial fisheries, emerging aquaculture and heavy marine traffic including oil tankers. Because of the heavy marine traffic, the risk of oil spills is high in Placentia Bay. Ma et al. (2012) developed a three-dimensional baroclinic circulation model for Placentia Bay. They showed that the model is able to simulate tides accurately and sub-tidal sea level and currents approximately. The model reproduces well the vertical structure of temperature, the temporal evolution of stratification and the coastal upwelling, which are important physical features having significant implications for the survival and growth of fish larvae in the bay.

The Bay of Fundy has the largest tidal range in the world. This large tidal range always plays a role in flooding events along its coastal region. Greenberg et al. (2012) showed that the tidal range is increasing in the Bay of Fundy, because of the rise in mean sea level in response to climate change. They predicted that the compounding effects of mean sea level rise and the increase in tidal range will lead to a drastic increase in flood risk in the twenty-first century.

The eastern Canadian Shelf is located in the western boundary confluence zone of the North Atlantic between the subpolar and subtropical gyres. The circulation and hydrography in this large shelf system is predominately influenced by the Labrador Current as part of the subpolar gyre and the Gulf Stream and the North Atlantic Current. Urrego-Blanco and Sheng (2012) investigated the main physical processes governing the interannual variability of circulation using a coupled ice–ocean model. They found varying mechanisms underlying the interannual variability for different regions (e.g., dominant advective effects of high-latitude variability over the Labrador and northern Newfoundland shelves and strong influences of the Gulf Stream in the Slope Water region off Nova Scotia).

The Discovery Islands are located between the British Columbia mainland and Vancouver Island. The region, with its numerous fjords and narrow channels, is characterized by strong tidal currents and prominent wind-driven and freshwater-driven flows. With the development of the salmon aquaculture in the region, there is an increasing need to understand the circulation patterns that affect the dispersion of organisms and pollutants. Foreman et al. (2012) developed a three-dimensional model for this region. The simulation for April 2010 produces accurate tidal elevations and approximate surface tidal currents. It shows that the tidal residual is significant in the mean current, but the wind-driven component is not. The model produced numerous residual and transient eddies that may have important implications for retention of organisms and pollution.

Great Bear Lake, which crosses the Arctic Circle, is one of the polar lakes that are highly sensitive to climate change. Rao et al. (2012) simulated the physical processes affecting the lake temperature and stratification and assessed the climate change impacts on them during the ice-free period using a three-dimensional hydrodynamic model. It predicts an increase in the surface temperature of 0.5° to 2^oC between the 1970–2000 base climate and the 2041–70 warming climate. The increase appears to result mainly from the changes in the air–lake temperature gradient and the wind speeds in the warming climate.

Finally, I would like to thank guest editors Jinyu Sheng and Yerubandi R. Rao, the authors, reviewers and staff of Atmosphere-Ocean and Taylor & Francis for their contributions to this special section.

Guoqi Han*

Atmosphere-Ocean, Editor

*Fisheries and Oceans Canada

St. John's, Newfoundland, Canada

Cover Page:

Model surface circulation and temperature (^oC) fields in Placentia Bay and the adjacent Newfoundland Shelf at (a) 18:00 24 April and (b) 00:00 15 June 1999. The corresponding close-ups for the bay area are shown in (c) and (d). The wind magnitude and direction (blue arrow) are also shown (Ma et al. (2012), their Fig. 9).

PRÉFACE

Circulation et hydrographie des eaux côtières et intérieures du Canada

Le Canada possède la plus longue ligne de côte du monde, avec de vastes plateaux continentaux dans l'Atlantique, l'Arctique et le Pacifique ainsi que d'immenses systèmes intérieurs d'eau douce dans sa partie continentale. Les eaux côtières et intérieures abritent divers écosystèmes et d'immenses ressources qui ont une importance vitale pour les Canadiens. Surveiller, comprendre et prévoir la variabilité physique et les tendances dans les eaux côtières et intérieures canadiennes constituent depuis longtemps des priorités pour Pêches et Océans Canada, Environnement Canada et les milieux universitaires canadiens. Les connaissances sur l'environnement physique dans les eaux côtières et intérieures sont plus en demande que jamais dans le contexte d'un changement climatique résultant d'un forçage tant naturel qu'anthropique. De nombreux enjeux sont liés à l'environnement physique des eaux côtières et intérieures, comme les répercussions du changement climatique, l'aquaculture, la pollution et les transports. Chaque année, la Société canadienne de météorologie et d'océanographie (SCMO) organise une session sur le thème « Océanographie côtière et eaux intérieures », qui suscite un intérêt débordant et attire de nombreuses contributions de la part des océanographes et des limnologistes canadiens. Cette section spéciale comprend cinq articles de recherche portant sur la circulation et l'hydrographie. Ils ont été initialement présentés dans le cadre de la session Océanographie côtière et eaux intérieures au 44^e Congrès de la SCMO tenu à Ottawa en juin 2010.

La baie Placentia est située sur la côte sud de Terre–Neuve et abrite divers écosystèmes marins, des pêcheries commerciales viables, une aquaculture en émergence et un trafic maritime important, notamment des pétroliers. En raison du lourd trafic maritime, les risques de déversement d'hydrocarbure sont élevés dans la baie Placentia. Ma et coll. (2012) ont mis au point un modèle tridimensionnel de la circulation baroclinique pour la baie Placentia. Ils ont montré que le modèle est capable de simuler les marées avec précision et de fournir une approximation des courants et des niveaux de la mer durant les cycles de plus d'un jour. Le modèle reproduit bien la structure verticale de la température, l’évolution temporelle de la stratification et les remontées d'eau côtières, qui sont des caractéristiques physiques importantes pouvant influencer de façon marquée la survie et la croissance des larves de poissons dans la baie.

La baie de Fundy connaît la plus grande amplitude de marées du monde. Cette grande amplitude des marées a toujours un rôle à jouer dans les événements d'inondation le long de ses côtes. Greenberg et coll. (2012) ont montré que l'amplitude des marées augmente dans la baie de Fundy par suite de l’élévation du niveau moyen de la mer en réponse au changement climatique. Ils ont prédit que les effets composés de l’élévation du niveau moyen de la mer et l'augmentation de l'amplitude des marées provoquera un accroissement radical des risques d'inondation au cours du XXI^e siècle.

L'est du plateau continental canadien est situé à la limite ouest de la zone de confluence de l'Atlantique Nord entre les gyres subpolaire et subtropical. La circulation et l'hydrographie dans ce grand système de plateau continental sont principalement influencées par le courant du Labrador en tant que partie du gyre subpolaire et par le Gulf Stream et le courant de l'Atlantique Nord. Urrego-Blanco et Sheng (2012) ont étudié les principaux processus physiques qui sont à l'origine de la variabilité interannuelle de la circulation à l'aide d'un modèle glace–océan couplé. Ils ont trouvé des mécanismes différents pour expliquer la variabilité interannuelle dans différentes régions (p. ex. des effets d'advection dominants pour la variabilité dans les hautes latitudes au-dessus des plateaux continentaux du Labrador et du nord de Terre–Neuve et de fortes influences du Golf Stream dans la région du talus continental au large de la Nouvelle–Écosse).

Les îles Discovery sont situées entre la partie continentale de la Colombie–Britannique et l’île de Vancouver. La région, avec ses nombreux fjords et ses détroits serrés, est caractérisée par de forts courants de marée et des flux intenses engendrés par le vent et l'eau douce. Avec le développement de la salmoniculture dans la région, il est de plus en plus important de comprendre les configurations de circulation qui régissent la dispersion des organismes et des polluants. Foreman et coll. (2012) ont mis au point un modèle tridimensionnel pour cette région. La simulation pour avril 2010 produit des élévations de marée précises et fournit une approximation des courants de marée en surface. Elle montre que le résidu de marée est important dans le courant principal mais que la composante produite par le vent ne l'est pas. Le modèle a produit de nombreux résidus et tourbillons transitoires qui peuvent avoir une influence importante sur la rétention des organismes et de la pollution.

Le Grand lac de l'Ours, que traverse le cercle arctique, est l'un des lacs polaires particulièrement sensibles au changement climatique. Rao et coll. (2012) ont simulé les processus physiques ayant une influence sur la température et la stratification du lac et ont évalué les répercussions du changement climatique sur ces lacs durant la période interglacielle au moyen d'un modèle hydrodynamique tridimensionnel. Celui-ci prévoit une augmentation de la température en surface de 0,5 à 2 °C entre le climat de base de 1970–2000 et le climat en réchauffement de 2041–2070. L'augmentation semble principalement résulter des changements dans le gradient de température air–lac et les vitesses du vent dans le climat en réchauffement.

En terminant, je voudrais remercier les directeurs scientifiques invités Jinyu Sheng et Yerubandi R. Rao, les auteurs, les réviseurs et le personnel d’Atmosphere–Ocean ainsi que Taylor & Francis pour leur participation à cette section spéciale.

*Guoqi Han

Directeur scientifique, Atmosphere-Ocean

*Pêches et Océans Canada

St. John's, Terre–Neuve, Canada

Page couverture :

Champs de circulation et de température (°C) en surface du modèle dans la baie Placentia et au-dessus du plateau continental terre-neuvien adjacent à (a) 18:00 le 24 avril et (b) 00:00 le 15 juin 1999. Les plans rapprochés correspondants pour la région de la baie apparaissent en (c) et (d). La grandeur et la direction du vent (flèches bleues) sont également indiquées (Ma et coll. (2012), leur fig. 9).

Références: voir page 242