Static Stability of the Troposphere Over the Southeastern Beaufort Sea–Amundsen Gulf Region of the Western Maritime Arctic

Abstract

The characterization of the static stability of the troposphere over the western maritime Arctic remains limited in spite of its significance to both atmospheric thermodynamics and dynamics. Field observations of microwave radiometric temperature profiles from the International Polar Year, Circumpolar Flaw Lead System Study (late November 2007 to mid-July 2008) and the ArcticNet field campaign (mid-July to early November 2009) provided a unique opportunity to characterize the static stability of the troposphere over the southeastern Beaufort Sea–Amundsen Gulf region. Notably, the monthly median atmospheric boundary layer (<2000 m) static stability profile for April and the profile for May clearly revealed an inversion elevated above a thermal internal boundary layer, whereas the median summer static stability profiles had very strong surface-based inversions. These profiles have been linked to the seasonal evolution of sea-ice cover in Amundsen Gulf. The monthly static stability profiles for the free atmosphere (2000–10,000 m) revealed an annual cycle. The average static stability of the lower troposphere (2000–5000 m) had a minimum of 3.3 ± 0.5 K km⁻¹ in July and a maximum of 4.5 ± 0.5 K km⁻¹ in January and February. In the upper troposphere (>5000–8000 m), the average static stability had a minimum of 2.9 ± 0.6 K km⁻¹ in June and August and a maximum of 5.3 ± 0.8 K km⁻¹ in January. The monthly median heights of the tropopause also had an annual cycle. The maximum of 9750 m occurred in June, July, and August. The minimum tropopause height of 8000 m occurred in December, January, and March. The seasonal cycles of static stability in the free atmosphere and the seasonal cycle in the height of the tropopause can be attributed to regional as well as synoptic-scale forcing. This analysis will contribute to the understanding of the thermodynamics and dynamics of a data-sparse region of the Arctic by providing a “snapshot” of the state of the atmosphere through a composite annual cycle.

Résumé

[Traduit par la rédaction] La caractérisation de la stabilité statique de la troposphère au-dessus de l'Arctique maritime de l'ouest reste limitée malgré son importance quant à la dynamique et à la thermodynamique de l'atmosphère. Des profils de températures mesurées sur le terrain, à l'aide de radiomètres hyperfréquences, dans le cadre de l'Année polaire internationale, de l’Étude sur le chenal de séparation circumpolaire (fin novembre 2007 à la mi-juillet 2008) et de la campagne de mesure du réseau ArcticNet (mi-juillet au début novembre 2009), ont fourni une occasion unique de caractériser la stabilité statique de la troposphère dans la région que forment le golfe Amundsen et le sud-est de la mer de Beaufort. Notamment, le profil médian mensuel de stabilité statique de la couche limite atmosphérique (<2000 m) d'avril et celui de mai révèlent sans équivoque une inversion au-dessus de la couche limite thermique interne, tandis que les profils médians estivaux de stabilité statique comportent une très forte inversion en surface. Ces profils ont été liés à l'évolution saisonnière de la couverture de glace marine dans le golf Amundsen. Les profils mensuels de stabilité statique de l'atmosphère libre (2000 à 10 000 m) montrent un cycle annuel. La stabilité statique moyenne de la basse troposphère (2000 à 5000 m) atteint un minimum de 3,3 ± 0,5 K km⁻¹ en juillet et un maximum de 4,5 ± 0,5 K km⁻¹ en janvier et en février. Dans la haute troposphère (>5000 à 8000 m), la stabilité statique moyenne atteint un minimum de 2,9 ± 0,6 K km⁻¹ en juin et en août, et un maximum de 5,3 ± 0,8 K km⁻¹ en janvier. La hauteur médiane mensuelle de la tropopause suit aussi un cycle annuel. Le maximum de 9750 m survient en juin, juillet et août. La valeur minimale de la hauteur de la tropopause, 8000 m, survient en décembre, janvier et mars. Les cycles saisonniers de la stabilité statique dans l'atmosphère libre et le cycle saisonnier de la hauteur de la tropopause peuvent être attribués à des forçages d’échelles régionale et synoptique. Cette analyse contribuera à la compréhension de la dynamique et de la thermodynamique d'une région de l'Arctique où les données sont rares, en fournissant un aperçu de l’état de l'atmosphère à l'aide d'un cycle annuel recomposé.

KEYWORDS:

• Arctic troposphere
• microwave radiometry
• static stability

Acknowledgement

This work is a contribution to the Arctic Science Partnership (ASP).

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the authors.