Tracing freshwater anomalies through the air‐land‐ocean system: A case study from the Mackenzie river basin and the Beaufort Gyre

Abstract

Mackenzie River discharge was at a record low in water year (WY) 1995 (October 1994 to September 1995), was near average in WY 1996, and was at a record high in WY 1997. The record high discharge in WY 1997, with above average flow each month, was followed by a record high flow in May 1998, then a sharp decline. Through diagnosing these changing flows and their expression in the Beaufort Sea via synthesis of observations and model output, this study provides insight into the nature of the Arctic's freshwater system. The low discharge in WY 1995 manifests negative anomalies in P‐E and precipitation, recycled summer precipitation, and dry surface conditions immediately prior to the water year. The complex hydrograph for WY 1996 reflects a combination of spring soil moisture recharge, buffering by rising lake levels, positive P‐E anomalies in summer, and a massive release of water held in storage by Bennett Dam. The record high discharge in WY 1997 manifests the dual effects of reduced buffering by lakes and positive P‐E anomalies for most of the year. With reduced buffering, only modest P‐E the following spring led to a record discharge in May 1998. As simulated with a coupled ice‐ocean model, the record low discharge in WY 1995 contributed to a negative freshwater anomaly on the Mackenzie shelf lasting throughout the winter of 1995/96. High discharge from July–October 1996 contributed approximately 20% to a positive freshwater anomaly forming in the Beaufort Sea in the autumn of that year. The remainder was associated with reduced autumn/winter ice growth, strong ice melt the previous summer, and positive P‐E anomalies over the ocean itself. Starting in autumn 1997 and throughout 1998, the upper ocean became more saline owing to sea‐ice growth.

Résumé

[Traduit par la rédaction] Le débit du fleuve Mackenzie a connu un minimum record durant l'année hydrologique (AH) 1995 (octobre 1994 à septembre 1995), il était près de la moyenne durant l'AH 1996 et il a connu un maximum record durant l'AH 1997. Le débit maximum record de l'AH 1997, avec des débits au‐dessus de la moyenne à tous les mois, a été suivi d'un débit maximum record en mai 1998, puis d'une diminution prononcée. En diagnostiquant ces débits changeants et leurs effets dans la mer de Beaufort par le biais d'une synthèse d'observations et de sorties de modèle, cette étude donne un aperçu des caractéristiques du réseau d'eau douce de l'Arctique. Le faible débit de l'AH 1995 est le résultat d'anomalies négatives dans l'indice P‐E et dans les précipitations de même que des précipitations estivales recyclées et des conditions de surface sèches immédiatement avant l'année hydrologique. L'hydrogramme complexe pour l'AH 1996 est dû à une combinaison de la reconstitution printanière de l'humidité du sol, du stockage d'eau par la hausse du niveau des lacs, d'anomalies positives de l'indice P‐E en été et du relâchement d'une importante quantité d'eau qui était retenue par le barrage Bennett. Le débit maximum record de l'AH 1997 reflète le double effet d'un stockage moindre par les lacs et d'anomalies positives de l'indice P‐E durant la majeure partie de l'année. En raison du stockage réduit, le faible indice P‐E le printemps suivant a donné lieu à un débit record en mai 1998. Comme cela a été simulé à l'aide d'un modèle couplé glace‐océan, le débit minimum record de l'AH 1995 a contribué à une anomalie négative d'eau douce sur le plateau du Mackenzie qui a perduré durant tout l'hiver 1995/1996. Un débit élevé de juillet à octobre 1996 a contribué dans une mesure d'environ 20 % à une anomalie positive d'eau douce qui est apparue dans la mer de Beaufort à l'automne de cette année. Le reste a été attribué à une croissance réduite de la glace en automne et en hiver, à une fonte intense l'été précédent et à des anomalies positives de l'indice P‐E au‐dessus de l'océan même. À partir de l'automne 1997 et durant tout 1998, la salinité de la couche supérieure de l'océan a augmenté à cause de la croissance de la glace de mer.

Notes

Corresponding author's e‐mail: [email protected]