Energy balance of the intertidal zone of Western Hudson bay II: Ice‐dominated periods and seasonal patterns

Abstract

This study treats the energy balance during fast‐ice and floating‐ice conditions and examines overall seasonal patterns. The rate of ablation of the fast ice was controlled equally by net radiation and air temperature. The ratio of net/solar radiation increased 2.5 times during the ablation period owing to the decrease in ice albedo. Air temperature in the ablation zone was up to 8°C colder than that over the adjacent snow‐free terrestrial surface and remained near 0°Cfor the full ablation period. The sensible heat flux was small and downward (negative), whereas the evaporative heat flux was small and positive. Thus, the energy used in melting the ice was approximately equal to that provided by the net radiation. Above‐freezing air temperatures decreased the albedo through surface melting thus increasing net radiation. This combination of higher temperature and large net radiation was associated with offshore winds and resulted in large ablation relative to periods with colder onshore winds.

The floating‐ice period is one of great variability owing to changing ice conditions, variable current behaviour, tidal cycles and changing wind direction. The intertidal zone acts as a major heat sink, both early and late in the floating‐ice period. The turbulent heat fluxes were small and were either positive or negative. Nearly all of the energy from net radiation was used in melting ice and in warming tidal water during high tide and in warming the residual tidal ponds and in melting stranded ice rafts during low tide.

The overall study period, from May to September, included most of the season of positive radiation balance and above‐freezing temperatures. Winds were dominantly onshore in the first half of the period and equally onshore and offshore in the second half. Wind frequencies resembled longer term averages for other stations on James Bay and Hudson Bay. The ratio of net to solar radiation was at a maximum during the ice‐free period in August, whereas for adjacent terrestrial surfaces, it was largest at the summer solstice. Land‐sea breezes first developed in mid‐July and were influential in making offshore winds the dominant nocturnal regime. As a result, offshore winds were associated with small magnitudes of net radiation. Onshore winds were more than 5°C colder than those blowing offshore and their vapour pressure deficits were three times smaller. Convective heat fluxes were small for onshore winds and very small and usually negative for offshore winds. For all wind directions throughout the period, most of the available radiant energy was used to melt ice and to heat the sea water. This is a pattern similar to that of the ice‐covered or open sea and dissimilar to that of the adjacent terrestrial environment. It implies that the main energy‐balance transitions, during onshore airflow, occur at the high‐tide line.

Résumé

On examine la balance énergétique associée à la banquise côtière et à la glace flottante ainsi que les configurations saisonières en général. Le taux d'ablation de la banquise est contrôlé également par le bilan du rayonnement et la température de l'air. Le rapport bilan du rayonnement/rayonnement solaire augmente de 2,5 fois durant la période d'ablation en raison de la diminution de l'albédo de la glace. La température de l'air dans la zone d'ablation est jusqu’ à 8° C plus froide que celle au‐dessus des surfaces terrestres sans neige et reste près de 0° C pour toute la période d'ablation. Le flux de chaleur sensible est petit et descendant (négatif) alors que le flux d'evaporation est petit et positif. Il en résulte que l'énergie utilisée pour fondre la glace est approximativement égale à celle fourni par le bilan du rayonnement. Une température de l'air au‐dessus de 0°C diminue l’ albédo en raison de la fonte en surface, ce qui augmente le bilan du rayonnement. Cette ensemble, haute température et important bilan du rayonnement, est associée aux vents de terre et entraîne une forte ablation comparée aux périodes de vents du large plus froids.

La période de glace flottante est bien variable en raison des variations des conditions glacielles et du comportement du courant, des cycles de la marée et des changements de direction du vent. La zone intertidale est un puits thermique important, aussi bien tôt que tard dans la période. Les flux de chaleur turbulents sont petits et ou positifs ou négatifs. Presque toute l'énergie du rayonnement total est utilisée pour la fonte de la glace et pour le réchauffement des eaux de marée pendant la marée haute, et pour le réchauffement des étangs résiduels et pour la fonte des blocs de glace échoués à marée basse.

La période étudiée, de mai à septembre, comprend presque toute la saison de balance positive de rayonnement et de températures au‐dessus de 0°C. Les vents sont principalement du forge dans la première moitié de la période et autant de la terre que du large pendant la seconde. Les fréquences du vent sont semblables aux moyennes à long terme d'autres stations des baies James et Hudson. Le rapport bilan du rayonnement/rayonnement solaire est au maximum durant la période libre de glace en août, alors que pour les surfaces terrestres adjacentes, il est le plus grand au solstice d'été. Les brises de terre se développent à la mi‐juillet et influencent l'occurence de vents de terre pendant la nuit. Il en résulte que ces vents sont associés à de petites valeurs de bilan du rayonnement. Les vents du large sont plus froid de 5° C que ceux de terre et leurs déficits de vapeur d'eau sont trois fois plus petits. Les flux de chaleur convectifs sont petits pour les vents du large et très petits et habituellement négatifs pour les vents de terre. Pour toutes les directions du vent, la plupart de l'énergie rayonnante disponible est utilisée pour fondre la glace et pour chauffer l'eau du large. Cette configuration est semblable à la mer couverte ou libre de glace et différente de l'environnement terrestre voisin. Ceci implique que les pricipales transitions de la balance énergétique, pendant les vents du large, se passent à la ligne de marée haute.

Notes

Author for communication.