Journal Article Enhancing calculation of thin sea ice growth

10 ( 4 )  , pp.553 - 563 , 2016-12
ISSN:18739652
Description
The goal of the present study is to develop, generate, and integrate into operational practice a new model of ice growth. The development of this Sea Ice Growth Model for Arctic (SIGMA), a description of the theoretical foundation, the model advantages and analysis of its results are considered in the paper. The enhanced model includes two principal modifications. Surface temperature of snow on ice is defined as internal model parameter maintaining rigorous consistency between processes of atmosphere-ice thermodynamic interaction and ice growth. The snow depth on ice is naturally defined as a function of a local snowfall rate and linearly depends on time rather than ice thickness. The model was initially outlined in the Visible Infrared Radiometer Suite (VIIRS) Sea Ice Characterization Algorithm Theoretical Basis Document (Appel et al., 2005) that included two different approaches to retrieve sea ice age: reflectance analysis for daytime and derivation of ice thickness using energy balance for nighttime. Only the latter method is considered in this paper. The improved account for the influence of surface temperature and snow depth increases the reliability of ice thickness calculations and is used to develop an analytical Snow Depth/Ice Thickness Look up table suitable to the VIIRS observations as well as to other instruments. The applicability of SIGMA to retrieve ice thickness from the VIIRS satellite observations and the comparison of its results with the One-dimensional Thermodynamic Ice Model (OTIM) are also considered. The comparison of the two models demonstrating the difference between their assessments of heat fluxes and radical distinction between the influences of snow depth uncertainty on errors of ice thickness calculations is of great significance to further improve the retrieval of ice thickness from satellite observations.
この研究の目標は、氷成長の新しいモデルの運用に向けて開発、成長、統合することである。本論文では、北極海氷成長モデル(SIGMA)の理論的な基礎、利点および結果の分析を扱っている。強化されたモデルは、2つの主要な改良を含んでいる。氷の上に積もった雪の表面温度は、大気と氷の熱力学的相互作用の過程と氷成長の正確な一致を維持する内部モデルパラメーターとして決定された。その地点の積雪深は、通常、氷の厚さではなく、降雪速度と時間によって決定される。昼間の反射率の解析と夜間におけるエネルギー・バランスを用いた氷の厚さの関係という海氷年齢を求めるための2つの手法を含む可視赤外放射計(VIIRS)海氷特性理論モデル基礎資料(Appel他、2005)において、このモデルの概要が説明されている。本論文では後の方法だけ考慮している。表面温度と積雪深の影響の解釈を改善することにより、氷厚計算の信頼性が増加した。さらにそれは他の観測装置と同様に、VIIRSによる観測にも適した解析的な積雪深と氷厚のルックアップテーブルの改良に繋がった、VIIRS衛星観察から氷厚を観測するSIGMAの適用可能性、及び氷に関する一次元の熱力学モデル(OTIM)が本論文で検討された。熱フラックスの評価と、積雪深の不確実さの氷厚計算に対するエラーの影響の相違についての2つのモデルの比較を行なった。これは、衛星による氷厚観測の改善に重要である。

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