Coupled ice‐ocean variability in the Greenland Sea

Abstract A major surface feature of the Greenland Sea during winter is the frequent eastward extension of sea ice south of 75°N and an associated embayment to the north. These features are nominally connected with the East Greenland Current, and both the promontory and the embayment are readily apparent on climatic ice charts. However, there are significant changes in these features on time‐scales as short as a few days. Using a combination of satellite microwave images (SSM/I) of ice cover, meteorological data and in situ velocity, temperature and salinity records, we relate the ice distribution and its changes to the developing structure and circulation of the upper ocean during winter 1988–1989. Our measurements illustrate the preconditioning that leads to convective overturn, which in turn brings warmer water to the surface and results in the rapid disappearance of ice. In particular, the surface was cooled to the freezing point by early December and the salinity then increased through ice formation (about 0.016 m d‐1) and brine rejection. Once the vertical density gradient was sufficiently eroded, a period of high heat flux (>300 W m‐2) in late January provided enough buoyancy loss to convectively mix the upper water column to at least 200 m. We estimate vertical velocities at about 3 cm s‐1 downward during the initial sinking. The deepening of the thermocline raised surface temperatures by over 1°C resulting in nearly 1.5 × 105 km2 of ice‐melt within two days. Average rates of ice retreat are about 11 km d‐1 southwestward, generally consistent with a wind‐driven flow. Comparison of hydrographic surveys from before and after the overturning indicate the fresh water was advected out of the area, possibly to the south and east of our moorings. Résumé Durant l'hiver, l'une des principales caractéristiques de surface de la mer du Groenland est l'extension fréquente ver l'est de la glace au sud de 75 °N avec un prolongement au nord. Ces caractéristiques sont essentiellement associées au courant d'est du Groenland, et tant l'extension que le prolongement sont facilement observés sur les cartes climatiques des glaces; cependant, elles ont des variations importantes sur des échelles de temps aussi courtes que quelques jours. A l'aide d'un ensemble d'images satellitaires à microondes (SSM/I) de la couverture glacielle, de données météorologiques, et de vélocités, températures et salinités sur place, on associe la distribution et les variations des glaces à la structure en développement et à la circulation de la couche supérieure de l'océan durant l'hiver 1988–1989. Nos mesures montrent le préconditionnement conduisant à un renversement convectif, qui à son tour amène de l'eau plus chaude à la surface et cause une disparition rapide des glaces. Par exemple, la surface était au point de congélation au début de décembre et la salinité a alors augmenté en raison de la formation de glace (environ 0,016 m d‐1) et du rejet de saumure. Une fois que le gradient vertical de la densité a été suffisamment érodé, une période de flux de chaleur (>300 W m‐2), tard en janvier, a fourni assez de perte de flottabilité pour mélanger convectivement la colonne supérieure d'eau jusqu' à au moins 200 m. On estime les vélocités verticales vers le bas à environ 3 cm s‐1 durant la subsidence initiale. L'épaississement de la thermocline a augmenté les températures de surface de plus de 1 °C, entraînant une fonte des glaces sur près de 1,5 × 105 km2 dans moins de deux jours. Les taux moyens de retraite des glaces sont d'environ 11 km d‐1 vers le sud‐ouest, ce qui est en accord avec un flux poussé par le vent. La comparaison de relevés hydrographiques avant et après le renversement montre que l'eau douce est transportée hors de la région, possiblement au sud et à l'est de notre encrage.