Transferências de energia em escala de floe de gelo marinho / oceânico na zona marginal de gelo

As zonas marginais de gelo são regiões onde flocos de gelo marinho individuais interagem mecanicamente e termodinamicamente com correntes oceânicas turbulentas em (sub-)escala mesoscópica. Trocas de momento, calor e salinidade em escala fina na interface entre o oceano e os flocos de gelo marinho têm efeitos importantes na energia do oceano superior, na mistura de traçadores sob o gelo e nas taxas de derretimento da camada de gelo. A dinâmica desses flocos em movimento permanece mal restringida, notavelmente devido ao desafio de resolver numericamente processos sub-mesoscópicos e modelar o comportamento discreto do gelo marinho em modelos climáticos tradicionais. Aqui, utilizamos Simulações de Grande Estrondo Oceânico (LES), acopladas bidirecionalmente a um Modelo de Elementos Discretos (DEM) de flocos de gelo marinho em forma de disco, para quantificar as transferências de energia cinética entre o oceano e o gelo marinho durante condições semelhantes ao verão, variando a concentração de gelo marinho e a distribuição de tamanhos dos flocos. O amortecimento das correntes oceânicas pelos flocos é considerado importante para uma concentração de gelo marinho tão baixa quanto 40%, quando os tamanhos dos flocos são comparáveis ao tamanho característico do redemoinho. Esse amortecimento é amplamente compensado pela geração de energia cinética devido à instabilidade baroclínica induzida pelo derretimento na borda dos flocos de gelo marinho, levando a um afundamento de energia líquida de aproximadamente 15%, em relação a uma simulação sem flocos. Em concentrações mais altas de gelo marinho, a produção de energia cinética oceânica enfraquece, enquanto a perda de energia devido ao amortecimento gelo/oceano e colisões entre flocos aumenta. Esses fluxos de energia são mediado pela agregação espacial de flocos de gelo marinho que ocorre nas regiões de alta tensão ao redor dos redemoinhos mesoscópicos do oceano. A agregação impulsionada por redemoinhos também pode reduzir a taxa de derretimento de flocos pequenos à medida que ficam protegidos de águas quentes por flocos vizinhos maiores. Esses resultados destacam a necessidade de parametrizações conscientes da escala, e especificamente em escala de floe de gelo, do gelo marinho e de seu acoplamento à turbulência oceânica, dentro de modelos climáticos globais.