Role of the ice sheets in the climatic system: Interactions analysis between an Antarctic ice sheet model and a climate model
Rôle des calottes glaciaires dans le système climatique : Analyse des interactions entre un modèle de calotte de glace Antarctique et un modèle de climat
Résumé
The climatic system includes several components with different characteristic time scales (i.e. the atmosphere, the hydrosphere, the biosphere, the lithosphere and the cryosphere). The Antarctic ice-sheet represents the main contribution of the latter component. The south pole continent contains 70% of the fresh water supply of the Earth and 91% of the ice on Earth. If all the ice were melt, it would lead to a sea level rise of about 60 m. Within the content of global warming of the Earth, the polar regions are very sensitive. Observations by satellites show that the Antarctic continent is subjected to abrupt temperature changes which are likely to be induced by atmospheric greenhouse gases. This implies large ice collapses and a great acceleration of the ice flow, which then goes to the ocean. To better study the evolution of future climate, one can look in the past whether such collapses ever happened. The aim of this work is to study the interactions between climate and ice sheets, especially the Antarctic ice sheet. I have developed a coupling method between an Antarctic ice sheet model and a climate model of intermediate complexity, which was first coupled with a northern hemisphere ice sheet model. In the first part, I have tested this new tool to understand processes occurring during the last major collapse of northern and southern ice sheets (i.e. the last deglaciation, 21 kyr BP). In the second part, I have tried to evaluate the present and past climate sensitivities to external freshwater discharges delivered in sensitive areas of both the North Atlantic and the Southern oceans. The ice sheets seem sensitive to the climate forcing (insolation and CO2) and respond also to the climatic variability induced by ice melting itself. The Quaternary period is one of the rare period in the Earth history where such ice sheets were present. Studying the interactions of these ice sheets with the climate is therefore an important challenge, both for past and future climate investigations.
Le système climatique fait intervenir plusieurs composantes qui interagissent entre elles avec des constantes de temps très différentes, dont l'atmosphère, l'hydrosphère, la biosphère, la lithosphère et la cryosphère. L'Antarctique fait partie de cette dernière composante. Ce continent, situé au pôle Sud, contient 70% de l'eau douce de la planète et est constitué de 91% de glace qui, si elle fondait, représenterait une élévation du niveau de la mer d'environ 60 m. Dans le contexte du réchauffement climatique actuel, les régions des hautes latitudes se trouvent être les plus sensibles. Des observations par satellites montre que l'Antarctique enregistre actuellement des changements abrupts de températures liés probablement à l'augmentation des gaz à effet de serre de l'atmosphère. De plus, grâce aux forages, on peut remonter jusqu'à un climat vieux de 800 000 ans environ. Ceci peut se traduire par des débâcles de glace, de la taille d'un pays, dans l'océan et par l'accélération de l'écoulement de la glace, qui entraîne une vidange de la glace polaire dans l'océan. Une des pistes pour mieux appréhender le climat futur est de regarder si de tels événements ont déjà eu lieu dans le passé de la Terre en évaluant les relations liant les calottes polaires avec le climat, en particulier en ce qui concerne l'Antarctique. Nous avons développé une procédure de couplage entre un modèle de glace Antarctique et un modèle climatique, dit de complexité intermédiaire, précédemment couplé à un modèle de glace de l'hémisphère Nord. Nous avons d'abord testé notre nouveau modèle pour comprendre les processus de la dernière grande débâcle de calottes polaires Nord et Sud (i.e. la dernière déglaciation, il y a 21 000 ans). Dans une seconde partie, nous cherchons à évaluer la sensibilité du climat, actuel et passé à des perturbations majeures en eau douce dans des zones sensibles de l'océan austral et de l'océan Atlantique Nord. Les calottes de glace semblent à la fois répondre au forçage climatique (insolation et CO2 ) et participer à la variabilité climatique du climat lors de leur fonte partielle ou totale. La Quaternaire est une des rares périodes de l'histoire de la Terre où de telles calottes sont présentes. Etudier pour le passé ou le futur les interactions de ces calottes avec le climat est donc un défi important.