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An Analysis Of Ice Profiles Obtained By Submarine Sonar In The Beaufort Sea

Published online by Cambridge University Press:  20 January 2017

P. Wadhams
Affiliation:
Scott Polar Research Institute, University of Cambridge, Cambridge CB2 1ER, England
R. J. Horne
Affiliation:
Scott Polar Research Institute, University of Cambridge, Cambridge CB2 1ER, England
Rights & Permissions [Opens in a new window]

Abstract

A profile of the ice cover in the southern Beaufort Sea was obtained by the submarine U.S.S. Gurnard in April 1976, using a narrow-beam upward-looking sonar. The 1 400 km profile consisted of three legs, of which the long south-north and east-west legs intersected near the Caribou camp of the AIDJEX experiment. A statistical analysis was carried out over contiguous 50 km sections to yield probability-density functions of the drafts of ice and of level ice, the distributions of keel spacings and drafts, and the frequencies and widths of leads. Two distinct types of ice cover were found in the profile. The first, nearest the coast in the south and west of the experimental area, consisted of heavily ridged ice with mean drafts of up to 5.1 m. The rest of the track (1 200 km) consisted of a homogeneous ice cover with a mean draft of 3.7 m. The percentage of thin ice varied greatly from section to section, with a range of 0.4 to 12.3% for ice of 0–1 m draft. Level ice, defined as ice with a local gradient of less than 1 in 40, made up 56% of the homogeneous cover, with a preferred draft of 2.7 to 2.9 m. Keel spacings obeyed a negative exponential distribution, with a deficit at small spacings due to a keel shadowing effect and a surfeit at very large spacings due to the contribution of polynyas. The draft distribution of keels was a negative exponential of form , with B and b as parameters. This differs from the distribution of Hibler and others (1972), probably because the narrow beam records a complex structure for every keel. The homogeneous cover had a lower keel frequency and mean draft than the ice nearest the coast. Maximum keel draft was 31.12 m. The average separation of leads was 212 m, with almost all leads being less than 50 m in width.

Résumé

Résumé

Un profil de la couverture de glace du sud de la mer de Beaufort a été obtenu par le sous-marin U.S.S. Gurnard en avril 1976 en utilisant un sonar dirigé vers le haut à faisceau étroit. Les 1 400 km de profil se composent de trois branches dont les longues branches sud-nord et est-ouest se coupent près du camp Caribou de l9expérience AIDJEX. On a pratiqué une analyse statistique sur des sections contigües de 50 km pour obtenir les fonctions de densité de probabilité des tirants d9eau de glace et des glaces à fond plat, les distributions des espacements entre crêtes de pression sous-glace et des tirants d9eau, et les fréquences et la largeur des chenaux. On a trouvé deux types distincts de couverture de glace dans le profil. La première, la plus proche de la côte dans le sud et dans l’est de la zone explorée consistait en une glace fortement plissée avec des tirants moyens d’eau de plus de 5,1 m. Le reste de l'itinéraire (1 200 km), consistait en une couverture de glace homogène avec des tirants moyens de 3,7 m d'épaisseur. Le pourcentage de glace mince variait beaucoup d'une section à l’autre avec une proportion allant de 0,4 à 12,3% pour la glace de o à I m d'epaisseur. La glace à fond plat, définie comme ayant moins de 1% en pente locale de 2,5%, constitue plus de 56% de la couverture homogène avec un tirant privilégiée de 2,7 à 2,9 m. Les espacements des crêtes de pression sous-glace obéissent à une distribution exponentielle négative avec un déficit pour les petits espacements dû à un effet d’ombre des crêtes, et un excès des très larges espacements dûs à la contribution des polynias. La distribution des tirants des crêtes était une exponentielle négative de la forme: , avec B et b comme paramètres. Ceci diffère de la distribution de Hibler and others (1972) probablement parce que le faisceau étroit donne une structure complexe pour chaque crête de pression sous-glace. La couverture homogène a une plus faible fréquence de crêtes et une plus faible épaisseur moyenne que la glace la plus proche de la côte. Le tirant le plus grande d'unc crête a 31,12 m. La séparation moyenne entre les chenaux est de 212 m, presque toutes les chenaux étant moindres que 50 m en largeur.

Zusammenfassung

Zusammenfassung

Von dem Unterseeboot U.S.S. Gurnard wurde im April 1976 mit einem eng gebündelten, aufwärts gerichteten Sonar-System ein Profil der Eisdecke in der südlichen Beaufort-See aufgenommen. Das 1 400 km lange Profil bestand aus 3 Teilstücken, von denen die beiden langen, von Süd nach Nord und von Ost nach West gerichteten, sich nahe dem Caribou Camp des AIDJEX-Experiments kreuzten. Für Sektionen von je 50 km wurde eine statistische Analyse durchgeführt, mit dem Ziel, wahrscheinliche Dichteverteilungen für Eisrücken und flaches Eis, für die Abstände und Richtungen von Eiskielen sowie für die Häufigkeit und Grösse von offenen Rinnen zu gewinnen. Zwei unterschiedliche Eisdeckentypen wurden in dem Profil festgestellt. Der erste, zunächst der Küste im Süden und Westen des Untersuchungsgebietes, bestand aus stark zerfurch-tem Eis mit einem mittleren Tiefgang bis zu 5,1 m. Der Rest der Strecke (1 200 km) trug eine homogene Eisdecke mit einem mittleren Tiefgang von 3,7 m. Der Anteil dünnen Eises schwankte stark von Sektion zu Sektion, mit einem Bereich zwischen 0,4 und 12,3% für Eis mit 0–1 m Tiefgang. Flaches Eis, definiert als Eis mit einem Gefälle von weniger als 1 : 40, nahm 56% der homogenen Decke ein, wobei der Tiefgang meist 2,7–2,9 m betrug. Die Kielabstände folgten einer negativen Exponential-Verteilung mit einem Defizit bei kleinen Abständen infolge eines Verdeckungseffektes und einem Überschuss bei sehr grossen Abständen wegen des Beitrags von Polynien. Die Tiefgangverteilung der Kiele war negativ exponentiell von der Form mit B und b als Parametern. Dies unterscheidet sich von der Verteilung von Hibler and others (1972), vermutlich weil der enge Strahl für jeden Kiel eine komplexe Struktur registriert. Die homogene Eisdeckc hatte eine geringere Kielfrequenz und weniger Tiefgang als das küstennahe Eis. Die maximale Kieltiefe betrug 31,12 m. Der mittlere Abstand zwischen offenen Rinnen war 212 m, wobei fast alle Rinnen weniger als 50 m breit waren.

Information

Type
Research Article
Copyright
Copyright © International Glaciological Society 1980
Figure 0

Fig. 1. Route of U.S.S. Gurnard, 7–10 April 1976.

Figure 1

Table I. Positions of the 50 km Sections

Figure 2

Fig. 2. Division of track into 50 km sections.

Figure 3

Fig. 3. Plot of 800 m of ice-depth data from section 1.

Figure 4

Fig. 4. Probability-density function of ice draft for 50 km sections. Depth increment 10 cm. (a) and (b), (c) and (d), (e) and (f) are pairs of perspective views for the sections that make up each of the three legs of the cruise.

Figure 5

Fig. 5. Overall probability-density function of ice draft.

Figure 6

Table II Percentages of Ice Cover in Different Ranges of Draft

Figure 7

Table III Test for Homogeneity of Data

Figure 8

Fig. 6. Cumulative probability distribution G(h) of ice draft for the two 200 km sections which straddle the Caribou camp.

Figure 9

Fig. 7. Probability-density function of level-ice draft for 50 km sections, derived using definition D2. The pairs of perspective views cover the three legs of the cruise.

Figure 10

Fig. 8. Overall probability-density function of level-ice draft.

Figure 11

Table IV Level Ice Summary

Figure 12

Fig. 9. Illustration of the keel shadowing effect for two keels of separation x and relief h, h′ relative to local level ice draft.

Figure 13

Fig. 10. Distribution of keel spacings over whole submarine track. Bin size 20 m. Results are plotted for keels deeper than 5 m and 9 m, and a straight line is fitted to the central portion if each curve.

Figure 14

Fig. 11. Spacing distributions for keels of draft greater than 9 m, in 2 m draft increments. The spacing corresponding to the maximum of each distribution has been plotted as a heavy black dot. This spacing increases linearly with keel relief.

Figure 15

Fig. 12. Distribution of keel drafts plotted on a semilog plot for data at 1 400 km, 400 km, and 50 km length gauges.

Figure 16

Table V. Pressure-ridge Frequencies and Mean Drafts for 50 km Sections

Figure 17

Fig. 13. Mean keel draft plotted against mean number of keels per kilometre for keels deeper than 5 m and 9 m. Each point represents a 50 km section.

Figure 18

Fig. 14. Semilog plots of probability density functions of ice draft, showing fit to a negative exponential at depths beyond 6 m.

Figure 19

Table VI. Pparameters in the Distribution Function for Keel Drafts

Figure 20

Table VII (A) Distribution of lead widths: Number of leads encountered per 100 km of track