4. Méthode d'atténuation des vagues par la glace
4.2. Caractérisation du climat de glace 2002-2012
La démarche de cette partie du projet consiste à établir la période de présence de glace dans les années futures et la période durant laquelle les vagues sont plus ou moins atténuées selon la cou-verture de glace. Pour cela, nous établissons, pour le passé récent, une relation entre la tempéra-ture de l’air et la présence de glace, relation qui sera ensuite extrapolée et appliquée aux années futures dont le climat est obtenu par des simulations climatiques. Cette analyse est réalisée à deux échelles spatiales, d’une part à l’échelle du golfe et d’autre part autour des sites des AWACs.
4.2.1. Estuaire et golfe du Saint-Laurent
Le nombre de degré-jours de gel (DJG), calculé à partir de la température de l’air à 2 m, est le critère choisi comme indicateur de la quantité de chaleur extraite de l’océan et de la glace par l’atmosphère. Assel (1980) l’a utilisé comme indicateur de sévérité de l’hiver et a obtenu une bonne représentation de la couverture de glace des Grands Lacs.
Les degrés-jour de gel sont le cumul de l'écart entre la température moyenne journalière de l'air (Tj) et la température du point de congélation. Comme nous travaillons en milieu marin, notre température de référence est –1,9°C, soit le point de congélation pour l'eau de mer (pour l'eau douce les DJG sont au contraire calculés avec une température de référence de 0°C). Les DJG sont donc un critère indiquant le nombre de jours où la température de l’air est propice à la formation de glace de mer. Si le cumul est négatif, celui-ci est remis à zéro. Les DJG au jour j (DJGj) sont calculés du 1er octobre jusqu’au 30 juin par
DJGj = DJGj-1 – (Tj + 1.9)
avec DJG0 = 0 DJGj = 0 si DJGj < 0
Ainsi, la courbe croît lorsque la température journalière de l’air est inférieure à -1,9°C, et décroît lorsque la température est supérieure à –1,9°C (Figure 15). Le début de la période de gel (début PG) est le jour où la courbe commence à croître; la fin de la période de gel (fin PG) est le jour du maximum de la courbe. Début-PG et fin-PG sont exprimés en jour avant/après le 1er janvier.
Pour calculer les DJG, les données de températures de l’air du modèle de ré-analyse Global Environnemental Multi-échelle (GEM) ont été utilisées.
La glace est considérée présente dans le golfe si la moyenne de sa concentration totale est supérieure à 10%. Ainsi, le jour d’apparition de la glace est le jour où la concentration de glace pour tout le golfe dépasse la première fois le seuil de 10%, et le jour de disparition de la glace celui où la concentration totale descend définitivement sous ce seuil.
La superposition des courbes de concentration totale dans le golfe et du nombre de DJG (Figure 15) montre qu’il existe un lien entre :
• début-PG et l’apparition de la glace,
• fin-PG et la disparition de la glace,
• le maximum atteint par la courbe des degrés-jour de gel (DJGmax) et la somme de tous les couverts de glace journaliers de l'hiver (couvert de glace cumulé).
Ces paramètres ont été comparés pour les tous les hivers pour lesquels nous avions accès aux cartes de glaces digitalisées, i.e. de 2002-2003 à 2011-2012 et une régression linéaire a été obtenue pour chaque graphique pour établir la relation représentant la corrélation entre le nombre de degrés-jour de gel et la présence de glace de mer (Figure 16, Tableau 4). Notons que les coefficients de corrélations R2 sont tous supérieurs ou égaux à 0,73, valeurs qui valident en quelque sorte le bien-fondé d’une telle méthode empirique pour caractériser globalement le couvert de glace annuel du golfe du Saint-Laurent. Lorsque l’on applique les relations empiriques aux sorties de GEM et qu’on les compare aux observations de glace (Figure 20), on note que la méthode représente bien la moyenne et la variabilité du climat contemporain.
Figure 15. Concentration totale de glace dans le golfe (bleu) et degrés-jour de gel calculés pour l'hiver (vert). L'hiver 2002-2003 (en haut) est un hiver relativement froid, alors que l'hiver 2009-2010 (en bas) est un hiver chaud.
Figure 16. Régressions linéaires entre les paramètres issus du nombre de degrés-jour de gel (abscisse) et ceux issus des cartes de glace (ordonnée) pour l’ensemble de l’estuaire et du golfe du St-Laurent.
4.2.2. Sites des AWACs
Les équations de régressions linéaires, les coefficients de corrélation et la significativité des relations sont résumés dans le Tableau 4. Équations des droites de régression entre les paramètres issus des degrés-jour de gel et de ceux issus des cartes de glace, avec leur coefficient de
corrélation respectif. Les coefficients supérieurs à 0,80 sont indiqués en gras.
Les mêmes comparaisons ont été effectuées pour les sites des AWACs (St-Ulric, Cap d’Espoir et Sept-Îles). Le couvert de glace et la température de l’air ont été moyennés dans des rayons de 50 et 100 kilomètres autour de la position de chaque mouillage (Figure 17). Le critère de présence de glace pour les environs des AWACs est une concentration supérieure à 15%, plutôt que 10% pour l’ensemble du golfe, d’une part car les corrélations sont meilleures avec une telle concentration, et d’autre part l’influence de la glace côtière est plus importante à l’échelle locale. Ainsi, une concentration de 10% dans un rayon de 50 km d’un site peut correspondre seulement à une bande de banquise côtière, qui influence peu les vagues. Certains de ces paramètres, notamment le jour d’apparition de la glace, sont parfois moins bien corrélés localement qu’à l’échelle du golfe (Tableau 4). Ceci s’explique par le fait qu’à plus fine échelle l'advection de la glace devient un facteur important déterminant la présence ou l'absence de glace, alors que le nombre de DJG est surtout un indicateur des processus thermiques.
Figure 17. Régression linéaire entre les paramètres de degrés-jour de gel (abscisse) et la présence de glace (ordonnée) pour les trois sites des AWACs, dans un rayon de 50 km (bleu) et 100 km (vert).
Tableau 4. Équations des droites de régression entre les paramètres issus des degrés-jour de gel et de ceux issus des cartes de glace, avec leur coefficient de corrélation respectif. Les coefficients supérieurs à 0,80 sont indiqués en gras.