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Theses Year : 2003

Meteorological regime of central Antarctica and its role in the formation of isotope composition of snow thickness

Régime météorologique de l'Antarctique central et son rôle dans la composition isotopique de la neige

Abstract

The main goals of the present study are, first, determination of the relationship between local air temperature and snow isotope composition at Vostok Station (East Antarctica) and, second, reconstruction of climatic variability in this area over the past 200 years. Experimental basis of the study includes data on isotope composition and accumulation rate of snow from 6 shallow and 2 deep snow pits dug in the Vostok's vicinities during summer seasons 1998/99, 1999/2000 and 2001/02. Meteorological regime is documented by the results of instrumental meteorological and balloon-sounding observations being carried out at Vostok since December 1957 and archived in Arctic and Antarctic Research Institute (St. Petersburg, Russia). We also used the data on snow accumulation at the stake network constructed near the station in 1970, documented spatial distribution of surface snow isotope composition and studied variations of isotope composition in precipitating and blowing snow collected from December 1999 to December 2000. By comparing meteorological and snow accumulation data, it has been established that most of precipitation in central Antarctica form under clear-sky conditions (diamond dust). Balloon-sounding data suggests that overall condensation temperature at Vostok does not significantly differ from the temperature at the top of the inversion layer. Temporal variability of isotope composition in a single point is dominated by influence of snow relief (micro-relief, "meso-dunes" and possibly mega-dunes), which substantially diminishes the signalto-noise ratio. Seasonal variations of isotope composition of the precipitation closely follow those of the local temperature, though the influence of moisture source is also evident from the intra-annual changes of deuterium excess content. Significant linear relationship is observed for the last 40 years between stacked series of snow isotope composition from pits and surface air temperature for the multi-decadal time-scale, while shorter (10-year) isotope variability is likely dominated by source conditions. During the past two centuries both snow accumulation and isotope composition of snow display oscillations with an apparent period of about 50 years. Relationship between these variations and the Pacific Decadal Oscillation index is suggested. If true, this would imply a climatic teleconnection of central East Antarctica with tropical Pacific. Finally, deuterium excess data suggest a sharp change in atmospheric circulation supplying Vostok area with moisture around 1963.
L'objectif principal du travail présenté ici est d'une part la détermination de la relation entre la température locale de l'air et la composition isotopique de la neige à la station de Vostok (Antarctique de l'Est) et d'autre part la reconstruction de variabilité climatique dans cette région au cours des 200 dernières années. On a produit des données expérimentales concernant la composition isotopique et l'accumulation de la neige à partir de 8 puits creusés à Vostok dont 2 couvrent les 200 dernières années et qui ont été réalisés pendant les saisons d'été 1998/99, 1999/2000 et 2001/02. Le régime météorologique est documenté par les observations instrumentales et les radiosondages de l'atmosphère (depuis Décembre 1957) archivés à l'Institut Recherche Arctique et Antarctique (St. Pétersbourg, Russie). Nous avons aussi utilisé les données d'accumulation de la neige venant du réseau des balises installé à proximité de la station de Vostok en 1970, documenté la distribution spatiale de la teneur isotopique de la neige de surface, mesuré le nivellement de la surface, et étudié la variation de la composition isotopique des précipitations et celle de la neige transportée par vent, qui ont été collectés de Décembre 1999 à Décembre 2000. En comparant les données météorologiques et les données de l'accumulation de la neige, nous avons établi que la plupart des précipitations au centre de l'Antarctique était formée pendant des conditions de "ciel clair" (diamond dust). Par ailleurs les données de sondages aérologiques suggèrent que la température moyenne de condensation à Vostok est très proche de la température de la limite haute de la couche d'inversion. Pour un site donné, on a mis en évidence que la variabilité temporelle de la composition isotopique de la neige est influencé par le relief de la surface de neige (microrelief, "méso-dunes" et probablement méga-dunes). Cet effet diminue considérablement le rapport "signal sur bruit". On met en évidence que les variations saisonnières des teneurs isotopiques des précipitations suivent bien celles de la température locale. L'excès en deutérium varie au cours de l'année et il est, quant à lui, influencé par la source d'évaporation. Pour les 40 dernières années et pour l'échelle de temps multi-décennale, une relation linéaire significative est observée entre la moyenne de la composition isotopique de la neige et la température de l'air près de la surface. Mais pour des échelles de temps plus courtes (10 ans) les variations isotopiques apparaissent dominées par les conditions de la source. Pendant les deux derniers siècles, l'accumulation et la composition isotopique de la neige présentent des fluctuations avec une période de 50 ans environ, qui ont des similarités avec l'indice de l'Oscillation Décennale du Pacifique. Si cela est vérifié, cette relation impliquerait une téléconnection climatique de l'Antarctique centrale avec Pacifique tropical. Par ailleurs, l'excès en deutérium suggère un changement brusque vers 1963 dans la circulation atmosphérique qui alimente la région de Vostok en l'humidité.
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tel-00701466 , version 1 (25-05-2012)

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  • HAL Id : tel-00701466 , version 1

Cite

Alexey Ekaykin. Meteorological regime of central Antarctica and its role in the formation of isotope composition of snow thickness. Glaciology. Faculté de géographie de Saint Pétersbourg, 2003. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00701466⟩
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