Modeling the Greenland ice sheet

What is modeling? (for ice sheet) Definition Modeling is a computational representation of an object or phenomenon Modeling is also the name of the method that represents the object or phenomenon. Characteristics: Modeling is performed on a computer with mathematical formulaes. The result is displayed in a grid. Why is modeling essential? Since the retrieval of long time scales data is hardly possible, computational modeling is a important tool used for understanding and predict past, present and future dynamics of ice mass.

What is an ice core? cylindrical sample of ice extracted from polar regions, for instance. possesses valuable information on past climates; analysed to understand the climate system. provide information about the possible human impact on global warming.

paléoclimatologie paléoentomologie insectes (coléoptères) dendroclimatologiepalynologie étude de la flore, du pollen actuels ou fossilisés glaciologie analyse des propriétés de la glace prélèvement de carottes de glace … Arborescence 1 modélisation Étude des climats passés et de leur variation moyen pollen étude des paléoclimats à laide des faisceaux de croissance annuels des arbres outil de représentation taux de CO 2 dans les arbres objet détude étude des environ- nements anciens grâce aux insectes fossilisés

paleoclimatology paleoentomology insects (coleoptera) dendroclimatologypalynology study of pollen, whether modern or geological glaciology study of ice properties prélèvement de carottes de glace … Arborescence 1 modeling Study of past climates and their variability means pollen study of tree rings to infer past climatic conditions means of representation CO 2 rate in trees study of ancient environ- ments through analysis of fossil insect parts FOR PAST CLIMATES studying

LE FORAGE altimétrie satellite forage de surfacecarottage mesures: longueur, diamètre,… analyse macroscopique ( voir arborescence 3 ) découpage emballageexpédition vers laboratoires pour études analyse chimique ( voir arborescence 4 ) Arborescence 2: étapes avant et après le forage Liens indirects (temporels)

THE DRILLING satellite altimetry shallow ice drillingdrilling measures: length, diameter,… macroscopic analysis ( voir arborescence 3 ) cutting packagingsending off to laboratories for analysis chimical analysis ( voir arborescence 4 ) Arborescence 2: étapes avant et après le forage Liens indirects (temporels)

PRÉLÈVEMENT DE CAROTTE DE GLACE analyse des carottes première étape analyse macroscopique (voir arborescence 3) analyse chimique (voir arborescence 4) deuxième étape Arborescence 3 Liens indirects (temporels)

ICE CORE SAMPLING ice core analysis first step macroscopic analysis (voir arborescence 3) chemical analysis (voir arborescence 4) Arborescence 3 Liens indirects (temporels) second step

ANALYSE MACROSCOPIQUE analyse macroscopique analyse à lœil nu comptage des couches OU analyse avec le « line scan profile » analyse de conductivité de lélectricité (ECM) Arborescence 4 butLien indirect (temporel)

MACROSCOPIC ANALYSIS macroscopic analysis unaided eye analysis layer counting OR line scan profile electrical conductivity measurement (ECM) Arborescence 4 butLien indirect (temporel)

ANALYSE CHIMIQUE DES CAROTTES analyse chimique des carottes température dévaporation de leau température de condensation activité solaire, champ magnétique terrestre activité volcanique et vents teneur en CO 2 en méthane,… deutérium ratio O 18 /O 16 béryllium cendres, poussières air piégée dans la glace estimation de par analyse de Arborescence 5

CHIMICAL ANALYSIS OF ICE CORES chimical analysis of ice cores temperature of water evaporation temperature of water condensation solar activity, terrestrial magnetic field volcanism and winds rate of CO 2, of methane,… deuterium O 18 /O 16 ratio beryllium ashes, dusts air entrapped in ice evaluating thethrough analysis of Arborescence 5

Arborescence 6: mise au point dun modèle de calotte (1) LA MODELISATION DE CALOTTE élévation de la surface flux de glace épaisseur de la glace conditions basales température interne bilan de masse fonte sous la masse glaciaire altimétrie satellite radar aéroporté radar et carotte de glace radar (SAR: Synthetic Aperture Radar) forage formules mathématiques …… calotte de glace analyse de modélisation ordinateur + conditions grâce à (discrétisation) moyen

Arborescence 6: design of an ice cap model (1) MODELING THE ICE CAP surface elevation ice flux ice thickness basal conditions internal temperature sub ice mass melting satellite altimetry airbone radar radar and ice core radar (SAR: Synthetic Aperture Radar) drilling mathematical formulas …… ice cap means analysis of modeling computer through mass balance conditions (discretization)

Problèmes terminologiques Utilisation du vocabulaire anglais/américain pour les variables intégrées dans lordinateur. Les équivalents français existent et sont également utilisés. Lexpert utilise indifféremment les deux options. Que faire? Faut-il mettre les noms des modèles dans la base? Peut-on les considérer comme des termes? Certains modèles sont dutilisation courante comme GCM (Global Circulation Model) et sont souvent mentionnés dans les textes.

Problèmes de traduction Modern ice sheets and ice caps preserve an archive of their depositional history which, under favourable circumstances, can yield a continuous record of the isotopic and chemical composition of surface precipitation. […] To minimize this distortion, ice core drilling sites are commonly located near flow divides. In the absence of other information, flow modelling can be used to calculate the age stratification of ice sheets and from this to estimate age-depth relation for specific sites. Tracer transport modelling has other justifications, for example to model the fluxes of chemical and isotopic tracers in global biogeochemical cycles; to predict and interpret tephrachronological records in ice cores and at ice sheet margins; to predict and interpret the dielectric stratigraphy of ice masses; to model temporal and spatial evolution of internal rheological boundaries within ice sheets; to validate climate and ice dynamics models. De nos jours, les calottes de glace ainsi que les inlandsis conservent une archive de leur passé en termes de précipitation, qui en des circonstances favorables, peut produire un enregistrement continu de la composition chimique et isotopique des précipitations. […] Afin de réduire cette distorsion/altération, les sites de forage des carottes sont généralement situés près des lignes de partage. En labsence dautre information, on peut avoir recours à la modélisation de lécoulement pour estimer lâge auquel les différentes couches de les inlandsis se sont stratifiés et ainsi en déduire la relation âge- profondeur pour des sites spécifiques. Dautres raisons sont invoquées pour lutilisation de la modélisation des traceurs de transport, par exemple : pour modéliser les flux des traceurs chimiques et isotopiques dans les cycles biogéochimiques globaux ; prévoir/prédire et interpréter les archives téphrachronologiques des carottes et bords terrestres de linlandsis ; prévoir et interpréter la stratigraphie diélectrique des masses de glace ; modéliser lévolution dans lespace et dans le temps des limites rhéologiques internes au sein de linlandsis; valider les modèles climatiques et de dynamiques des glaciers.