In viscous-plastic (VP) sea-ice models, small deformations are approximated by irreversible viscous deformations, introducing a non-physical energy sink. As the spatial resolution and the degree of numerical convergence of the models increase, linear kinematic features (LKFs) are better resolved and more states of stress lie in the viscous regime. Energy dissipation in the non-physical viscous regime therefore increases. We derive a complete kinetic energy (KE) balance for sea ice, including separate plastic and viscous energy sinks to study energy dissipation. The main KE balance is between the energy input by the wind and the dissipation by the water drag and the internal stresses (dissipating respectively 87\% and 13\% of the energy input on an annual average). The internal stress term is mostly important in winter when ice-ice interactions are dominant. The energy input that is not dissipated locally is redistributed laterally by the internal stresses in regions of dissipation by small scale deformations (LKFs). Of the 13\% dissipated annually by the internal stress term, 93\% is dissipated in friction along LKFs (14\% in ridging, 79\% in shearing) and 7\% is stored as potential energy in ridges. For all time and spatial scales tested, the frictional viscous dissipation is negligible compared to the frictional plastic dissipation (between 10 to 1000 times smaller). This conclusion remains valid when the spatial resolution and the numerical convergence of the simulations are increased. Overall, the results confirm the validity, from an energy point of view, of the VP approximation. / La plupart des modèles de dynamique de glace marine en Arctique présentement utilisés dans la communauté scientifique sont basés sur une formulation des déformations correspondant aux matériaux viscoplastiques (VP). Les modèles VP font l'approximation que les petites déformations élastiques (réversibles) peuvent être remplacées par des déformations visqueuses (irréversibles), ce qui représente un nouveau puits d'énergie fictif dans les modèles. L'énergétique des modèles de glace est affectée par la résolution spatiale du réseau, ainsi que par le nombre d'itérations requises pour la résolution des équations non-linéaires gouvernant le système. Plus le nombre d'itérations et la résolution sont élevés, plus les lignes de fractures (déformations plastiques) sont bien définies. Les points de maille auparavant en régime plastique migrent donc vers le régime visqueux (non physique) en augmentant ainsi l'énergie perdue dans ce mode de déformation. Nous formons l'équation de la conservation de l'énergie cinétique pour étudier la dissipation d'énergie dans les modèles VP de glace marine. La dissipation d'énergie dans les déformations est séparée en deux puits distincts pour la dissipation d'énergie par les déformations visqueuses et par les déformations plastiques, afin d'évaluer la contribution du mode non physique à la balance énergétique. Pour toutes les échelles spatiales et temporelles étudiées, la dissipation par les déformations visqueuses est négligeable par rapport à la dissipation par les déformations plastiques, ce qui confirme la validité l'approximation VP d'un point de vue énergétique.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121351 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Bouchat, Amélie |
| Contributors | Bruno Tremblay (Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Department of Atmospheric and Oceanic Sciences) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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