Ils cherchent la réponse dans le vent ! /The answer is blowing in the wind!

 En Français ci-dessous!

In English:

After several weeks of adventures in Terra Nova Bay, we have finally left the katabatic winds behind to head towards the Ross Ice Shelf polynia. While most of us were relieved to quit this region of high winds, Peter Guest (Naval Postgraduate School, Monterey, USA) and Kelly Schick (University of Colorado, Boulder, USA), our meteorologists did not have the same opinion. Actually, one of their goals on this expedition was to experience strong katabatic wind events to better understand their role on sea ice formation. The katabatic winds are strong and cold wind sliding along the slope of the continental ice shelves towards the ocean. They cool the ocean surface to allow for the formation of ice crystals (frazil= first stage of sea ice formation) that are pushed away from the coast. When the winds slow down, these ice crystals agglomerate to form pancakes and then consolidated sea ice floes.  As explained in an earlier post, under specific conditions, it can form the famous “dragon skin ice”.

Scheme showing the ice formation in a polynia area

The ice formation will thus depend on the wind and on the temperature of the ocean surface, thus on the quantity of heat that is exchanged between the water and the atmosphere. The ocean is a huge source of heat in the poles so even if it reaches negative temperatures, its temperature is higher than the atmosphere in the winter, so the ocean will heat the atmosphere. Very little is known about the heat transfers in the polynia in the winter because most of the polar expeditions take place in the summer, even though ice forms in the early winter. Kelly and Peter are thus excited to obtain new and unique datasets to better constrain sea ice formation in global climate, global ocean circulation and weather forecast models. They have several instruments on board to measure the structure of the atmosphere in order to better understand the wind and the heat exchanges. Everyday, they launch balloons filled with helium provided with very small instruments to measure the temperature, the pressure, the relative humidity and the speed and direction of the wind all the way to the stratosphere (more than 10km above the surface). The data are sent automatically to an antenna on the ship, so each day, Peter and Kelly can give us direct information about what is going on above our heads.

Kelly’s big hope was also to use the SUMO, an unmanned arial vehicle (UAV) (a small plane) to obtain similar data, but closest to the surface and with a better and more local resolution. Unfortunately, until now, she only had few opportunities to fly it, because the ice was too thin or the wind too strong at most places to allow for such a deployment. The SUMO needs a proper area to take off and land and its commands interfere with the GPS ship system, so it is not possible to make it fly directly off the ship. So Kelly and Guy Williams (the official SUMO pilot) needs to be able to walk on the ice away from the ship but that is often not possible for safety reasons. But the few flights they made were successful.

 Peter has also tried his quad-rotor, a UAV that looks more like a mini helicopter and that also measures temperature, relative humidity, pressure and wind speed and direction. The take-off and the landing may seem easier than for the SUMO, but Peter experienced some issue at some locations! The compass of his UAV did not work properly, because we were too close from the magnetic pole! That is one more bad surprise when you work at such high latitudes. But luckily he got three successful flights during the second long ice station, so he has nice data to work on.

The most fun is that him and Kelly have been able to launch their balloons in winds of up to 125 km/h so they could measure for the first time the heat fluxes from the ocean and their effects on the atmosphere during such intense katabatic events. Their first results show that very large heat fluxes are occurring during katabatic events enhancing the formation of sea ice, because all heat lost from the ocean goes into creating ice. 

Studying sea ice formation and heat transfers is also essential to better understand the ocean current and the climate system as a whole. It is, for example, thanks to sea ice formation in the North Atlantic that the climate in Bordeaux (south-western France) is mild and allows for grapes to grow to make the famous wine! When seawater becomes ice, the salts present in the surface water are rejected in the water below making it denser, so it sinks towards the deep ocean. That is the first step that drives the world ocean current system known as the thermohaline circulation or the ocean conveyor belt. So the “Gulf Stream” that warms the French coast would not exist (as known today) without sea ice formation. Bordeaux could then experience similar climate as Montreal in that case! Brrrrrrr!

So this first part of the expedition was successful for Peter who like to experience the weather, but not too much to forecast it (luckily Kelly was here for this part)! Plus we have had the chance to see beautiful phenomenon as green flashes and a few aurora australis (see my photo below). That is incredible for all of us, but always a bit more for meteorologists somehow! But it was definitely not Peter’s first time, since he has done already 73 scientific cruises including 12 in the polar regions and it is his third times on this ice breaker!  For Kelly, this cruise is part of her PhD research and it is her very first expedition. It went better than what she has hoped, but she does look forward to go back home to eat the fresh roasted aspergus and garlic from her parent’s garden.

During this time, the Belgian team was working hard in the lab to process all the ice and water samples collected during all the zodiac stations of the polynia. On the transit from the Terra Nova Bay polynia to the Ross Shelf polynia, we were glad to have a long ice station (24h stationary in the ice) where we could deploy all our equipment for sea ice drilling, carbon dioxide flux measurements and brine and under ice water sampling. On that day/night, the wind chill reached -46°C so it has not been a sinecure. The hours were passing very slowly and the wind was only at about 30-40km/h, but our faces were freezing as soon as we were facing it. Our hands were suffering the most and even Jean-Louis had to wear mittens and that is highly exceptional. Under such conditions, everything goes at slow pace, because not only the humans, but the machines as well suffer from the cold. The drilling machine was constantly blocked, the generators broke down, the temperature sensors and pumps were not working properly and all electronic devices working on batteries were dying quickly, so it was very frustrating. However in less than the 12 hours originally allocated for our work, we managed to achieve almost all what we wanted to do. You can see some photos below.

The last few days, we have been working sailing along the Ross Ice Shelf without being able to see it because of the darkness, so that is a big frustration, but the work of the oceanographer has been very efficient in that area. I will discuss about their work in the next post.  For the rest, the darkness starts to weigh on our shoulders more and more and some of us start to feel trapped on this ship. I try to go outside each day to feel a bit of fresh air, but without daylight and the view it is not the same. Still 4 weeks to go and a lot of work to be done, so we have to do everything to keep the mood up. We have started a music band and a little choir (see photo of the band below) because music always helps to feel good. We prepare a concert for our last day on the ice. We also start to dream about what we are going to do when we will arrive on the continent or at home in one month.  I think for me, except the fact that I miss my close ones very much, the thing I miss the most is swimming and eating cheese, tomatoes and fresh green salad.

I wish you all a very nice week-end and I thank you again for following are great adventure!  Big thanks to my dear friend Hanneke for publishing my post. She is also a katabatic wind expert, so this is a special post for you my dear J. I wish you were here to share the excitement and take better Aurora pictures ;) !

 All the best and enjoy the nice “dark” sceneries on the photos below.

Do not hesitate to write to me/us: celia.sapart.guest(a)nbp.usap.gov (replace (a) by @).

Hugs from Antarctica!

Célia

En Français

Après des semaines riches en émotions dans la baie de Terra Nova, nous avons finalement laissé derrière nous les vents catabatiques pour naviguer vers le sud-est en direction de la plateforme de glace continentale de Ross. Alors que nous étions plutôt heureux de quitter ces vents qui nous ont donné du fil à retordre, nos camarades météorologues Kelly Schick (University of Colorado, Boulder, Etats-Unis) et Peter Guest (Naval Postgraduate School, Monterey, Etats-Unis) ne partageaient pas cette opinion. Un des buts de leur mission à bord est de mieux comprendre ces vents catabatiques qui jouent un rôle crucial sur la formation de la glace de mer et donc sur le climat et sur la circulation océanique mondiale.

Schéma montrant la formation de la banquise dans une zone de polynie = zone où la banquise se forme

Les vents catabatiques sont des vents forts et froids qui descendent le long des plateformes de glace continentale (les grands glaciers côtiers de l’Antarctique notamment) et qui se jettent sur la côte pour y refroidir la surface de l’océan. L’océan est une immense source de chaleur dans les pôles en hiver, car sa température, même si elle est négative (l’eau de mer gèle vers -1,8 degrés selon sa salinité), est largement plus élevée que la température de l’atmosphère (voir schéma ci-dessus). De ce fait là, il y a un transfert constant de chaleur de l’eau vers l’atmosphère. L’eau donne de sa chaleur à l’atmosphère, ce qui refroidit l’eau et réchauffe l’air. Quand les vents catabatiques soufflent, la température de l’atmosphère descend, donc l’océan va donner encore plus de sa chaleur vers l’atmosphère pour le réchauffer et donc l’eau de surface va se refroidir ce qui va permettre la formation de cristaux de glace (le frazil) en surface. Les vents au niveau de la côte sont en général trop forts pour que ces cristaux se transforment directement en glace consolidée mais les vents les poussent vers l’extérieur de la polynie (la zone d’eau libre où les cristaux de glace se forment) où ils vont petit à petit devenir des pancakes car les vents faiblissent en s’éloignant de la côte. Puis les pancakes vont s’agglomérer les uns aux autres pour former la banquise et dans certains cas la  fameuse « dragon skin ice » dont j’ai parlé dans un précédent post.

Le travail de Kelly et Peter est de comprendre et de quantifier ces flux de chaleur entre l’eau et l’atmosphère, car comme vous l’aurez compris, la formation de la banquise dépend très largement de ces flux. Pour se faire, ils étudient la structure de l’atmosphère en mesurant la température de l’air, l’humidité, la pression, la vitesse et la direction des vents à différentes altitudes.  Tous les jours, ils lâchent un ballon météo rempli d’hélium qui contient un tout petit appareil qui va permettre de faire toutes ces mesures. Le ballon monte à plus de 10 km en dessus de nos têtes et Peter reçoit les données émises par celui-ci via une antenne installée sur le bateau.

Kelly prête à lâcher le ballon qui contient un tout petit instrument qui va mesurer la température, la pression, l’humidité relative et la direction et vitesse des vents jusqu’à plus de 10km d’altitude (Photo prise par Peter Guest) / Kelly launching the weather balloons that includes a probe to measure temperature, pressure, relative humidity and wind speed and direction up to more than 10km height  (Picture taken by Peter Guest)

Il existe d’autres méthodes de mesure, notamment pour avoir des données qui couvrent une plus grande surface horizontale (ex : sur différents types de glace), sachant que le ballon permet seulement des profils verticaux pour comprendre la structure de l’atmosphère à un point donné.  Ces mesures sont faites à partir de UAV (Unmanned Arial Vehicle), des petits avions, comme le SUMO de Kelly ou le quad-rotor, le petit hélicoptère de Peter. Il y a, comme c’est le cas pour les ballons, des petits systèmes de mesure sur ces objets volants qui permettent le même type de mesures.  Le problème est que ces objets volants doivent pouvoir décoller et atterrir sur des zones suffisamment dégagées et leurs appareils de commande interfèrent avec les appareils du bateau, donc dès qu’ils sont proches du bateau, ils deviennent incontrôlables.  De ce fait, il faut être sur la glace loin du bateau pour les utiliser et malheureusement, les mauvaises conditions de glace et les forts vents que nous avons rencontrés jusqu’à maintenant n’ont pas permis à Kelly, Peter et Guy William, le pilote officiel du SUMO de faire beaucoup de vols. Néanmoins, les quelques vols qu’ils ont pu faire ont été un succès pour la plupart.

Le SUMO prêt à décoller (Photo prise par Guy Williams / The SUMO ready for take off (Picture taken by Guy Williams

Guy fier de son avion lors de notre première station glace quand nous avions encore de la lumière (Photo prise par Bettina Sohst/ Guy proud of his plane during the first ice station when we still had daylight (Picture taken by Bettina Sohst)

Peter Guest qui fait voler son quad-rotor durant la première station glace (Photo prise par Lettie Roach/ Peter Guest flying his quad-rotor during the first ice station (Picture taken by Lettie Roach)

Peter en train d’installer sa tour météo lors de la dernière station glace il y a quelques jours/ Peter busy installing his weather station during the last ice station a few days ago

Le plus grand succès de nos météorologues est d’avoir réussi à obtenir des données durant les intenses événements de vents catabatiques que nous avons traversés. Ils ont réussi à faire des lâchés de ballons alors que les vents soufflaient à plus de 125km/h et grâce à cela ils ont pu déterminer pour la première fois les flux de chaleur de l’océan vers l’atmosphère dans de telles conditions. Leurs résultats permettent de quantifier les flux de chaleur et donc la formation de la glace de mer dans des conditions hivernales extrêmes, ce qui avait rarement été fait auparavant. La majeure partie de missions polaires se passent en été lorsque les conditions sont plus clémentes, mais le but de notre expédition est justement de braver les éléments pour obtenir des données et des échantillons hivernaux uniques. Ces résultats vont permettre de mieux comprendre la formation de la banquise, mais pas seulement, car cela joue un rôle sur le climat mondial. C’est par exemple grâce à la formation de la banquise en Atlantique Nord que le climat à Bordeaux (Sud-Ouest de la France) est suffisamment doux pour permettre aux vignobles de se développer et de créer des vins si typiques. Quand l’eau de surface devient de la glace dans les hautes latitudes, les sels sont rejetés et se concentrent dans l’eau sous la glace, la rendant plus dense. Cette eau va donc plonger vers les profondeurs océaniques. Cela est la première étape qui engendre la circulation océanique mondiale que l’on appelle la circulation thermohaline. Donc le courant du Gulf Stream qui réchauffe les côtes françaises n’existerait pas (du moins pas dans son état actuel) s’il n’y avait pas de formation de glace de mer en hautes latitudes ! Bordeaux connaîtrait alors un climat proche de celui de Montréal ! Brrrrrrr !

Peter est donc content de cette première partie de mission, car il a pu « expérimenter les conditions météorologiques », lui qui préfère étudier ce qu’il voit et ressent plutôt que de faire des prédictions météorologiques. Il a aussi eu le plaisir de voir avec nous des phénomènes magiques que sont les aurores australes et les « green-flash », mais ce n’était pas une première pour lui, car il a déjà fait 73 croisières scientifiques dont 12 en régions polaires et 3 sur ce brise-glace. Kelly par contre, est notre miss météo et c’est elle tous les jours qui nous prédit le temps avec l’aide son superviseur resté aux Etats-Unis du fait de soucis de santé. Pour elle, cette campagne est sa première mission, donc pas facile de garder le moral, mais elle avoue que c’est moins pire que ce qu’elle avait imaginé. Malgré tout, elle insiste sur le fait qu’elle se réjouit de rentrer chez elle et de manger les produits frais du jardin de ses parents.

Aurore Australe depuis le pont supérieur. Malheureusement le bateau était en mouvement, donc je n’ai pas réussi à avoir de photos plus nettes malgré mes nombreuses tentatives/ Aurora Australis observed from the bridge. Unfortunately the ship was moving so impossible to acquire a better quality picture even after many attempts

En ce qui concerne l’équipe belge, nous avons travaillé intensément au laboratoire sur nos échantillons de glace et d’eau récoltés lors des stations zodiac dans la polynia de Terra Nova Bay et nous avons eu une longue station sur la glace il y a quelques jours en quittant cette région. Nous étions ravis de sortir, mais le pic matinal à -46°C de température ressentie n’a pas vraiment ravivé notre enthousiasme. Le vent soufflait à 30km/h en moyenne avec quelques pics à 40km/h, ce qui n’est pas très fort par ici. Néanmoins,  chaque fois que nous y faisions face, nos visages, même masqués semblaient brûler. Le pire fut tout de même nos mains, car même Jean-Louis qui supporte habituellement de travailler avec des gants très fins a dû mettre des moufles épais. En ce qui me concerne, j’ai des doigts très longs et fins ce qui n’est vraiment pas un avantage pour travailler dans de telles conditions. J’ai tout essayé, mais rien à faire avec mes gants habituels, je n’arrivais plus à sentir mes doigts après quelques minutes. J’ai donc opté pour les gros moufles que Gauthier m’a très gentiment prêtés, car il en a plusieurs paires. Mais disons-le, empaqueter des carottes de glace et prendre des notes avec des moufles, ce n’est pas mince affaire. Donc avec ce froid, notre efficacité n’était pas à son comble et par dessus cela, les machines souffraient également. Les générateurs nous lâchaient régulièrement, les foreuses s’arrêtaient, les pompes, les thermomètres et tous les appareils électroniques sur batteries rendaient l’âme les uns après les autres. Ce fut donc un challenge physique et technique pour terminer cette station de mesure et d’échantillonnage, mais nous avons réussi à récolter tout ce que nous souhaitions en bien moins de 12h (le temps maximum qui nous était imparti pour cet exercice).

Première étape de chaque station glace, il faut descendre la passerelle et vérifier l’épaisseur de la glace / The first step of each long ice station is to deploy the gangway and verify the ice thickness

Puis Ben, le responsable sécurité des stations glace, ici avec le casque blanc, nous donne les indications nécessaires afin que nous puissions travailler en toute sécurité sur la glace/ Then Ben, the field safety specialist, here with the white helmet, gives us the necessary information so we can work safely on the ice

Alors que le soleil n’a pas montré le bout de son nez depuis longtemps, c’est la lune qui nous accompagne presque 24h/24 / While the sun has hardly shown his nose over the last days, it is now the moon that accompanies us almost 24h/24

 

Notre terrain de jeu pour la journée / Our playground for the day

 

Jean-Louis et moi prêts pour affronter le grand froid/ Jean-Louis and I ready to face the very cold conditions

 

Après une bonne marche et le déballage du matériel les (Jean-Louis et Gauthier) voici déjà en train de forer/ After a walk on the ice and the unpacking of all our material, here they (Jean-Louis and Gauthier) are ready to drill the ice

Vers 13h, nous avons pensé voir la lumière du jour, mais ce n’était que le bateau qui allumait ses phares. Le soleil n’était pourtant pas si loin, car quelques rayons orangés sont longtemps restés à l’horizon./ Around 1pm, we thought that daylight was coming, but it was the light of the ship. However, the sun was not so far, because we could see few of his orange rays flirting with the horizon for quite a while

Jeroen profitant de ce peu de lumière (il y en avait bien moins que sur la photo) pour respirer un peu (Photo prise par Fanny)/ Jeroen enjoying the little bit of light (in fact much less than what it seems on the picture) to breath a bit (Picture taken by Fanny)

Fanny contente d’être plus grande que Gauthier pour une fois / Fanny happy to be taller than Gauthier for once

Moi-même m’essayant à l’emballage de carotte de glace avec des moufles (Photo prise par Fanny)/ Myself trying to pack ice cores with mittens (Picture taken by Fanny)

Bruno et Jeroen les courageux en train d’échantillonner l’eau sous la glace/ Bruno and Jeroen, the courageous guys trying to sample water from below the ice

Nous étions donc heureux de rentrer sur le bateau pour faire dégeler, nos cheveux, nos cils et tout le reste et pour manger un repas chaud. Car quand nous sommes sur la glace, nous mangeons parfois une tartine, mais les conditions ne sont pas vraiment agréables pour manger, car il faut se découvrir le visage pour cela.  Plusieurs d’entre vous m’ont demandé comment nous faisions sur la glace quand nous avions un besoin pressant. La réponse est que nous buvons le minimum possible avant de partir sur la glace pour éviter d’avoir de besoins pressants, car ôter nos combinaisons (la combinaison propre qui est un enfer à enfiler, puis la combinaison flottante, puis toutes les couches en-dessous) sous ces températures est insupportable. Avec Fanny, nous avons trouvé un système pour pouvoir uriner debout et cela nous permet en cas d’urgence de pouvoir le faire, mais il faut malgré tout ouvrir nos combinaisons et ôter nos gants etc. donc nous l’utilisons qu’en dernier recourt.  Pour l’anecdote, durant cette station, j’ai réalisé pour le première fois que si on enlevait nos masques il fallait faire attention à cligner des yeux assez rapidement, car sinon les cils du bas et du haut gèlent ensemble et cela ne nous permet plus d’ouvrir les yeux. Il en est de même pour les cheveux qui se collent par le gel à nos cils ce qui est très désagréable.

Fanny en exploratrice de l’Antarctique/ Fanny as antarctic explorer 

Gauthier en explorateur de l’Antarctique /Gauthier as antarctic explorer

Célia (moi-même) en exploratrice de l’Antarctique, sans doute mon meilleur selfie/ Célia (myself) as antarctic explorer, might be my best selfie ever

Dans les jours qui ont suivi cette sortie glaciale, nous avons travaillé au laboratoire et dès que nous avions un petit moment de libre nous allions faire de la musique avec Jean-Louis, Bruno, Alek et Barry, car nous avons formé un groupe de musique et nous préparons un concert pour notre dernier jour sur la glace. Depuis hier, plusieurs choristes se sont joints à nous, dont Gauthier et Fanny (l’équipe belge en force comme d’habitude) pour former en plus une petite chorale. Cela fait du bien au moral de faire de la musique tous ensemble, surtout car en ce moment l’obscurité nous pèse beaucoup, donc il n’est pas facile de garder le cap.

Notre groupe de musique avec Bruno (au piano), Jean-Louis (à la guitare), Alek (au saxophone), moi (au chant) et Barry aussi à la guitare mais manquant sur la photo (Photo artistique prise par Sarah Searson)/ Our music band with Bruno (piano), Jean-Louis (guitar), Alek (saxophone), myself (singing) and Barry also at the guitar but missing on the picture (Artistic picture taken by Sarah Season) 

Notre groupe de musique en répétition à la cantine / Our music band rehearsing in the galley

Aujourd’hui, c’est l’anniversaire du grand chef que je ne nommerai pas, car il veut que son anniversaire passe incognito, mais on lui souhaite malgré tout tous nos meilleurs vœux et on le remercie de nous avoir embarqués avec lui dans cette grande aventure qui restera sans aucun doute gravée dans nos mémoires. 

Je vous laisse avec les paysages quasi lunaires qui nous accompagnent depuis hier. Nous avons fait un passage éclair dans la polynia de la plateforme de Ross où ce sont surtout les océanographes qui ont échantilloné. Je parlerai plus en détails de leur travail ainsi que de la circulation thermohaline dans mon prochain article.

Vue sur la nuit de l’Antarctique/ View on the Antarctic night

Vue sur la nuit de l’Antarctique/ View on the Antarctic night

Vue sur la nuit de l’Antarctique avec Fanny qui essaie de photographier la fente de lumière qu’il nous reste / View on the Antarctic night with Fanny trying to take photos of the last bit of light that we still have left

Vue lunaire sur la nuit de l’Antarctique/ View on the Antarctic night, but it seems that we are on the moon

Après presque 7 semaines passées sur ce bateau, nous commençons à nous sentir un peu claustrophobes et vivre en autarcie devient compliqué pour certains. Ce sont dans ces moments-là que le soutien de nos proches compte beaucoup et en ce qui me concerne, je suis vraiment gâtée, donc un grand merci notamment à ma moitié et à ma petite mère (et ses chouchous) et au reste de la famille et des amies. Chaque message fait du bien au moral. Et a tout ceux que je n’ai pas le plaisir de connaître, mais qui sont en pensées avec nous, un immense merci pour vos messages d’encouragements.

Puis merci à Hanneke et Jérôme qui attendent patiemment mes photos et mes textes pour mettre mon blog en ligne. Vous êtes des choux !

N’hésitez pas à envoyer vos commentaires, questions ou simplement à m’écrire (ou à nous écrire) à l’adresse suivante : celia.sapart.guest(a)nbp.usap.gov (remplacer le (a) par @). Attention, les pièces-jointes de plus de 5MB ne sont pas acceptée.

Bon week-end à tous et à bientôt.

Célia