Remote Estimates of Ice Algae Biomass and Their Response to Environmental Conditions during Spring Melt

In this study, we support previous work showing that a normalized difference index (NDI) using two spectral bands of transmitted irradiance (478 and 490 nm) can be used as a non-invasive method to estimate sea ice chlorophyll a (chl a) following a simple calibration to the local region. Application of this method during the spring bloom period (9 May to 26 June) provided the first non-invasive time series dataset used to monitor changes in bottom ice chl a concentration, an index of algal biomass, at a single point location. The transmitted irradiance dataset was collected on landfast first-year sea ice of Allen Bay, Nunavut, in 2011, along with the physical variables thought to affect chl a accumulation and loss at the ice bottom. Time series biomass calculated using the NDI technique adhered well to core based biomass estimates although, chl a values remained low throughout the bloom, reaching a maximum of 27.6 mg m-2 at the end of May. It is likely that warming of the bottom ice contributed to loss of chl a through its positive influence on brine drainage and ice melt. Chl a content in the bottom ice was also significantly affected by a storm event on 10 June, which caused extensive surface melt and a rapid increase in the magnitude of transmitted irradiance. Furthermore, the velocity of current, measured below the ice at the end of a spring neap-tidal cycle, was negatively associated with ice algae chl a biomass (the stronger the current, the less biomass). The NDI method to remotely estimate ice algal biomass proved useful for application in our time series process study, providing a way to assess the effects of changes to the sea ice environment on the biomass of a single population of ice algae.La présente étude vient appuyer d’anciennes études selon lesquelles un indice par différence normalisée (IDN) recourant à deux bandes spectrales d’éclairement énergétique transmis (478 et 490 nm) peut servir de méthode non invasive d’estimation de la chlorophylle a (chl a) de glace de mer suivant un simple étalonnage dans une aire locale. Le recours à cette méthode pendant la saison de l’efflorescence printanière (du 9 mai au 26 juin) a permis d’obtenir le premier ensemble de données non invasives en séries chronologiques dans le but de surveiller les changements se manifestant dans la concentration de chl a de la glace de fond, un indice de biomasse algale, en un seul point. Les données relatives à l’éclairement énergétique transmis ont été recueillies à partir de la glace de mer de rive de l’année à la baie Allen, au Nunavut, en 2011, en même temps que les variables physiques censées avoir des effets sur l’accumulation de chl a et sur la perte de glace de fond. Les données chronologiques relatives à la biomasse calculées à l’aide de la technique de l’IDN cadraient bien avec les estimations de la biomasse obtenues à l’aide d’échantillons, bien que les valeurs de la chl a restaient à la baisse pendant l’efflorescence, pour atteindre un maximum de 27,6 mg m-2 à la fin du mois de mai. Il est vraisemblable que le réchauffement de la glace de fond a entraîné la perte de chl a en raison de son influence positive sur l’égouttage de la saumure et la fonte des glaces. La teneur en chl a de la glace de fond a également été fortement touchée par un événement pluvio-hydrologique qui a eu lieu le 10 juin, événement qui a entraîné une importante fonte en surface et l’augmentation rapide de la magnitude de l’éclairement énergétique transmis. Par ailleurs, la vélocité du courant, mesurée sous la glace à la fin d’un cycle printanier de marée de mortes-eaux, a été négativement liée à la biomasse en chl a de l’algue glaciaire (plus le courant était fort, moins la biomasse était grande). La méthode de l’IDN en vue d’estimer la biomasse de l’algue glaciaire à distance s’est avérée utile dans le cadre de l’application de notre étude en séries chronologiques, car elle a présenté un moyen d’évaluer les effets des changements caractérisant l’environnement de la glace de mer sur la biomasse d’une seule population d’algues glaciaires