Assessing Sea Ice Trafficability in a Changing Arctic

Arctic sea ice has undergone rapid changes during the last few decades, with negative implications for over-ice travel and on-ice operations, which benefit from services provided by the sea ice. A Parameter-based Trafficability Hierarchy (PATH) is presented here as a framework for developing quantitative assessment strategies that can guide planning and execution of operations on or near sea ice and quantify the impacts of recent changes on ice use. A PATH assessment has been completed for three case studies in Arctic Alaska. These cases, which correspond to a range of different icescapes and ice uses, identify and quantify different parameters linked to trafficability and safe operations. For ice road applications, PATH was used to determine an ice thickness compensation factor, a factor increasing the minimal thickness threshold for operations, to help translate sporadic auger ice thickness measurements along the Kotzebue–Kiana community ice road into an envelope for safe operations. A compensation factor as high as 1.5 was found to be necessary to ensure safety because of the high local thickness variability that is currently a concern for ice road operators. A PATH assessment of ice roughness for ice trail routing at Utqiaġvik draws on satellite remote sensing and is relevant for over-ice travel in general, including escape, evacuation, and rescue. We compared the routing of local snowmobile trails with Synthetic Aperture Radar (SAR) data products to identify specific ranges of ice conditions, roughness, and topography favored for ice trail construction. The same combination of data sources was used to identify potentially beneficial trail routes. Finally, an ice stability and safety assessment was completed for ice road construction and maintenance by industry near the Northstar Island oil production facility. We evaluated small-scale ice displacement data obtained from SAR interferometry to infer internal ice strain and stress and used these data in assessing the potential for fractures to reduce load-bearing capacity.Au cours des quelques dernières décennies, la glace de l’Arctique a connu des changements rapides. Les déplacements et les activités sur glace pour lesquels la glace de mer revêt de l’importance subissent des conséquences négatives. Une hiérarchie de traficabilité en fonction de paramètres (PATH) est présentée ici comme cadre de référence en vue de l’élaboration de stratégies d’évaluation quantitative pour guider la planification et l’exécution des activités sur glace ou à proximité de la glace ainsi que pour quantifier les incidences des changements récents sur l’utilisation de la glace. Trois études de cas visant l’Extrême-Arctique de l’Alaska ont fait l’objet de la hiérarchie PATH. Ces études de cas correspondent à une gamme d’utilisations et de paysages glaciaires différents. Elles permettent de déterminer et de quantifier divers paramètres liés à la traficabilité et à la sécurité des activités qui y sont exercées. Dans le cas des activités sur routes de glace, PATH a servi à déterminer un facteur de compensation de l’épaisseur de la glace, facteur augmentant le seuil de l’épaisseur minimale nécessaire aux activités, pour aider à traduire les mesures de l’épaisseur de la glace prises sporadiquement au moyen d’une tarière le long de la route de glace communautaire de Kotzebue à Kiana afin de donner lieu à la sécurité des activités qui y sont menées. Un facteur de compensation aussi élevé que 1,5 s’est avéré nécessaire pour assurer la sûreté des activités en raison de la grande variabilité de l’épaisseur de la glace locale, qui est actuellement une source de préoccupation pour les utilisateurs des routes de glace. L’évaluation de la rugosité de la glace au moyen de PATH pour le tracé des routes de glace à Utqiaġvik fait appel à la télédétection satellitaire et est adéquate pour les déplacements sur glace généralement parlant, notamment pour ce qui est de l’échappement, de l’évacuation et du sauvetage. Nous avons comparé le tracé des pistes de motoneige aux données obtenues par radar à synthèse d’ouverture SAR afin de déterminer les gammes précises d’état de la glace, de rugosité de la glace et de topographie qui conviennent le mieux à la construction de routes ou pistes sur glace. La même combinaison de sources de données a servi à déterminer les tracés de routes susceptibles d’être avantageux. Et enfin, l’évaluation des données relatives à la stabilité et à la sûreté de la glace a été faite pour ce qui est de la construction et de l’entretien de routes de glace par l’industrie, près de l’installation de production pétrolière Northstar. Nous avons évalué les données de légers déplacements de la glace obtenues par interférométrie SAR afin de déduire la tension et le stress de l’intérieur de la glace. Ces mêmes données ont également permis d’évaluer les fractures potentielles dans le but de réduire la capacité de charge