Arctic oil spills: a risk assessment of transport in sea ice and ocean surface waters from current exploration sites

In recent years the level of oil and gas activity in the Arctic Ocean Basin has increased significantly. Permitting and reasonably safe execution of these activities in ice-infested waters require risk assessments that stretch the limits of currently available oil spill trajectory models. Research has suggested that using a coupled atmosphere-ice-ocean model to simulate oil spill trajectories in ice-infested waters could provide higher accuracy than traditionally parameterized models. This study is a first step towards the development of such a model within the framework of the MIT general circulation model. Oil spills are simulated by continuous release of passive tracers at ten locations in the Arctic Ocean Basin, and tracked in the ocean and sea ice for one year starting at the end of the drilling season, using classical parameterizations to model oil-ice interaction. Trajectories in sea ice are compared to historical sea ice drift data and found to agree reasonably well. 31 simulations with differing sets of historical environmental forcing are carried out to quantify inter-annual variability. Sensitivity to the key parameter, fraction of ice coverage, is found to be low. In general it is concluded that, depending on location, oil spills may be advected up to ~1,700km over a winter season and ~3,500km over one year. The furthest advection of spilled oil is observed in the Beaufort and Chukchi Seas, Baffin Bay, and East Greenland. Oil spills originating in the Beaufort, Chukchi, and Barents Seas are confirmed to cross international boundaries, and all spills are found to have potentially severe impact on coastlines. Where mobile drift ice is present, transport with sea ice is more extensive than transport with ocean currents.Les activités liées à l'exploitation de gaz et de pétrole dans le bassin de l'océan Arctique se sont fortement intensifiées ces dernières annés. La conduite raisonnablement sûre d'activités dans des eaux couvertes de glace, mais aussi l'autorisation de telles activités, nêcessitent d'êvaluer les risques au-delà des limites des modèles actuels prédisant les trajectoires de déversements accidentels d'hydrocarbures en mer. Des études ont suggéré une meilleure précision gràce à l'utilisation d'un modèle couplant atmosphère, glace, et océan pour simuler les trajectoires de déversements accidentels d'hydrocarbures dans des eaux couvertes de glace par rapport à les modelles usuelles. Cette étude est une première étape dans le développement d'un tel modèle au sein du modèle général de circulation des flux atmosphériques, océaniques et climatiques développé par le MIT. Des déversements accidentels d'hydrocarbures sont simulès par le rejet en continu de traceurs passifs en dix endroits situés dans le bassin de l'océan Arctique. Ces rejets débutent en fin de période de forage et leur déplacement est suivi dans l'océan et la glace pendant un an. Les trajectoires d'hydrocarbures dans les eaux gelées sont comparées à des données historiques issues d'un modèle Lagrangien de vitesses de déplacement de blocs de glace et ils correspondent raisonnablement bien. 31 simulations avec différents jeux de données environnementales ont permis de quantifier la variabilité interannuelle. L'interaction entre pétrole et blocs de glace marins a été modélisée par des paramétrisations usuelles. La sensibilité au paramétre-clé, la fraction de surface recouverte de glace, est jugée relativement négligeable. De manière gènèrale, dèpendamment de leur position, les rejets d'hydrocarbures peuvent se déplacer par advection jusqu'à environ 1,700 km en hiver et 3,500 km sur une année. Les déplacements d'hydrocarbures les plus longs sont observés en mers de Beaufort et Chukchi, en baie de Baffin et dans le Groenland de l'Est. Les déversements en mers de Beaufort, Chukchi, et Barents, traversent les limites internationale, et l'ensemble de ces rejets ont de potentiellement graves conséquences sur les côtes. Le transport d'hydrocarbures avec les blocs de glace à la dérive, le cas échéant, est plus facile qu'avec les courants océaniques