Energy transfers in the ice and surface Arctic ocean at inertial and sub-inertial frequencies

The effect of sea ice on inertial motion in the Arctic Ocean is analyzed using the MIT global circulation model (MITgcm). Inertial oscillations in the ice are found to be more important in low ice concentration areas. In these zones, ice drags the underlying ocean into circular motion, forming near-inertial waves in the ocean's mixed layer. At the base of the mixed layer, increased shear drives a deepening of the mixed layer and the strong stratification leads to a stronger vertical component of the near-inertial oscillations, creating internal gravity waves. When the ice concentration is high, the amplitude of inertial oscillations in the ice can be different between nearby locations (because of a spatially varying ice strength or wind). This results into divergent/convergent motion of the ice at the inertial frequency, which generates near-inertial oscillations with a strong vertical component, by alternating suction/pushing of the water. These two mechanisms produce inertial energy in the presence of ice. We find that the effects of sea ice on the generation of near-inertial oscillations are i) to reduce the amount of near-inertial waves in the surface ocean (by about 60%), and ii) to increase the generation of internal gravity waves (vertical component of near-inertial waves) in the winter, by the convergence/divergence mechanism outlined above. We also find that the generation of near-inertial motion is a local process, since no significant vertical and horizontal propagation of near-inertial energy is found.L'effet de la glace de mer sur les mouvements inertiels dans l'Océan Arctique est analys é à l'aide du modèle de circulation globale du MIT (MITgcm). On trouve de plus importantes oscillations inertielles dans la glace dans les zones faibles en glace. Dans ces zones, la glace entraîne l'océan sous-jacent dans des mouvements circulaires, générant des ondes inertielles dans la couche de mélange. À la base de la couche de mélange, le fort cisaillement entraîne un approfondissement de la couche et la forte stratification rend la composante verticale de l'oscillation inertielle plus forte, créant des ondes internes de gravité. Lorsque la concentration de glace est élevée, l'amplitude des oscillations inertielles dans la glace peut être différente entre zones voisines (à cause d'une force de glace ou d'un vent qui varie spatialement). Ceci résulte en un mouvement de convergence/divergence de la glace à la fréquence inertielle, ce qui génère des oscillations inertielles avec une forte composante verticale dans la couche de mélange par l'alternance de mouvements qui tirent/poussent l'eau verticalement. Il s'agit là des deux méchanismes contribuant à l'énergie inertielle de l'océan en présence de glace de mer. Les effets de la glace sont i) de réduire la quantité d'ondes inertielles latérales dans l'océan desurface (d'environ 60%) et ii) d'augmenter la génération d'ondes de gravité internes (composante vertical des oscillations inertielles) en hiver. La génération d'oscillations inertielles est un processus local, puisqu'aucune propagation importante d'énergie inertielle n'est observée