Signals of climate trends and extreme events in the thermal stratification pattern of multibasin Lake Opeongo, Ontario

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Abstract

Previous empirical observations on thermocline response to warmer conditions have been contradictory. Given that a deepening thermocline was observed for a small lake (0.5 km2) and a shallowing thermocline was observed for a larger system (73.6 km2), these contradictions may be attributable to differences in lake size and the diminishing influence of water clarity on mixing depth. The four basin systems of Lake Opeongo, Ontario, Canada, range in size from 4.4 to 22.1 km2 and build an empirical suite of stratification responses to climate variation for a wide range of lake sizes. From 1958 to 1996, lake temperature profiles were taken in the four major basins of Lake Opeongo. Canonical correlation analyses linked earlier iceout dates, warm July-August air temperatures, and relatively high amounts of bright sunshine in July and August with warmer midsummer epilimnia and shallower midsummer thermoclines for all four basins. The occurrence of stratification patterns associated with warmer climatic conditions increased (r = 0.44, p < 0.01) in parallel with the recent (post-1965) global warming trend. Such patterns also tended to occur in El Niño years. Stratification conditions with cooler midsummer epilimnia and deeper thermoclines tended to occur in La Niña years and provided a pronounced signal in 1992, the year that experienced a global cooling effect due to the eruption of Mount Pinatubo.

Les observations empiriques antérieures sur le comportement de la thermocline quand les températures de l'air augmentent sont contradictoires. Comme on a observé un enfoncement de la thermocline dans un petit lac (0,5 km2) et son relèvement dans une plus grande étendue d'eau (73,6 km2), ces contradictions peuvent être attribuables à des différences dans la taille des lacs et à l'influence décroissante de la clarté de l'eau sur la profondeur de la couche de mélange. Les quatre systèmes hydrographiques du lac Opeongo (Ontario, Canada) ont des tailles qui varient de 4,4 à 22,1 km2 et forment au chapitre de la stratification une suite empirique de réponses à la variation climatique pour un ensemble de lacs de tailles très diverses. De 1958 à 1996, on a mesuré les profils de température de lacs dans les quatre principaux bassins du lac Opeongo. Les analyses de corrélation canonique ont lié, d'une part, les dates de disparition de la glace, les températures de l'air élevées en juillet et en août et un ensoleillement relativement important avec, d'autre part, des épilimnions plus chauds à la mi-été et des thermoclines moins profondes à la même période dans les quatre bassins. L'apparition de profils de stratification associés aux conditions climatiques plus chaudes s'est intensifiée (r = 0,44, p < 0,01) parallèlement au réchauffement planétaire récent (depuis 1965). Ces profils tendent aussi à apparaître dans les années d'El Niño. Les conditions de stratification caractérisées par des épilimnions plus froids à la mi-été et des thermoclines plus profondes tendaient à survenir dans les années de La Niña et ont constitué un signal clair en 1992, année où il y a eu un refroidissement général à l'échelle de la planète à cause de l'éruption du Pinatubo.

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