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南极沙克尔顿冰架
客人的帖子
2021年4月8日夏令时间

客座文章:气温上升1.5摄氏度、2摄氏度和4摄氏度时南极冰架的命运

艾拉吉尔伯特博士

艾拉吉尔伯特博士

08.04.2021 |下午2:00
客人的帖子 客座文章:气温上升1.5摄氏度、2摄氏度和4摄氏度时南极冰架的命运

南极洲的冰架——在冰盖与海洋相遇的地方形成的漂浮的冰舌——是气候变暖的特别有用的指示器。夹在大气和海洋之间,它们可以被融化以上下面

最近几十年已经看到南极两个冰架的崩塌,而三分之一是偶数在冬天融化

冰架起着至关重要的作用,阻止冰川自由流入海洋,推动全球海平面越来越高

我们的新研究发表在《地球物理研究快报,我的合著者和我专注于三明治的一半——大气——是如何影响南极冰架的稳定性的。

我们用模型模拟了未来与工业化前相比的3种升温水平:1.5摄氏度、2摄氏度和4摄氏度下南极冰架的表面融化和降雪。

研究结果表明,由于“水力压裂”,冰架表面融水数量的增加可能会使冰架处于崩溃的危险之中。例如,在4摄氏度时,我们发现4个冰架——拉森冰架、威尔金斯冰架、松岛冰架和沙克尔顿冰架的一部分——都很容易坍塌。

Riiser-Larsen

Fimbul

Filchner-Ronne

拉森C

测定

乔治六世

南极东部

西

威尔金斯

南极

松岛

方丈

沙克尔顿

西南极洲

Thwaites

男孩旁边

罗斯

1000公里

图形:碳简短。金宝搏bet188©Quantarctica /挪威极地研究所

更暖,更多融化,更多径流

这并不奇怪气候变暖导致更多的冰融化在美国,气候变暖可能导致更多降雪的现象可能不那么明显。这是因为温暖的空气可以容纳更多的水分,然后会以雪的形式落下。

在表面,当雪的积累速度超过融化速度时,冰架就会生长。当夏季的冰雪融化超过全年的降雪时,它们就会收缩。

这两个相互竞争的因素——表面融化和降雪——之间的平衡被称为冰架的“表面质量平衡”(SMB)。

但是冰架表面的融化还有另一个影响。在夏季的融水季节,融水涓涓流入冰架的缝隙中,当温度下降时,又会在那里冻结。

若干年后,融雪量超过了降雪量,冰架就会被重新冻结的融水饱和。如果这种情况发生了,那么在接下来的夏天形成的任何融化都没有任何缺口需要填补,只会在地表聚集或形成深深的裂缝,比如裂缝和裂缝

水是重的,所以当裂缝填满时,它们会变宽变深,并能到达大陆架的底部。这会引发戏剧性的,大规模解体所谓的“水力压裂”。这一过程导致了1995年和2002年南极半岛上的“拉森A”冰架和“拉森B”冰架的崩塌。

由于表面冰融化控制着南极冰架上融水“径流”的数量,因此它在这些冰架易受水力裂缝影响方面起着关键作用。

这幅图显示了拉森B冰架的解体
照片中的拉森- b冰架坍塌。资料来源:图片来自美国宇航局地球观测站;Rosamund Pearce为Carbon Brief制作的动画金宝搏bet188。

冰架漂浮在水面上,所以当它们变薄或破裂时,融水不会直接导致海平面上升。这是阿基米德原理,这也解释了为什么在温暖的日子里,一杯饮料里融化的冰块不会改变杯子里的液体总量。

然而,冰架仍然在阻止——“支撑”——供养它们的冰川方面发挥着重要作用。如果没有冰架,这些陆地冰就会更容易流入海洋,从而导致海平面上升。因此,冰架对海平面上升有间接影响。因为这个原因,他们被称为“守门南极冰的流动。

分三种等级的变暖

使用一个区域气候模式我们模拟了1.5℃、2℃和4℃以上升温条件下南极冰架的冰融化、径流和SMB工业化前的水平。区域模型的输入来自四种不同的模拟全球气候模型利用高排放RCP8.5场景及其更新的化身,ssp5 - 8.5

我们关注全球变暖的增量,而不是本世纪末的数值,以减少模型之间的差异对结果的影响。例如,在历史时期,一些全球模型比其他模型略热或略冷。

在更温和的升温水平上——1.5摄氏度和2摄氏度——我们的结果显示,冰架融化的增加主要是由降雪的增加所补偿的。因此,径流量的增长几乎不高于1980-2009年的历史值。

南极半岛是唯一一个融水增加远远超过降水的地方,那里的温度已经更高,夏季融水已经在表面聚集。

然而,在4摄氏度时,径流在南极洲变得更加广泛。这表明,融水在越来越多的冰架表面聚集,因为更高的温度融化雪的速度比它的积累速度快。

你可以在下面的图表中看到,总融化量(“ME”)和径流(“RU”)随着变暖而增加,而SMB在变暖达到4C之前保持相当稳定。图标表示单个模型,而圆圈表示模型的平均值。

南极冰架的融化径流总量和表面质量平衡(以每年十亿吨计)
图中显示了南极冰架在历史时期(1980-2009年)的年平均总融化量(ME)、径流(RU)和表面质量平衡(SMB),以及全球平均升温1.5摄氏度、2摄氏度和4摄氏度的情景。颜色表示变暖的情景,而模拟由每个生产商的全球模型Used是用唯一的标记绘制的。模型平均用圆表示,虚线表示模型间分布。来源:Gilbert & Kittel (2021)。

有趣的是,冰架上的融化和径流增加的景象与地面上的冰原是完全不同的——也就是说,那部分覆盖着岩石大陆的冰原。

另一个新的研究这表明,随着大气变暖,地面冰上的降雪增加的幅度远远大于融化的幅度,这意味着这些地方的冰盖增加了。

更大比例的冰架区域变得脆弱

为了了解冰架对水力压裂的潜在脆弱性的空间尺度,我们接下来模拟了不同升温水平下冰架与径流的总体比例。

下面的图表显示了整个南极洲(左上),然后是南极半岛(右上),东南极洲(左下)和西南极洲(右下)随着时间的推移,径流预测的冰架面积的总百分比。模型平均值用黑色表示,单个模型投影用彩色线表示,数值范围用灰色表示。

模拟南极冰架范围表示为总面积的百分比
显示模拟冰架范围的图表,以总面积的百分比表示,其中径流模拟的南极各部分(南极半岛、东南极洲和西南极洲)和整个21世纪的整个大陆(南极洲)。个别模型模拟用彩色线表示,而模型平均用实黑线表示,阴影区域表示模型间的扩散。左上方的面板显示了模拟比工业化前温度升高1.5摄氏度、2摄氏度和4摄氏度的时间周期。来源:Gilbert & Kittel (2021)。

随着温度的升高,液态水聚集在冰架表面的比例越来越大。这表明,一些冰架正面临着由于融水导致的断裂而变得越来越不稳定的风险。

在升温1.5摄氏度和2摄氏度的情况下,预计径流将分别超过南极冰架面积的14%和18%,这只比1980-2009年的历史平均水平9%略有增加。

南极洲东部的增长幅度最大。在这里,气候变暖使夏季温度更经常地达到熔点,增加了径流发生的区域。对于南极半岛来说,夏季融化已经相当普遍,因此径流范围只会随着气候变暖而缓慢增加。

在比工业化前温度高出4摄氏度的情况下,我们的模型显示,南极半岛高达67%的冰架区域,以及34%的全大陆范围的冰架区域,可能面临更大的崩溃风险。然而,从上面的图表中可以明显看出,随着时间的推移,模型的范围在不断扩大,在4C时,模型之间的一致性较差。

径流如何在冰架之间分配也很重要。如果径流发生在许多冰架的一小部分,就不太可能导致水力压裂。然而,如果径流集中在数量较少的冰架的大部分上,那么这些少数冰架将更容易发生不稳定。

我们的研究结果表明,在4摄氏度时,南极半岛的所有冰架、南极西部的两个冰架——阿伯特岛和松树岛——以及南极东部的四个冰架——莱波登、埃默里、西和沙克尔顿都发生了显著的径流。

并不是所有的冰架都容易发生水力压裂

需要注意的是,并不是所有地表聚集液体的区域都容易发生水力压裂。一个之前的研究这表明由于结构和地理位置的原因,一些大陆架能够抵抗地表塌陷。

例如,南极半岛上的乔治六世冰架四面被陆地包围,而南极东部的几个冰架由于其形成方式非常稳定。在这些冰架上——包括波登岛、埃默里岛和乔治六世——每年都有融水聚集在冰架表面,而不会导致冰架破裂。

因此,我们的研究发现,如果地理、结构、大气变暖等因素组合正确,冰架可能容易崩溃。

下面的地图显示了我们的研究表明,在摄氏4度(红色阴影)时,冰架可能面临水力压裂导致的崩塌风险,而那些可能更有弹性的冰架(橙色)。

具有大量径流的南极冰架是在比工业化前高出4摄氏度的温度下模拟的
南极冰架地图,显示了在比工业化前高出4摄氏度的温度下模拟的大量径流,因此这些冰架很容易解体。橙色的圆圈表示由a之前的研究而红色圆圈表示冰架容易受到水力压裂的影响。2021)。

那些由于大气变暖和地表融化而面临解体风险最大的地区包括拉森C以及南极半岛的威尔金斯冰架、南极洲西部的松岛和南极洲东部的沙克尔顿冰架的部分区域。

准确预测南极冰架的命运是极具挑战性的,但很明显,遏制大气变暖将减少戏剧性崩溃事件的可能性。将升温控制在2摄氏度以内将使易受水力压裂影响的冰架面积从4摄氏度减少一半。

将冰架崩塌的风险降至最低不仅对南极洲有利。保持冰架的完整意味着海平面上升的减少,这对我们所有人来说都是好消息。

《地球物理研究快报》:2021年,全球变暖1.5摄氏度、2摄氏度和4摄氏度时,南极冰架的表面融化和径流,gl091733 doi: 10.1029/2020

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