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21世纪冰盖融化对全球环境的影响

自然体积566，页面65 - 72 (2019）引用本文

主题

摘要

政府目前的政策承诺，到2100年，地表温度将比工业化前的水平上升3到4摄氏度，这将导致冰盖融化加剧。在耦合模式相互比较项目第5阶段中，冰盖流量没有明确包括在内，因此目前在最常用于为政府政策提供信息的模拟中，没有捕捉到冰盖融化对气候的影响。在这里，我们通过对格陵兰岛和南极冰盖的模拟，表明格陵兰岛的融水增加将导致大西洋翻转环流的大幅减缓，而来自南极的融水将困住海平面以下的温水，形成一个正反馈，增加南极冰的损失。在我们的模拟中，未来冰盖融化将加剧全球温度变化，到2100年海平面将上升25厘米。然而，未来冰动力学变化的模拟方式仍然存在不确定性，这突出表明需要继续观测和全面的多模式评估。

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图1:模拟和观测到的冰盖质量平衡。
图2:格陵兰岛和南极洲的海平面贡献。
图3:到2100年冰盖厚度变化的原因。
图4:21世纪冰盖融水通量的环境后果。
图5:冰盖融化对AMOC的影响。

数据可用性

CMIP5数据从http://climexp.knmi.nl/．南极基岩地形和冰层厚度数据来自BEDMAP2汇编，可在https://secure.antarctica.ac.uk/data/bedmap2/．格陵兰地形和冰层厚度数据来自BedMachine v3，可在https://nsidc.org/data/idbmg4．格陵兰岛的物质平衡和地热通量数据可从seaRISE网站获得:http://websrv.cs.umt.edu/isis/index.php/Data．有关南极表面物质平衡数据的资料可在http://www.projects.science.uu.nl/iceclimate/models/antarctica.php#racmo23．南极地热通量数据可在https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.882503．流域轮廓如图。3.是基于ICESat数据的96．南极接地线和冰解线如图。3来自MODIS-MOA 2009数据集97，98．在本研究期间生成和分析的数据集也可根据合理要求从通讯作者处获得。

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下载参考

确认

我们感谢K. Buckley(维多利亚大学高性能计算集群)、阿拉斯加大学费尔班克斯分校的平行冰盖模型组、波茨坦气候影响研究所和CMIP社区公开提供他们的数据。PISM由NASA拨款NNX13AM16G和NNX13AK27G支持。这项工作由皇家学会Te Aparangi的VUW1501合同资助给n.r.g，并得到了南极研究中心、惠灵顿维多利亚大学和GNS科学的支持，通过商业、创新和劳动部的合同CO5X1001。N.G.得到了加拿大自然科学与工程研究理事会和加拿大研究主席计划的支持。J.B.通过DFG SPP 1158 (RO 4262/1-6)得到MAGIC-DML项目的支持。L.D.T.感谢NSF南极冰川学项目(奖金1643733)的支持。

审核人信息

自然感谢F. Pattyn, H. Seroussi和其他匿名审稿人对本工作的同行评审所作的贡献。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 南极研究中心，惠灵顿维多利亚大学，新西兰惠灵顿

    尼古拉斯·r·高利奇

  2. GNS科学，下赫特，新西兰

    尼古拉斯·r·高利奇和伊丽莎白·d·凯勒

  3. 地球与行星科学，麦吉尔大学，蒙特利尔，魁北克，加拿大

    Natalya戈麦斯

  4. 英国南极调查局，剑桥，英国

    凯特琳·a·诺腾

  5. MARUM海洋环境科学中心，不来梅大学，德国不来梅

    豪尔赫总统巴

  6. 罗文大学地质系，美国新泽西州格拉斯伯勒

    卢克·d·特鲁塞尔

  7. 国王学院地理学系，伦敦，英国

    塔姆辛·l·爱德华兹

作者
  1. 尼古拉斯·r·高利奇
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  2. 伊丽莎白·d·凯勒
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  3. Natalya戈麦斯
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  4. 凯特琳·a·诺腾
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  5. 豪尔赫总统巴
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  6. 卢克·d·特鲁塞尔
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  7. 塔姆辛·l·爱德华兹
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贡献

N.R.G.设计并进行了冰盖模拟实验，E.D.K.进行了气候模型模拟，N.G.进行了海平面计算。K.A.N, J.B.和L.D.T.提供了区域模式的南极基础和表面融化模拟。所有作者都对手稿的构思和写作做出了贡献。

相应的作者

对应到尼古拉斯·r·高利奇．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有利益竞争。

额外的信息

出版商的注意:施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展资料图1高纬度气温和海平面异常。

一个，b在RCP8.5气候情景下，由冰原融水扰动引起的2100年空气(表面)温度异常。北极大陆经历轻微的冷或暖异常，但在格陵兰岛东北部(斯瓦尔巴群岛附近)，远至北极(一个)．在南半球，整个南大洋和南极洲边缘的温度下降幅度高达3-4°C (b)．温度异常采用30年平均值，以避免混淆短期变率。c，d，根据海平面模式计算的南大洋和南极洲周围的海平面变化(c)，加上海平面高度因海洋温度变化而产生的变化(d)．热容性异常来自30年平均值，以避免混淆短期变异性。

扩展数据图2全球和区域地表温度异常。

一个，b、地面空气(一个)及海面(b) 2100年仅由施加的融水通量引起的温度异常，作为CMIP5基于排放强迫但不包括融水通量的预测的百分比。c、全球、南大洋(40-85°S)和南极洲四个最大冰架上空的经向和经向平均地表气温异常。d，同c，但调整了相对于2018年的变化。

图3上新世条件下南极冰盖范围。

显示的是基于区域气候模拟的代理约束气候和海洋场，在上新世峰值温暖条件下对南极冰盖进行5公里分辨率模拟的结果54但使用的冰盖参数化与主要论文中提出的RCP模拟相同。5000年后的海平面当量(SLE)总质量损失为10.4米，接近之前一项使用冰架水力断裂和海洋冰崖不稳定性研究模拟的11.3米20.，这两个在这里都不使用。

扩展数据图4南极洲西部的承诺响应。

用两种排放途径(RCP4.5和RCP8.5)以及在2020年、2050年或2100年气候强迫保持不变，但不包括冰-海洋-大气反馈的实验说明了2100年、2300年和2500年南极洲西部的海冰范围。在这些情况下的大规模损失说明了长期承诺被累积的强迫锁定到稳定点。思韦茨冰川盆地在所有情况下都在退缩，这表明它的稳定性已经超过了门槛。等高线间距为250米。黑线表示现代海岸，作为背景。

扩展数据图5接地线灵敏度和基熔体参数化

．南极洲的对照试验(恒定的2000年气候学)和rcp8.5强制试验(包括冰-海洋-大气反馈)(一个)及格陵兰岛(b)，包括和不包括子电网接地线熔体方案。在没有该方案的情况下，强制运行的南极冰体积比启用子网格融化时更高，但控制运行的体积也增加了，这表明模型参数化的其他方面需要优化，以确保与观测约束一致(扩展数据表)1而且2)．格陵兰模拟受亚网格融化方案的影响要小得多。所示的格陵兰运行都包含了不断发展的表面质量平衡和基础牵引参数化(方法)，以便在控制实验和扰动实验之间进行更清晰的比较。c，与对照试验相比，南极接地冰体积的变化，由我们的冰盖模型模拟，使用一系列水平网格分辨率(见图例)，但在其他方面相同的参数化，并包括子网格接地线基础熔体方案。d，格陵兰冰盖质量损耗率为最佳拟合模拟(深蓝色线)，与模拟相比，其中滑动应用更大幅度的增加(浅蓝色线)或滑动在整个运行中保持恒定值(橙色线)。括号中的数字量化了在- 200米以下和500米以上分段线性基础牵引参数下，相对于“无锥度”实验的摩擦角变化。金色方框显示时间跨度(x轴)和不确定性(y轴)的经验数据值用作参数优化期间的目标，来源详细在扩展数据表1而且2．e，f，目标熔化速率从经验约束99，One hundred.冰原的模拟25(e)作为反演方案的输入，该方案求解空间分布的熔体因子，从而将CMIP5的海面温度转化为真实的熔体场(f)．与以往的研究相比，该方法大大提高了模拟中冰架基面融化的代表性18，20.．

图6冰盖对海底温度的影响。

一个- - - - - -c，到2100年格陵兰岛415米深度的海洋温度异常(一个)，只计算南极融水通量(b)和来自两个冰原的融水通量之和(c)．异常是30年的平均值，以避免混淆短期变异性。

扩展数据图7模拟与实测地表高程。

一个- - - - - -d，格陵兰岛地表高程实测值63(一个)和南极62(b)与模拟值(c，d)。e，f，两者之间的差异(建模减去观测)。

扩展数据图8模拟与实测地表速度。

一个- - - - - -d，格陵兰岛地表速度实测值101(一个)和南极102(b)与模拟值(c，d)。e，f，两者之间的差异(建模减去观测)。

扩展数据表1指导南极冰盖参数化的经验约束条件
全尺寸表
用于指导格陵兰冰盖参数化的经验约束
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引用本文

高利奇，n.r.，凯勒，e.d.，戈麦斯，N。et al。21世纪冰盖融化对全球环境的影响。自然566， 65-72(2019)。https://doi.org/10.1038/s41586-019-0889-9

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