格陵兰冰盖已经融化到一去不复返的地步。

2020-08-15 11:17:18

格陵兰冰盖在21世纪正以加速的速度失去质量,使其成为海平面上升的最大单一贡献者。出口冰川更快的流动在很大程度上造成了这种损失,加速的原因和未来变化的可能性尚不确定。在这里,我们结合了三十多年来对整个冰盖上出口冰川速度、海拔和锋面位置变化的遥感观测产品。我们比较了流量和崩解锋位置的年代际变化,发现冰川流量的增加几乎完全是由于冰川锋面的退缩,而不是内陆冰盖过程,在整个冰盖上每公里退缩的加速速度非常一致,为4-5%。我们发现,2000-2005年间的大范围退缩导致了流量的阶梯式增加,并切换到了一种新的持续质量损失的动态状态,即使在表面熔体下降的情况下这种状态也会持续下去。

格陵兰冰盖(GRIS)几十年来一直在减少质量,1原因是地表融水径流增加,以及通过崩解和海底融化(称为冰排放)对海洋末端出口冰川的消融。1992-2018年期间总的GRIS质量损失是由于这两个条件1的贡献大致相等,但更大的贡献来自2000年后融化径流的增加,当时质量损失加速了2,3,4。对数十年的冰盖流量的估计以及年度或更精细的分辨率提供了对冰盖对长期气候强迫和持续变化4,5的响应的洞察。由于时间和空间数据的差距,在2000年之前解决冰盖动态的季节和年际变化是具有挑战性的。在这里,我们将严格的方法论应用于参考文献。3改进对未来三十年冰盖流量估计的限制,包括冰川快速后退和加速开始之前的时期。格陵兰冰川退缩的速度加快了6,以前的工作已经确定了冰川速度和退缩之间的关系,7对于较小的格陵兰冰川子集,7和冰川面积8之间的关系。然后,我们还将这些数据与时变的崩解锋面位置变化的高分辨率观测相结合,并在多十年的记录中对这两个变量在个体、区域和冰盖范围的空间尺度上的关系进行了GRIS范围的分析。我们讨论了整个冰盖退缩、变薄和加速变化的时间,量化了冰流量对退缩的敏感性,并描述了冰动力的长期变化和冰盖预处理区域中表面质量平衡对快速退缩、变薄和加速排放的作用。

我们发现,在2000年代初观测到的阶跃增加之后,现在整个GRIS的流量比1985-1999年的观测流量增加了约14%,大范围的冰川退缩几乎解释了观测到的几十年流量变化的全部(>;90%),每加权平均退缩公里,观测到的流量增加了4-5%。我们发现,尽管流量的长期趋势变化很大,但这种敏感性在冰盖的不同区域之间是成比例一致的。随着流量的逐步增加,整个GRIS范围内的总量保持相对稳定的速率,在495500GT yr−1附近,反映出这种增加足以有效地将冰盖转变为持续的质量损失状态。

我们发现十年尺度的冰流量呈阶梯式增加(图1a),从1985年到1999年到2007年到2018年,平均增加了~60 GT yr−1,或14%。在2005年达到一个临时的局部最大值之后,每年的D暂时下降了3年。继暂时下降后,2008年至2018年期间,流量再次以较慢的速度加速2 GT yr−2,2017年和2018年达到502 ± 9 GT yr−1的年峰值,比1980年的平均水平高出17%.。自2008年以来年均D的增加主要是由于自2007年以来季节性最小值稳步增加,趋势为3 GT yr−2,表明冬季速度相对于夏季最大值更大,最明显的是西北部(补充图1)和中西部最近3年的速度。D的季节性振幅也发生了变化,从1985年至1990年的平均17 ± 6增加到2000年至2018年的25 ± 6 GT yr−1,增加了近50%。为了解释由于冰厚度观测中的这种时间间隔而导致的D的不确定性,我们估计D的最终成员情况是:(1)所有厚度变化发生在第一年,这使周期开始时变薄的影响最大,以及(2)所有变薄发生在最后一年,这将影响降到最小,直到2000年。我们发现,在1985年至1999年期间,D的估计可以平均变化13 GT yr−1(图1a),这取决于时间间隔之间发生稀疏的时间

为了使冰盖增加质量,每年小冰盖的总质量必须超过总D。假设1985年至2000年D的平均值为426 ± 6 GT yr−1,小冰盖的质量增加抵消了D造成的损失,导致冰盖增长,几乎是1985年至1999年间的40%(图1b),这与参考文献1992年至1999年期间半年估计的质量增加类似。1.将D增加到当前的退缩后平均值~495GT  yr−1,将净收益年的百分比减少到五分之一,表明仅流量的增加就足以将冰盖转变为持续负质量平衡的新状态。然而,SMB也明显下降,假设2000年后的平均SMB,每年净冰盖质量增加的可能性现在只有~1%。因此,结合气候和冰盖的动态状态,即使是一年的质量增加也是极不可能的。

King等人。3发现2000年后D的年际变化主要与冰锋位置的变化有关,这可能是由于退缩19年期间冰川应力状态的扰动造成的加速。在这里,我们评估了1985年以来冰锋位置和流量的变化,捕捉到了大范围退缩和加速之前的时期。为了比较冰锋退缩和冰锋排放,我们使用了冰川的一个子集(n = 128),这些冰川具有连续的排放和冰锋位置变化的记录。为了评估平均锋面位置变化对区域和冰盖流量的影响,并将小冰川的影响降至最低,我们根据其流量对每个冰川的锋面位置进行加权,并将加权平均锋面位置变化表示为F w。图2a显示,在1985年至2018年期间,GRIS D的平均增长率为每公里累计退缩14 ± 1 GT yr−1,前沿位置的累积变化解释了D变化的93%以上。相隔大约4 公里的退缩和50 GT yr−1.D在2001年至2005年的大范围加速和退缩期间增长最快,因为东南部的冰川以每公里16 GT yr−1的稳定速度迅速从13的水深高点退去。在2006年和2007年重新推进之后,d的增长速度明显降低,每公里后退8 GT yr−1。自2014年以来,整个冰盖的F、W或D几乎没有额外的变化。检查图2b中Fw和D的年际变化,我们发现与流量和锋面位置的年度变化有非常一致的关系,平均每公里撤退14 ± 6 GT yr−1,或~4%,其中锋面的年变率占D的年变率的41%。此外,我们发现每公里Fw的D的变化也在区域之间一致的4-5%(补充图5),表明流量的总体敏感性相似(补充图5)。我们还发现,每公里Fw和D的年际变化与流量和锋面位置的年变化有非常一致的关系,平均每公里退却14 GT GT yr−1,或~4%,其中锋面的年变化量占D的年变化量的41%。

1985年至2018年连续测量的128个冰川的年度总D与净正面位置的变化,颜色比例和标签与测量年份相对应。黑线是最小二乘拟合的,斜率为14 GT yr−1/312 GT yr−1公里的后退和截距。负的锋面变化表明冰川锋面在历年中从初始位置净后退。请注意反转的x轴以突出显示反向关系。B D和前排位置的年度变化,标签表示第一年(例如,‘00是从1999年到2000年的变化)。(黑线)最小二乘拟合的斜率为14 GT yr−1,每年后退和截距为−0.7 GT yr−1。

由于流量的变化取决于冰流速度和厚度的变化,我们预计,在锋面退缩之后,(I)如果锋面重新稳定,流量最初会随着加速度增加,然后由于动力变薄而减少,或者(Ii)如果退缩继续沿着前进的河床斜坡向上,则流量对锋面位置的变化不那么敏感。虽然这样的反应对于整个GRIS的结果并不明显(图2),但从区域上看,我们发现D在撤退后出现了暂时的下降。这一点在东南部和东非地区尤其明显,在最近相对前沿稳定的时期,D已经下降并稳定下来(补充图5)。在西北部,我们发现流量对无处不在的退缩越来越敏感,这可能是因为几个积极退缩的冰川在越来越倒退的斜坡上退缩,导致冰通量随着退缩20、21、22、23的增加而更大地增加。

冰盖范围和区域流量对冰锋变化的敏感性在单个冰川的规模上是一致的。在1985年至2018年间有连续记录的128个冰川中,近70%的冰川流量变化与f之间存在显著关系(p ≤ 0.05)。

因此,在所有地区,在2000年初快速退缩和加速开始之前,都发生了实质性的减薄。为了评估地表融化增加对减薄的潜在贡献,我们检查了RACMO2.3p2估计的表面质量平衡(SMB)相对于1961-1990年基线平均值的变化。我们估计。

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