#南极洲#Science特刊讨论南极冰盖过去与未来的变化 |南极半岛|人造卫星|融水|

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2020年3月20日，《科学》（Science）发表南极主题特刊，回顾了南极冰盖的形成历史及控制其存在的地质过程，分析了冰盖的演化与其周围海洋相互作用的影响，讨论了未来气候变化背景下南极冰盖可能发生的变化。本文就该主题特刊的主要内容进行了整理，以供参考。
1 南极冰盖的变化
《南极冰盖的历史、质量损失、结构和动力学行为》（History, Mass Loss, Structure, and Dynamic Behavior of the Antarctic Ice Sheet）一文指出，通过来自卫星和机载系统多种相互独立的观测，量化得到近期南极冰层变化的证据包括：质量损失、表面高度下降和表面速度增加。
（1）质量损失。重力恢复与气候实验（GRACE）卫星数据显示， 2002—2017年，南极西部冰盖的质量损失集中在阿蒙森海（Amundsen）和别林斯高晋海（Bellingshausen），而南极东部部分地区和坎布冰河（Kamb Ice Stream）沿岸的质量有所增加。
（2）表面高度下降。在南极西部的阿蒙森海、别林斯高晋海以及南极东部的威尔克斯地（Wilkes Land），海拔高度在25年间明显下降。松岛冰川（Pine Island）、思韦茨冰川（Thwaites）和史密斯-波普-科勒冰川（Smith-Pope-Kohler）在此期间经历了最大的海拔下降，变化速度高达9 m/年。由于降雪量的增加，南极东部某些边缘的海拔高度正在增加。沿塞普尔海岸（Siple Coast），坎布冰河内部在过去20年以0.65 m/年的速度增厚。
（3）表面速度增加。基于干涉式合成孔径雷达（SAR）观测和斑点跟踪（speckle tracking）的速度观测显示，南极半岛冰盖速度的变化非常显著，在拉森冰架坍塌后冰川补给加速。 1990—2010年，松岛冰川的流动速度翻倍，而其接地线位置后退了30多公里。南极半岛的平均气温在1950—2000年上升了4 ℃ ，在此期间，拉森A和B冰架分别于1995年和2002年崩塌，之后冰川对拉森B冰架的补给加速。在拉森B冰架坍塌之前，冰架表面被湖泊覆盖，这表明气温升高和表层融水会破坏冰架的稳定性，导致南极的冰更快地流入全球海洋。
2 预测南极冰盖的未来
《南极冰盖不确定的未来》（The Uncertain Future of the Antarctic Ice Sheet）一文指出，南极冰盖质量损失速度正在逐渐加快，在未来几十年和几百年，冰盖的流失很可能会继续。
制约准确预测南极冰盖未来变化响应的一个主要因素是，全球变暖如何与海洋动力学产生联系，使绕极深层水（CDW）穿越大陆架，从而使次表层冰架融化增加。过去10年，科学家已经进行了大量模拟研究，分析在未来不同的气候变暖情景下，最脆弱的西南极洲（WAIS）是否会发生崩塌。研究发现，未来几个世纪到一千年的时间范围内，冰川接地区将撤退到西南极洲中部地区，对全球平均海平面上升的贡献达到几米。尽管崩塌开始的时间在各个模型和情景中都大不相同，但在百年时间尺度上未能减缓温室气体排放的情景下，所有模型中都会发生西南极洲崩塌。
在全球持续变暖的情况下，南极冰架能够继续存在且冰盖保持稳定的阈值是全球年平均气温与目前相比升高幅度不高于1.5~2 ℃ 。当超过这一阈值，将有大量冰盖变化和海平面上升，这可能需要数千年的时间才能完全实现，并且在更长的时间尺度上可能是不可逆的。由于冰-气候系统强烈的正反馈作用，冰盖的某些区域达到临界点，可能导致海平面上升的速度至少比现在观测到的大一个数量级。
3 未来需要填补的知识缺口
过去10年，科学家在了解冰盖、大气和海洋之间基本过程以及冰盖不稳定性机理方面已经取得了可观的进步。但是，除了缺少关于冰盖变化驱动因素的知识外，对于海洋冰盖退缩动力学内在的关键物理过程仍然知之甚少。这些过程包括：①导致海陆冰架融化的海-冰界面过程；②崩塌和水力破裂过程；③冰盖基底滑移和冰下沉积物变形；④冰川静力调整（GIA）。这些知识缺口将造成无法准确预测南极冰盖质量损失发生的时机和量级，以及确定南极冰盖可能的临界点。