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精密測量院在格陵蘭冰川動(dòng)態(tài)模擬和機(jī)理認(rèn)識(shí)方面取得重要進(jìn)展
近日，精密測量院江利明研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國謝菲爾德大學(xué)、美國達(dá)特茅斯學(xué)院及英國杜倫大學(xué)等國際科研機(jī)構(gòu)，基于高分辨率遙感數(shù)據(jù)和ISSM冰流模型，成功重建并深入解析了格陵蘭雅各布港冰川（Jakobshavn Isbr?，亦稱Sermeq Kujalleq）在2016至2022年間的動(dòng)力學(xué)變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究揭示了冰川末端退縮、冰厚變化及冰下水文過程對(duì)冰流速變化的復(fù)雜影響，顯著提升了冰川動(dòng)力學(xué)模型在格陵蘭冰蓋未來演化及全球海平面上升預(yù)測中的適用性。該研究成果近日發(fā)表在國際知名期刊《地球物理研究通訊》（Geophysical Research Letters）上, 由Nature lndex收錄。
格陵蘭冰蓋（GrIS）是全球第二大冰體，通過溢出冰川向海洋輸送冰量，在全球海平面變化中起著關(guān)鍵作用。觀測和數(shù)值模擬表明，格陵蘭冰川的退縮與加速已導(dǎo)致冰蓋質(zhì)量損失加劇，自20世紀(jì)末以來，該過程已貢獻(xiàn)了格陵蘭總質(zhì)量損失的66±8%，相當(dāng)于全球海平面上升約9.1毫米。然而，溢出冰川的運(yùn)動(dòng)機(jī)制極其復(fù)雜，受冰川末端退縮、冰厚變化、基底摩擦和冰下水文過程等多重因素調(diào)控，如何準(zhǔn)確模擬這些關(guān)鍵過程是冰川動(dòng)力學(xué)研究的核心挑戰(zhàn)之一。研究團(tuán)隊(duì)利用高時(shí)空分辨率遙感數(shù)據(jù)，提取雅各布港冰川的末端位置變化，并結(jié)合多種冰流關(guān)鍵過程的遙感監(jiān)測產(chǎn)品，采用ISSM冰流模型，對(duì)2016至2022年間的季節(jié)性和年際變化進(jìn)行精細(xì)建模。
圖 a-e 為模擬與觀測冰流速的對(duì)比及控制實(shí)驗(yàn)，圖 f-h 為兩者差異，圖 i-k 為 0-40 km 范圍內(nèi)的對(duì)比分析
研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以觀測的亞月度冰川末端位置作為強(qiáng)迫條件時(shí)，模型可再現(xiàn)約76%的流速變化。在冰川末端0-10公里范圍內(nèi)，模型化與觀測流速的誤差與“浮力以上高度”（Haf）的變化顯著相關(guān)。Haf作為有效壓力變化的代理變量，納入模型后可解釋冰川末端0-10公里范圍內(nèi)90%以上的誤差。模型考慮瞬態(tài)基底摩擦變化和冰厚引起的有效壓力變化后，地表徑流變化與流速殘差誤差的峰值一致，表明地表融化對(duì)冰流速的短期影響低于10%。研究表明，Jakobshavn Isbr?冰川的流速變化主要受末端位置變化的驅(qū)動(dòng)，但冰厚變化和冰下水文過程引起的有效壓力及基底條件的季節(jié)性變化也對(duì)其年際和季節(jié)性加速有顯著影響。隨著冰川向更深盆地退縮，其對(duì)季節(jié)性有效壓力變化的敏感性將持續(xù)存在。該研究首次系統(tǒng)量化了末端退縮、冰厚變化及水文過程對(duì)格陵蘭冰川動(dòng)力學(xué)的影響，并強(qiáng)調(diào)了在數(shù)值模型中準(zhǔn)確參數(shù)化冰下有效壓力的重要性。研究成果將提升格陵蘭冰蓋未來演化的預(yù)測精度，為全球海平面上升評(píng)估提供更可靠的科學(xué)依據(jù)。
圖a-c展示了Haf變化與冰流速的對(duì)比，圖d-e展示了將Haf變化納入模型后的結(jié)果變化
圖f-g為觀測和模擬流速殘余差異與徑流變化的對(duì)比
本研究以“Ice Thickness-Induced Variations in Effective Pressure and Basal Conditions Influence Seasonal and Multi-Annual Ice Velocity at Sermeq Kujalleq (Jakobshavn Isbr?)”為題在線發(fā)表，精密測量院為該項(xiàng)研究的第一完成單位，研究員江利明為通訊作者，博士生魯茜為論文第一作者。
該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)和國家自然科學(xué)基金等支持與資助。
論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL111092