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新研究修正海平面到2100年前上升量的估计 我们变得更安全了吗?

南极的派恩岛冰河。 PHOTOGRAPH BY MICHAEL MARTIN, LAIF/REDUX

南极的派恩岛冰河。 PHOTOGRAPH BY MICHAEL MARTIN, LAIF/REDUX

南极的大英国协冰川。 Eli Duke, via flickr, (CC BY-SA 2.0)

南极的大英国协冰川。 Eli Duke, via flickr, (CC BY-SA 2.0)

(36500365uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:ALEJANDRA BORUNDA 编译:蔡雅铃):针对南极正在融化的冰河所做的新分析,改进了我们对气候变迁的了解,然而它对全球的冲击风险依然居高不下。

格陵兰和南极的冰正空前快速地流失,这样的消息并不完全是新闻。

不过2016年时,有个令人惊讶的想法在科学界引起骚动:暖化的地球可能会促使南极冰原边缘的高耸冰崖,像骨牌倒塌那样自我毁坏。

而更令人吃惊的是,在这种失控的情境下冰将会非常迅速地后退,光是南极洲本身,到2100年以前就能造成海平面上升大约91公分,这速度比先前预测在本世纪末只会上升几公分的结果要快上许多。

不过2月6日发表在《自然》期刊的两份新研究却暗示,未来数十年发生的退却程度可能更为保守。这两份研究修正了海平面到2100年前上升量的估计,并建议说在「最糟」情境下,南极造成全球海洋的上升量大概在7.6到40.6公分。

若再加上其他过程所造成的海平面上升, 例如海洋因暖化而膨胀(可能增加25.4公分),山岳冰河融化(大约15.2公分),以及储存在陆地的湖泊与河川里的水文变化(2.5到1.2公分),得到的总量会介于略低于61公分和稍高于91公分之间,还是个令人气馁的数字。

两份研究的作者都说,虽然数字下修,但情况还是非常不乐观。 增加的水量还是非常巨大,足以溢上海岸,从波士顿到上海等各个城市都会受害。 不过海平面上升所带来的最激烈冲击,他们说,可能只在本世纪结束后才会发生,这给世界各地的小区更多时间来适应。

此外,格陵兰和南极冰原的改变也可能造成全球气温、海洋环流和气候系统其他部分的偏移,其中一份研究的第一作者,惠灵顿维多利亚大学南极研究中心的气候科学家尼克. 高利奇(Nick Golledge)说。

「对海平面的估计也许不像我们想象的那么糟糕,不过气候的预测却是更差。」高利奇说。

等等! 冰原多快会消失?

每年有愈来愈多证据指出,格陵兰和南极的冰原正在变小。 不过科学家和各地关注未来的社群最想解决的问题是:冰原会变得多小? 还有多快会变小?

而答案的回响将跨越到科学社群之外。 如果帛琉的居民在2100年将面临有额外91公分的水溅到门阶上的情况,他们需要尽早知道。

为了回答这些问题,科学家必须发展能仿真冰原行为变化的计算机模型。 而为了检查做得对不对,科学家会拿模型的结果与真实观测做比较。

但是直到最近才有卫星被发射到太空中,从远处精确评量冰原,对脱落的冰量也才有了具体的概念。 这些数据也只能回溯到几十年前,只能算是地球历史一眨眼的瞬间。

所以科学家回头检视过往时期,直到如大约340万年前的上新世(Pliocene),或是将近12万年前和现在一样暖或更暖的上一次间冰期(Last Interglacial),测试这些时期的模型, 是否符合过去我们所了解的冰原融化和海平面上升的情形。

一份由麻萨诸塞大学和宾州州立大学的研究人员所做的研究发现,他们模型里的冰原只有在加入「海洋冰崖不稳定性」(marine ice cliff instability)的机制才能符合过去的数据。

这个概念很简单:冰是像钢或木头一样的物质,只能容忍一定程度的应力,再大就会弯曲或断掉。 许多格陵兰和南极的冰原向外伸展到四周的海里,有如蘑菇的伞盖漂浮在水里一般。 冰原边缘的部分是被冰棚的长舌支撑着,这样有助于保持它们后面冰层的稳定。 不过如果那些冰棚不见了,它们会在尾波里留下高崖屹立在海上或岩石上,而如果那些冰崖超过91.4公尺,后面的冰就会弱化,折断成非常巨大的冰块。
这个叫做「海洋冰崖不稳定性」(MICI)的过程,在格陵兰的雅各布布港冰河(Jakobshaven)似乎正在发生,一个底部有支撑的冰棚融掉后造成后面冰河退却的更快,「就好像和冰原之间的拉链被拉开了。 」没有参与这项研究的宾州大学气候科学家理查德. 艾利(Richard Alley)在一份电子邮件里写道。

MICI在南极还不曾被观测到,那里的冰河规模大很多。 不过如果MICI在那里被触发,作者认为某些像南极西部的斯维特(Thwaites)或派恩岛(Pine Island)那样的大型冰河的倒塌,可能迅速且不可逆地接着发生,在后续几百年里将带给海洋额外274公分高的水。

这些数字比先前大多数的估计还要大而且更快成真。 所以整个科学社群里的研究人员开始问:真的有MICI吗? 它可能影响南极西部的大型冰河吗? 那些冰河有的至少是雅各布布港的十倍大。

「问题是它还不曾在南极被观察到,当然在这种尺度也没发生过,」没有参与这项研究的比利时布鲁塞尔自由大学(Free University)的冰河学家法兰克. 派坦(Frank Pattyn)说:「我们都在问这种机制放到较大的冰河还管用吗? 」

模型需要MICI吗?

伦敦国王学院的气候科学家谭辛. 爱德华(Tamsin Edwards)在阅读论文原文后,马上想到是否能用仔细且复杂的数学来更好地确认MICI发生的可能性。

她当时正在法国格勒诺布尔(Grenoble)访问,就在处于雪峰之间的办公室里开始建立模型,使用统计数字挖掘出不同的物理过程,如何影响冰棚整体的形状、大小和行为的细节,时间则包含过去地球气候历史上的热点, 以及卫星数据能精准指出冰原融化量最大地点的现代时期。 一旦她得到的模型结果能符合描述过去和现在的数据,她会更有信心能做好对未来的预测。

她发现当模型把MICI的部分「关掉」后,还是能得到与过去和现在冰原重建后相符合的结果。

这不代表MICI不存在,她说。 不过的确表示要做更多任务作才能了解它如何、为何以及何时会发生。

而当她和同事检视没有MICI的模型,预测出的冰原未来状况时, 她们发现在联合国气候变迁政府间专家委员会(IPCC)所评估的RCP8.5情境下(通常被指为最糟情境),在2060至2070这十年间,海平面上升会暴涨,但是也不会超过40.6公分。

冰原融化与全球暖化

由高利奇所领导的团队在另一个独立的分析里发现,他们的冰原模型结果和现代以及上一个间冰期的纪录比起来相当接近,而MICI也是被模型排除掉的因素。 他们发现仅靠着暖水浸泡着冰原的底部,就足以让冰原的关键部分融化掉。

他们也使用这个模型来预测未来数十年间,格陵兰和南极的冰原将如何加速融化。 如果这个世界继续无节制地燃烧温室气体,就像最糟情境的设定那样,作者群预测这二个冰原在2100年前,会为全球海洋增加大约25.4公分的高度。

这个数字和IPCC在2013年所做的完整报告中,对最糟情境的预测差不多,那个结果显示大约有22.8公分的海平面上升,是来自格陵兰和南极的贡献。

海平面上升的估计也许变小了,但是冰原融化对气候影响的整体情况却是更加严峻。

为了知道极地冰融的冲击会如何影响距离遥远的其他地区的气候及海洋,高利奇和同事也把他们的冰原模型和全球气候模型链接起来(过去冰原模型一向是分开运算,主要是因为计算机尚未强大到足以将二者链接起来)。

他们发现冰原产生的变化会深深影响全球气候,像是减缓海洋主要环流路径、让世界各地的气温产生偏移,以及使气候每年更加变化无常。

「发生在南极的事不会只局限在南极,这是模型明明白白显示的。 」派坦说。

而冲击已经从两极地区向外扩散。 「在我们生活的这个年代,过去这几年已经看到极端天气事件变得愈来愈常见,」高利奇说:「处理平稳的暖化在各方面来说都比较容易。 但是如果事情变得无法预测,而且年年差异极大,那么社会要解决的问题就困难多了。 」

未来的MICI

MICI存在吗? 答案还不是很清楚,并未参与这些研究的加州大学尔湾分校冰雪圈科学家马修. 摩力根(Matthieu Morlighem)说。 不过,科学家正积极地投入解决这个问题。

「大家最想要的就是找出格陵兰和南极每一条冰河都适用的定理,它能说明冰河是如何崩解和改变。 」摩力根说。

而我们当然也不该将MICI排除在外,艾利说:「如果暖化的程度足以除去南极西部斯维特冰河的冰棚,迫使冰原后退到更深的盆地里,崩解的冰崖可能会比发生在雅各布布港的更高、更宽,而这件事所产生的更高的应力,根据众所周知的物理定律, 预计会让破裂的速度变快,」他写道:「因此后退的真正机会要超过某个临界值会变得非常迅速。 」




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