帖子:识别三个“引爆点”在南极洲的松岛冰川

南极洲看似遥远对于大多数人来说,然而,这遥远的大陆包含冰足以提高世界各地的海平面几十米。它的命运有重要意义对全球沿海地区和数十亿的人住在一起比较好。

冰目前关押在南极冰盖流冰的海岸在河流,被称为冰流或冰川。这些流比周围的冰快得多。

许多大型冰川的加速和撤退排水南极冰盖被称为“动态冰损失”。它固执地仍然是最大的不确定性来源预测未来的海平面上升(pdf)。

关注的原因之一是,持续的全球变暖可能导致一些冰川十字”引爆点”被称为“海洋冰层不稳定”。临界点是阈值小,增量变化可能将系统推向一个全新的状态。

能够确定如果一个临界点可能越过气候预测是至关重要的,因为合成的变化实际上是不可逆转的。一旦越过,甚至减少温室气体排放回工业化前的水平可能不足以恢复失去的是什么。

在一项新的研究中,发表的冰冻圈,我和我的合作者识别三种不同的转折点在南极洲西部的模拟模型的松岛冰川,——如果交叉——可能导致快速和不可逆转的撤退。我们还表明,存在潜在的早期预警指标信号在阈值接近。

临界点和滞后

的冰盖不导致海平面,必须有一个平衡质量损失——通过融化在海洋和断裂,或“崩解”,冰山,质量通过降雪。

在海洋冰层,如南极洲西部,冰是基于地面低于海平面。在这种情况下,可能出现的情况下当撤退的冰盖变得自立,把冰盖更加失去平衡。这种“正反馈”被称为海洋冰层不稳定(斯)。

海洋冰层易斯,但积极的反馈,使这个过程的一个转折点是由内部冰动力学和对本地和远场条件十分敏感。这使得很难分类是否一个冰川已经越过临界点。

临界点像斯是一个“磁滞回线”,在系统的反应条件的改变取决于这一变化的历史。

下图展示了不同的方法,一个系统——如冰川——可以强迫响应,如海洋变暖。在示例一),系统响应在一个近似线性,用小反应很大迫使(红色箭头),也可以直接恢复的如果,强迫逆转(蓝色箭头)。冰川,这将意味着,虽然气候变暖会导致冰川后退,冷却将停止-并最终逆转撤退,看到冰川重建本身。

在例子b),系统有一个很大的回应小强迫,但它仍然可以直接恢复。

然而,在c),系统有两个潜在的状态(x1和x2)。越过临界点时,系统跳转到另一个分支的磁滞回线和返回到前一个分支变得非常困难。这是磁滞行为。

冰川,这可能意味着跨越临界点,看来继续撤退到一个新的、更小的国家,即使全球变暖了。,一旦新的状态,需要一个更大的全球气温下降再生的冰川。

重要的是,值得注意的是,简单地观察一个快速和大变化系统并不意味着一个转折点已经越过。相反,它可能是扭转这一变化仍然会导致响应,一个同样大的逆转,b)在上图中所示。

南极洲的弱肋

南极洲西部的地区尤其令人关注的是阿蒙森海地区,看到了近几十年来迅速减少冰体积。这里,温暖的洋流运输到大陆架和所有的接地线等冰川的松岛冰川(猪)。

(接地线一点上,冰川,坐在海底,成为冰架浮水面。在冰盖是最容易受到气候变暖。冰川变薄,更多的冰将海底升空和浮动,导致接地冰线撤退。)

此外,猪和邻国Thwaites冰川斯被认为是敏感的。事实上,猪已被称为“薄弱的地方“南极西部冰盖。

科学家们认为一段时间猪可以跨越一个引爆点,或者它已经。然而,确认这个在冰盖模型通常需要非常耗费时间的模拟,寻找几千年后的未来。

由于这个原因,有大量的冰盖模型,寻求量化多少猪将有助于未来的海平面上升,但没有严格确定冰川将跨越一个引爆点。幸运的是,在其他领域已经变得越来越受欢迎的一种方法可以提供有用的见解临界点的行为。

预警指标

研究表明,在一般情况下,系统方法特定类型的临界点,他们开始向扰动响应较慢。

这种行为被称为“关键放缓”和统计工具称为预警指标(EWIs)可用来检测它。这可以提供一个早期预警的一个接近临界点。此外,这个关键收益放缓直到达到一个限制——《引爆点》本身,因此可以作为预测工具。

一般这种现象的本质和普遍存在的转折点在各种各样的领域——意味着EWIs很快发现不同的应用程序。之前发现了重要的迹象野生动物种群崩溃,发作的癫痫发作和金融市场的崩溃,等等,不一而足。

话虽如此,也不能保证总是会放缓检测至关重要。冰盖和冰川构成特定问题在这方面,因为他们通常在很长时间尺度的变化做出反应。

这意味着目前的观测记录——本质上的开始卫星时代——不太可能足够长的时间来发现这些信号在现有数据。因此,替代方法是看模型模拟。

松岛冰川的临界点

我们的研究使用最先进的模型模拟猪首次详细探讨这些想法。

冰盖模型是由缓慢增加温度,变化在海洋条件旨在密切模仿自然变化。增加的时间模型来适应这种变化,关键放缓——显然是检测在仿真的几个点,确认EWIs可以应用于斯。

我们验证响应通过运行模型在很长一段时间内表明这些快速撤退的时间,确定为EWIs临界点,对应磁滞行为,最终导致不可逆转的冰的损失。

我们的结果是第一个严格建立猪确实跨越临界点,以应对不断变化的海洋条件。

你可以看到这些在下面的地图和图表。顶部的两个地图显示的顶视图模拟接地冰线位置的前后猪三临界点。底部的数据说明接地冰线撤退的剖视图和增强融化在斯米事件。

有趣的是,EWIs能够检测三个不同的临界点,特点是快速冰损失——其中包括两个小的跟着一个大事件,导致冰川的彻底崩溃。没有EWIs的帮助,前面两个临界点很容易被忽视,但这一事实产生的冰的损失是不可逆转的非常相关。

这是下面的图表所示,表明猪经历一段快速、自激的和不可逆转的穿越每一个临界点后质量损失(蓝点编号)。实线是模拟质量损失(在海平面当量),而虚线显示磁滞行为,前面所述。

右边的图显示了一个放大视图的模型响应较大的临界点(事件3)之前,显示了我们的三个窗口分析预警指标(红色条纹)。

模型模拟也提供了一个很好的预测当这些临界点将交叉,因为他们倾向于一个关键的价值大约在正确的时间。

在这个造型研究中,融化的增加相当于+ 1.2 c海洋温度的变化足以把猪从稳态彻底崩溃。

这就引发了一个问题:全球变暖将导致温度变化多少级?不幸的是,南极洲周围的洋流将如何变化是一个非常具有挑战性的话题目前占据一个大型社区的科学家。

然而,预计猪和邻近的冰川将更频繁地受到温暖的洋流随着全球气温升高,改变大小的可能性越来越大。

此外,南极洲附近洋流本身可以交叉引爆点,导致大的区域,以前在温水置身事外暴露在类似条件的阿蒙森海。在第二篇论文,发表在自然通讯,我和我的合作者展示的复杂性应对气候变暖,冰川与最初寒冷的水域前温度急剧增加。大气之间的相互作用,冰和海洋模型很难但临界点的可能性在一个系统中触发另一个称为转折点引爆级联——提出了一个非常现实的风险,在这方面需要更多的研究。

一个社会临界点

研究到人类如何共同应对tipping-point-type事件告诉我们,距离的不确定性的威胁中起着举足轻重的作用在决定是否可以成功地合作,以避免它。

如果集团知道高程度的确定性的威胁所在,他们将更有效地处理它。事实上,从合作合作已被证明“社会临界点”,这样持续增加的不确定性超过一些阈值会导致一个突然的转变从一个到另一个。

南极洲的困难是,因为相对缓慢的海平面变化和当前的贡献,也许不听起来很令人担忧的对许多人来说,似乎很遥远的威胁。

然而,临界点的存在由斯意味着,继续排放,我们可能会致力于冰世纪的持续损失积累非常重要的海平面上升。

因此,这是一个强烈的动机冰川学家继续努力更好地理解过程如斯和这些临界点可能躺在未来。