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当前，格陵兰冰盖质量损失影响海平面上升，彼得曼冰架（Petermann Ice Shelf）基底融化机制不明。研究人员利用 3-D 数值模型研究其在不同排放情景下的融化情况。结果发现冰下排放增加会加剧融化，且热通量效率存在 regime shift。该研究为理解冰架稳定性提供依据。
在地球的北极地区，格陵兰冰盖正经历着显著的变化，它如今已成为导致海平面上升的重要因素。其中，彼得曼冰架作为格陵兰冰盖的一部分，其稳定性至关重要。以往研究认为，彼得曼冰架基底融化主要是由于海洋温度上升。然而，随着研究的深入，人们发现冰下排放（subglacial discharge）也会对基底融化产生影响，但其中的机制以及在气候变暖背景下的演变情况却并不清楚。为了揭开这些谜团，来自瑞典斯德哥尔摩大学（Stockholm University）、挪威阿克瓦普兰 - 尼瓦（Akvaplan - niva）、挪威极地研究所（Norwegian Polar Institute）等机构的研究人员 Abhay Prakash、Qin Zhou、Tore Hattermann 和 Nina Kirchner 开展了相关研究。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为深入理解冰架融化机制提供了重要依据。
研究人员运用了高分辨率非结构化网格三维海洋 - 海冰 - 冰架区域模型（3-D numerical regional ice shelf–ocean model），该模型以彼得曼峡湾（Petermann Fjord）为中心，能够较为精确地模拟冰架与海洋之间的相互作用。在模型中，研究人员引入了冰下排放在不同情景下的变化，包括当前夏季平均排放（Qsg-present）、高排放代表性浓度路径 8.5（RCP8.5）情景下的排放增加（Qsg-RCP 8.5）以及中间排放情景（Qsg-median） 。通过这些设定，研究人员对冰架腔体环流和基底融化速率的响应进行了模拟研究。
响应腔环流和基底融化对当代排放
在控制实验中，彼得曼冰架基底融化速率呈现出从靠近崩解前沿的较低值，到靠近接地线处较深区域的较高值的变化趋势。当引入当代夏季平均冰下排放后，模拟结果显示整个区域的平均融化增强，且融化主要集中在沿冰架长度方向的基底通道。在这些通道的较深区域，融化速率增加最为明显，最高可达约 100m/yr。进一步分析发现，与控制实验相比，当代排放使得基底融化速率（mbpgis和mb300m）分别增加了 41.2% 和 68.1%，这主要是由摩擦速度（upgis?和u300m?）的显著增加以及热驱动（ΔTpgis和ΔT300m）的适度增加导致的。冰下排放增强了峡湾尺度的翻转环流，使得大西洋水更深入地流入峡湾内部和接地线，促进了热量和盐分的输送，从而增加了热驱动，同时也加剧了剪切驱动的湍流混合和热传递，进一步推动了融化。不过，大量融水的产生和流出在一定程度上降低了局部的热驱动，使得热驱动对融化的贡献主要集中在冰架较深区域。
排放增加和热泵的饱和
当从控制实验过渡到 RCP 8.5 情景下的高排放（Qsg-RCP 8.5）以及中间排放情景（Qsg-median）时，模拟结果显示基底融化显著增加。例如，从控制实验到 RCP 8.5 情景，mbpgis和mb300m分别增加了 168.4% 和 217.2% 。这些增加主要是由摩擦速度（upgis?和u300m?）的大幅增加驱动的，而热驱动（ΔTpgis和ΔT300m）的增加相对较小。综合所有实验结果发现，热泵在引入当前夏季平均冰下排放时对冰架腔体热量输送的影响最强，但当排放增加到约为当前四倍（Qsg-median 与Qsg-present 相比）时，热驱动的增加速率变低。在 RCP 8.5 情景下，排放进一步增加，热泵在增加基底融化方面的效率趋于饱和，此时融化速率主要取决于摩擦速度。这表明在冰架腔体中，热通量效率发生了 regime shift。
融水汇聚和通道稳定性
研究人员通过追踪冰架较深区域表层盐度来研究融水的空间分布。结果发现，与控制实验相比，排放驱动的实验中整个区域几乎都出现了盐度降低的现象，且显著变淡的区域与四个主要的冰架基底通道一致。在这些通道中，尤其是在顶部，盐度变化最为明显，在 RCP 8.5 实验中相对于控制实验盐度降低了高达 1.06 psu。这些融水汇聚的位置与最大融化速率增加的位置一致，最高融化速率增加可达 181.5 m/yr，相比控制实验增加了七倍。虽然热驱动在融水汇聚的顶部并非最高，但在 RCP 8.5 实验中，与控制实验相比，在靠近接地线的横截面上，热驱动仍有 0.02 - 0.12 °C 的增加。同时，摩擦速度剖面与基底融化速率剖面几乎一致，在顶部的增加最高可达 0.03 m/s。通过计算不同冰架基底通道部分（西部Sw、中部Sc和东部Se）在 RCP 8.5 实验中的年平均基底融化速率，发现Sw的平均基底融化速率最低，但由于其平均吃水深度最浅，其侵蚀时间尺度与平均融化速率最高的Sc相当。而Se虽然平均融化速率低于Sc，但由于其平均吃水深度最深，表现出最大的抗侵蚀能力。这表明在 RCP 8.5 情景下，来自接地线上游的冰平流可能不足以补偿由于强烈的通道化基底融化导致的冰架变薄。
研究结论表明，冰下排放对彼得曼冰架基底融化有着重要影响，且在不同排放情景下，热通量效率会发生改变。这一发现挑战了以往将冰架基底融化主要归因于海洋变暖的观点，揭示了大气变暖通过激发海洋融化过程，在加剧冰架基底融化方面可能发挥着主导作用。这对于预测彼得曼冰川未来的稳定性以及对海平面上升的影响具有重要意义。此外，研究还指出，当前对冰架 - 海洋相互作用的理解仍存在不足，未来需要进一步开展相关研究，包括利用耦合冰流 - 海洋模型等，以更深入地探究冰架融化的复杂过程。同时，研究结果也可能适用于其他具有类似条件的冰川，如 Ryder 和 Nioghalvfjerdsbr?（79N）冰川，为全球冰川融化研究提供了新的视角。在研究方法上，本研究主要运用了高分辨率非结构化网格三维海洋 - 海冰 - 冰架区域模型，通过设置不同的冰下排放情景，模拟冰架腔体环流和基底融化速率的变化；并通过分析表层盐度、温度、摩擦速度等参数，研究融水汇聚、热驱动和通道稳定性等相关问题。这些方法为研究冰架 - 海洋相互作用提供了有效的手段，有助于深入理解冰川融化机制。
