《Frontiers in Marine Science》：Evaluating ice shelf basal melt rates in the Southern Ocean high-resolution model against satellite remote sensing
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温暖海洋导致的冰架融化速率对南极冰盖物质平衡具有关键影响，并进而影响海平面上升速率。对模拟冰架融化速率的验证与调优是一项挑战。研究人员通过展示由南大洋高分辨率模型（SOhi）在2007年计算得到的融化速率的验证结果来讨论上述问题。SOhi包含完整物理过程、潮汐
温暖海洋导致的冰架融化速率对南极冰盖物质平衡具有关键影响，并进而影响海平面上升速率。对模拟冰架融化速率的验证与调优是一项挑战。研究人员通过展示由南大洋高分辨率模型（SOhi）在2007年计算得到的融化速率的验证结果来讨论上述问题。SOhi包含完整物理过程、潮汐以及更新的水深地形汇编数据。研究人员将模型结果与两种卫星反演估计进行对比。总体而言，研究发现模型高估了冰架融化，并将其归因于部分区域海洋模式的初始（暖）条件、另一些区域的水深地形不确定性、部分冰架上的简化物理过程，以及卫星反演估计本身的固有局限。尽管如此，SOhi模型仍提供了南极周边冰架融化速率的全面而精细的制图；它再现了接地线（grounding line）和冰架前缘附近较高的融化、冻结区与高融水产出区的分布差异。所识别的模型与卫星估计之间的差异为模型改进提供了指引，为冰架腔（ice shelf cavity）的额外观测提出了需求，并为构建约束模型的校准/验证数据集提供了依据。
研究背景方面，2024年全球年平均温度较工业化前水平升高超过1.5 °C，1993年以来全球平均海平面已上升11.1 cm，上升速率由0.21 cm/year翻倍至0.45 cm/year，若不采取适当适应措施，到2100年沿海洪灾损失每年可达27万亿美元。当前海平面估算的重要不确定性来源是南极冰盖（Antarctic Ice Sheet）。与格陵兰约一半质量损失来自表面融化不同，南极质量损失主要由冰川和冰流速度变化驱动，而后者受海洋向冰川边缘输入热量的控制。冰川流入海洋后达到流体静力平衡并形成漂浮冰架，冰架对大陆冰体施加支撑力（buttressing force），减缓冰川向海流动；温暖高盐海洋造成的冰架底部过度融化将使冰架变薄、迫使接地线退缩，削弱支撑力并增大冰川速度，进而贡献海平面上升。因此改进对驱动南极冰架底部融化的海洋过程的认识，对负责海平面上升预估的冰盖模型至关重要。近年来已发展多个泛南极海洋模式，其中SOhi已在陆架上用现场（in-situ）观测评估，并被用于识别环极深层水（CDW）的路径与传递函数及研究CDW入侵的季节变化。由于缺乏足够数量的现场观测，本研究首次对SOhi计算的底部融化速率开展定量评估，所用卫星反演融化数据来自Rignot et al. (2013)和Adusumilli et al. (2020)，该对比作为评估模型再现冰架融化速率准确性的替代手段，并为评估SOhi未来版本及与其他海洋模式比较建立基线。
研究人员开展的这项研究基于SOhi模式输出，与两套卫星反演冰架融化速率进行逐冰架对比，得出模型总体上高估融化、但能再现融化空间格局的结论，其意义在于识别出模型与观测差异的成因，为模型改进、冰架腔观测需求及校准/验证数据集构建提供指引。
关键技术方法方面（不超过250字）：SOhi基于麻省理工学院通用环流模式（MITgcm），85.5°S至40°S分辨率为1/24°、40°S至赤道为1/12°，南极边缘（约75°S）空间分辨率约1.2 km，垂向225层；初始条件取自南大洋状态估计（SOSE）并与海洋综合图集混合，赤道开边界采用ECCO版本4 release 4，潮汐强迫使用NASA SPICE工具包输入，大气强迫为ERA-5，水深地形来自GEBCO 2020与BedMachine v1.39，后更新为Charrassin et al. (2025)新数据集；模式先以1/12° spin-up 1年，映射至1/24°网格再运行9个月，输出覆盖2005年9月至2007年12月。研究验证2007年10月1日至12月31日的平均融化速率，并与Rignot et al. (2013)（ICESat-1激光测高，2003–2008年）和Adusumilli et al. (2020)（Cryosat-2雷达测高，2010–2018年）的冰架融化估计对比，采用最近邻插值将模式输出插值到卫星产品原生网格，计算均值、标准差与Pearson相关系数，并对各冰架90百分位以上的"高融化"区域计算面积重叠百分比。
研究结果方面：3.1趋势——SOhi总底部融水产量随模拟时间下降，属模式伪迹，初始约10,000 Gt/yr，至2007年12月降至约4,500 Gt/yr，下降主要由Filchner-Ronne冰架驱动，其次为东南极冰架，西南极、南极半岛和Ross冰架总融化速率变化不显著；因融化速率仍在演变，研究采用最后3个月平均值作为SOhi最佳估计，结果应视为初步评估而非平衡或优化状态。3.2底部融化速率——2007年12月SOhi泛南极底部融化速率为4,789 Gt/year，约为Rignot et al. (2013)估计1,500 ± 237 Gt/yr和Adusumilli et al. (2020)估计1,260 ± 150 Gt/yr的3倍；Filchner、Amery和Getz三个主要冰架占差异的一半，相较Rignot et al. (2013)，SOhi对Filchner高估641 Gt/yr、Amery高估533 Gt/yr、Getz高估509 Gt/yr；在47个冰架中，16个融化速率落在至少一套卫星估计的不确定范围内，31个超出两套估计的不确定范围；沿Pine Island、Thwaites、Totten和Shackleton冰架断面比较显示，SOhi再现了Amundsen海湾区Pine Island和Thwaites接地线附近>100 m/yr的融化速率，Totten和Shackleton接地线与冰架前缘附近融化与卫星数据一致，最大偏差出现在距接地线20 km以远区域。3.3底部融化格局——在Filchner-Ronne，SOhi融化与冻结格局与卫星估计相似但量值更大；在Ross，卫星显示相当部分冰架冻结，而SOhi多为接近零的融化、无冻结区；在Amery，观测显示西北象限和冰架前缘附近冻结，SOhi虽存在部分冻结但整体以大面积融化为主且量值更大；在Larsen C和Larsen D，Rignot et al. (2013)显示大部分冻结而Adusumilli et al. (2020)显示融化，SOhi结果介于两者之间。SOhi与Rignot et al. (2013)在47个冰架的平均相关系数为0.36，17个冰架相关系数超过0.5；与Adusumilli et al. (2020)平均为0.31，10个冰架超过0.5。高融化区域中，相较Rignot et al. (2013)，SOhi在43个冰架融化更高、平均重叠37%；相较Adusumilli et al. (2020)，SOhi在39个冰架融化更高、平均重叠32%。
讨论部分总结：定量对比表明SOhi再现了冷腔冰架总体融化与冻结格局，并捕捉到接地线附近和海底槽谷沿线的高融化速率；但在大型冰架中，过程的范围和强度可能与卫星测量显著不同。融化速率高估的主要驱动因素是南极周边温度偏差，此前对比发现南极陆架普遍存在暖偏差，Amundsen海暖偏差源于过浅的密度跃层（冬季水层偏薄，约200 m即过渡到CDW，而实际为400–600 m），Getz冰架位于该区，密度跃层深度对其暴露于CDW的比例影响极大；Amery冰架所在Prydz湾是SOhi暖偏差最大区域（1.5 ± 0.4 °C），Filchner冰架暖偏差为其一半（0.8 ± 0.5 °C）但面积为其两倍，故融水产出误差均较高。融化速率持续下降提示版本1之后的改进正使海洋逐渐冷却，需更长模拟以确认偏差减小。其他原因包括：SOhi未包含冰下排水（subglacial discharge）；三方程融化参数化对部分冰架代表性不足，有研究用Amery现场观测输入该参数化算出比观测大200%的融化速率，且该参数化依赖垂向分辨率；冰下腔几何形态受观测缺乏制约，过深腔体促进CDW入侵、过浅则阻挡，槽谷促进入侵而坎阻挡入侵；此外卫星反演本身存在局限，两项遥感研究使用相同表面参考与参考速度但不同时段的表面高程观测，均需用冰盖粒雪压实模型校正，而该模型观测约束不足，冰架常偏离流体静力平衡，卫星融化速率精度可能不超过约30–40%。SOhi与Galton-Fenzi et al. (2025)中多数模式及多模式均值低于卫星估计不同，其融化速率显著超过卫星估计；潮汐不太可能是主因，其贡献约+57 Gt/yr（+4%），远小于SOhi偏差；分辨率可能起作用，但净效应不明确；后者结果为多年至数十年时间平均，而SOhi部分区域融化仍在下降并保留暖初始条件影响。在一致区域，独立估计相互印证；在分歧区域，可能源于模式偏暖、水深地形不可靠或观测误差较大，这些差异信息有助于识别需改进之处。
结论部分翻译：本研究比较了由南大洋高分辨率模型计算的冰架底部融化速率与基于卫星的估计。总体而言，模型高估了冰架融化速率，但再现了融化的空间格局，包括接地线和冰架前缘附近较高的融化以及冰架冻结区域。目前，由于水深地形观测的局限、海洋模式参数化在获得真实温盐尤其是温跃层深度方面的不足、陆架和冰架腔足够高的空间分辨率、控制冰-海相互作用的物理过程的正确表征，以及卫星反演估计的固有局限，从海洋模式获得南极周边真实融化速率仍具挑战。然而，本文所呈现的海洋模式验证框架将向学界通报取得的进展以及需要更详细观测和研究的领域。
