巴黎气候协议和未来海平面从南极洲崛起

2021-05-07 01:23:42

巴黎协议旨在限制二十一世纪的全球平均变暖到高于预工业水平的2摄氏度,并促进进一步努力,以限制升温至1.5摄氏度1.未来几十年的温室气体排放量将是全球平均海平面(GMSL)在世纪和较长的时间段通过海洋热膨胀和陆地冰损失2.南极冰盖(AIS)是地球最大的陆地冰库(相当于57.9米的GMSL)3其冰损加速4. AIS的广泛地区基于海平面,易受动态稳定性5,6,7,8的能力,能够产生非常快速的撤退8.然而实现巴黎的可能性协议温度目标缓慢或停止这些不稳定性的发作,尚未通过基于物理的模型直接测试。在这里,我们使用了一个伐木校准的冰板架模型来表明,随着全球变暖限制为2摄氏度或更少,南极冰丢失将以与今天的速度相似,在整个二十一世纪。然而,与当前政策更加一致的情景(允许3摄氏度的变暖)在2060年左右的南极冰损速度下突然跳跃,每年促使每年约0.5厘米的GMSL上升2100 - 比今天的速度快4 。更多化石燃料密集型场景9导致更大的加速度。由于基岩和海平面反馈机制10,11,12或地挂率二氧化碳减少,由稀释冰架的冰盖和损失的冰盖张力持续的冰盖撤退仍在继续。这些结果表明,如果超过巴黎协议目标,将触发从南极的快速和不可阻挡的海平面上升的可能性。

所有价格都是净价。 VAT将在结账后稍后添加。税收计算将在结账时最终确定。

本文提供了与此工作相关的模型生成的数据。与图2相关联的三维冰纸模型输出。2和扩展数据图2。 3,5可在ScholarWorks @ Umass Amherst Repository(https://doi.org/10.7275/j005-r778)找到。在refs中报告了在我们的主要合奏和熔融水中反馈模拟中使用的气候模型强制使用。 46,80。本文提供了源数据。

基于REF的改进的冰纸模型代码。 51可从通讯作者获得。 CESM1.2.2 GCM 87可从NCAR(https://www.cesm.ucar.edu/models/cesm1.2/)和RCM在REF中提供。 79.地球海平面模型在refs中描述。 12,49。

1. UNFCCC。通过巴黎协议FCCC / CP / 2015 / L.9 / Rev.1(联合国气候变化框架公约,2015年); https://unfccc.int/resource/docs/2015/cop21/eng/09r01.pdf。

2. Mengel,M.,Nauels,A.,Rogelj,J.& Schleussner,C.-f.在巴黎协议下致力于海平面,延迟缓解行动的遗产。 NAT。安排。 9,601(2018)。

3. Morlighem,M.等人。深冰水槽和稳定脊在南极冰盖的边缘下面亮相。 NAT。地质。 13,132-137(2020)。

牧羊人,A.等。 1992年至2017年南极冰盖的质量平衡。自然558,219-222(2018)。 5. Weertman,J.冰盖和冰架的交界处的稳定性。 J. glachiol。 13,3-11(1974)。 6. SCHOOF,C.冰盖接地线动力学:稳定状态,稳定性和滞后。 J. Geophys。 res。 地球冲浪。 112,F03S28(2007)。 7. Pollard,D.,Deconto,R. M.& Alley,R. B.潜在的南极冰块通过水力安全性和冰悬崖失效驱动。 地球星球。 SCI。 吧。 412,112-121(2015)。 8. Deconto,R. M.& 波特拉德,D.南极洲对过去和未来海平面上升的贡献。 自然531,591-597(2016)。 9. Meinshausen,N.等。 RCP温室气体浓度及其延伸从1765到2300。 改变109,213-241(2011)。 10. Barletta,V. R.等人。 观察到的Amundsen海上Embayment的快速基岩隆起促进了冰板稳定性。 科学360,1335-1339(2018)。

11. Larour,E.等。 固体地球和海平面反馈的南极大众损失放缓。 科学364,EAAV7908(2019)。 12. Gomez,N.,Pollard,D.& 荷兰,D。海平面反馈降低了未来南极冰块质量损失的预测。 NAT。 安排。 6,8798(2015)。 13.Fürst,J.J.等。 南极冰架的安全带。 NAT。 上升。 张。 6,479(2016)。 14. Paolo,F. S.,Fricker,H.& 帕德曼,L.南极冰架的体积损失加速。 科学348,327-331(2015)。 15. Gudmundsson,G. H. H.冰货架支撑和海洋冰盖的稳定性。 溜冰圈7,647-655(2013)。 16. Bassis,J. N.& Walker,C. C. C.上下限制对冰屈服强封闭冰川的冰川稳定性。 Proc。 R. SoC。 伦德。 A 468,913-931(2012)。 17. Pariedk,B. R.等人。 通过倒退的坍塌冰悬崖失效。 地质47,1-4(2019)。

18. Clerc,F.,Minchew,B. M.& Behn,M. D. D.海洋冰悬崖不稳定,减缓了冰架缓慢。地球症。 res。吧。 46,12108-12116(2019)。

19. Vaughan,D。G.将裂缝的发生与表面应变率相关联。 J. glachiol。 39,255-266(1993)。

20. Schlemm,T.& levermann,A。基于简单的基于压力的悬崖法律。冰冻晶石13,2475-2488(2019年)。

21. A,L.等人。 jakobshavnisbræ,西格陵兰岛的床上海拔高分辨率空气传播和其他数据。地球症。 res。吧。 44,3728-3736(2017)。

22. Khazendar,A.等。 jakobshavnisbræ加速和变薄的中断作为区域海洋凉爽。 NAT。地质。 12,277-283(2019年)。

23. Joughin,I.等。季节性到jakobshavnisbræ,格陵兰岛的表面速度的季节性变化:观察和基于模型的分析。 J. Geophys。 res。地球冲浪。 117,F02030(2012)。

24. Rignot,E.等。在Larsen B冰架崩溃后,从南极半岛加速冰放电。地球症。 res。吧。 31,L18401(2004)。

25.斯科姆斯,T. A.,Berthier,E.& Shuman,C. A.快速冰川绘图期间触发底杉湖排水:起重机冰川,南极半岛。安。甘辛。 52,74-82(2011)。

26. Milillo,P.等人。西南南极洲冰川的异质撤退和冰融化。 SCI。 adv。 5,eaau3433(2019)。

27. Atkinson,B.K。地质材料的亚临界裂纹生长。 J. Geophys。 res。固体地球89,4077-4114(1984)。

28. Kuipers Munneke,P.,Ligtenberg,S. R. M.,Van Den Broeke,M. R.& Vaughan,D. G. FiRN Air Fepletion作为南极冰货架坍塌的前兆。 J. glachiol。 60,205-214(2014)。

29. Banwell,A.F.,Willis,I. C.,麦克唐纳,G. J.,Goodsell,B.& Macayeal,D. R. R.表面熔融池池引流引起的冰架弯曲的直接测量。 NAT。安排。 10,730(2019)。

30. Trusel,L. D.等。二十一世纪的气候情景下南极地表熔体的分歧轨迹。 NAT。地质。 8,927-932(2015)。

31. Robel,A. A.& Banwell,A. F.通过水磨损冰片塌陷的速度限制。地球症。 res。吧。 46,12092-12100(2019年)。

32. Fawcett,A. A.等人。 Paris承诺可以避免严重的气候变化吗?科学350,1168-1169(2015)。

33. Edwards,T.等。由于海洋冰悬崖不稳定,重新审视南极冰损。自然566,58-64(2019)。

34.荷兰顿,A.,韦伯斯特,J. M.,Zwartz,D.& Lambeck,K.北极冰的热带故事:由花岗岩塞舌尔群岛的化石礁记录的上层极性冰盖撤退的证据。 quat。 SCI。 Rev. 107,182-196(2015)。

35. Grant,G. R.等人。巨烯时代期间海平变异性的幅度和起源。自然574,237-241(2019)。

36. Dumitru,O. A.等人。全全球运动期间全球平均海平面的约束。自然574,233-236(2019)。

37. Gilford,D. M.等人。最近的中间峡谷的预测可能对未来的南极冰块损失和海平面上升吗? J. Geophys。 res。地球冲浪。 125,E2019JF005418(2020)。

38.Velicogna,I.,Sutterley,T. C.& Van Den Broeke,M.使用Grace Time-Disigration Gravity数据从格陵兰和南极洲的冰块损失区域加速。地球症。 res。吧。 41,8130-8137(2014)。

39. rohling,E.J.等人。异步南极和格陵兰冰量量贡献到最后的中间海拔海平面。 NAT。安排。 10,5040(2019)。

40.厨师,C.P.等人。全烯温暖期间东南南极冰盖的动态行为。 NAT。地质。 6,765-769(2013)。

41. Goldge,N. R.等人。全球环境后果二十一世纪的冰盖融化。自然566,65-72(2019)。

42. Seroussi,H.& Morlighem,M.在冰流模型的接地线上熔化的基础熔化。冰冷圈12,3085-3096(2018)。

43. Tsai,V.C.,Stewart,A. L.&汤普森,A. F. F.海洋冰床曲线和库仑基础条件下的稳定性。 J. glachiol。 61,205-215(2017年)。

44. Pattyn,F.与快速基本的热机械冰板模型(F.Tish v1.0)对多百年时间尺度的南极冰架融化的海平面响应。冰冻圈11,1851-1878(2017)。

45. Seroussi,H.等。 ISMIP6南极:21世纪南极冰板演变的多模型集合。冰冻圈14,3033-3070(2020)。

46. Sadai,S.,Condron,A.,Deconto,R.& Pollard,D.对南极冰盖融化的未来气候响应由人为升温引起。 SCI。 adv。 6,eaaz1169(2020)。

47.贝尔,R.E.等人。南极冰架可能稳定在地表河流中熔融水的出口稳定。自然544,344-348(2017)。

48.赖,C.-Y.等等。南极洲冰架对融化驱动骨折的脆弱性。自然584,574-578(2020)。

49.波特拉德,D.,Gomez,N.& Codonto,R.南极冰盖在耦合冰板 - 地海平面模型中的变化:粘弹性地球性能的敏感性。 J. Geophys。 res。地球冲浪。 122,2169-9011(2017年)。

50.鲍威尔,E.,Gomez,N.,Hay,C.,Latychev,K.& Mitrovica,J。X.粘性效果在现代南极冰群的固体地球响应:对瓦斯稳定性在变暖世界中对大地测量的影响。 J. Chem。 33,443-459(2020)。

51.波拉德,D。& Codonto,R。混合冰块模型的描述,以及应用于南极。地质。模型开发。 5,1273-1295(2012)。

52.波拉德,D.& Deconto,R。M.一种简单的逆方法,用于在冰片下分布基底滑动系数,应用于南极。冰柱6,953-971(2012)。

53. Fretwell,P.等人。床单2:南极的改进的冰床,表面和厚度数据集。冷冻圈7,375-393(2013)。

54.荷兰,P. R.,Jenkins,A.&荷兰,D。冰架基础熔化在海洋温度变化中的反应。 J. Chem。 21,2558-2572(2008)。

55.波特拉德,D.,Chang,W.,Haran,M.,Applegate,P.& Deconto,R.大型南极冰盖上次临时撤退的大型集合建模:简单和先进的统计技术比较。地质。模型开发。 9,1697-1723(2016年)。

56. Rignot,E.,Jacobs,S.,Mouginot,J.& Scheuchl,B.沿着南极洲融化的冰块。科学314,266-270(2013)。

57. Schmidtko,S.,Heywood,K. J.,Thompson,A. F.& Aoki,S.南极水域的多迪等大战。科学346,1227-1231(2014)。

58.尼克,F.M.,Van der veen,C.J.,Vieli,A.& Benn,D。I.一种物理上的产犊模型应用于海洋出口冰川和冰川动态的影响。 J. glachiol。 56,781-794(2010)。

59. Tsai,C.-y.,Forest,C. E.&瓦尔萨德,D。内部气候变化在将南极洲对未来海平面上升的贡献投影中的作用。上升。达恩。 55,1875-1892(2020)。

60. Benn,D. I.,Warren,C. R.& MOTTRAM,R.H. Calcing工艺和产犊冰川的动态。地球科学。 Rev. 82,143-179(2007)。

61.马,Y.,Tripathy,C.&巴西,J.N.船长悬崖高度的界限。地球症。 res。吧。 44,1369-1375(2017年)。

62. Robel,A. A.薄薄的海冰削弱了冰山Mélange的阻力,促进了产犊。 NAT。安排。 8,14596(2017年)。

63. Joughin,I.,Shean,D. E.,Smith,B. E.& Floricioiu,D。jakobshavnisbræ的十年变异性:海洋温度通过影响Mélange刚性的影响。冷冻圈14,211-227(2020)。

64.波特拉德,D.,Deconto,R. M.& Alley,R. B.冰门的连续体型(Psumel1)及其在南极冰盖的撤退期间的作用。地质。模型开发。 11,5149-5172(2018)。

65. Locarnini,R. A.等人。世界海洋地图集2013年,第1卷:温度(国家海洋学数据中心,2013)。

66. Bindschadler,R. A.等人。冰盖模型敏感性环境强迫及其在投影未来海平面(Searise项目)中的用途。 J. glachiol。 59,195-224(2013)。

67. Le Brocq,A.,Payne,A. J.& VIELI,A。用于高分辨率数值冰板型号的改进的南极数据集(ALBMAP V1)。地球系统。 SCI。数据2,247-260(2010)。

68. Jenkins,A.等。西南极冰块撤退在阿蒙松海的海洋驱动,由截止的海洋变异性驱动。 NAT。地质。 11,733-738(2018)。

69.怀特豪斯,P.L,宾利,M.J.,Milne,G. A.,King,M. A.&托马斯,I。D.一种新的抗原性冰川等静电调整模型:使用相对海平变化和现在的隆起速率的观察校准和测试。地球症。 J. Int。 190,1464-1482(2012年)。

70. Ivins,E. R.等人。通过改善的GIA校正,芳香对海平面上升的南极贡献。 J. Geophys。 res。固体地球118,3126-3141(2013)。

71. Geruo,A.,Wahr,J.& Zhong,S. 3-D可压缩地下的粘弹性响应的计算到表面荷载作用:南极洲和加拿大冰川等静压调整的应用。地球症。 J. Int。 192,557-572(2013)。

72. Capron,E.等人。在最后一个中间夹层期间高纬度地区的多千年温度变化的时间和空间结构。 quat。 SCI。 Rev. 103,116-133(2014)。

73.克拉克,P. U.等人。倒数第二个衰弱和上一层海拔升起的海洋迫使。自然577,660-664(2020)。

74. Austermann,J.,Mitrovica,J. X.,Huybers,P.& Rovere,A.检测上次中间海水位记录中的动态地形信号。 SCI。 adv。 3,E1700457(2017)。

75. Goelzer,H.,Huybrechts,P.,Loutre,M.-f. & Fichefet,T.最后的中间冰气候和海平面进化来自耦合冰板气候模型。上升。过去12年,2195-2213(2016年)。

76.赫尔森,M. M.,Van de Berg,W.J.,Van de Wal,R.S.W.,Van den Broeke,M. R.& Oerlemans,J。耦合区域气候冰床仿真显示了在EMIAN期间的格陵兰冰流量有限。上升。过去9,1773-1788(2013年)。

77. Neem社区成员。从格陵兰折叠冰芯重建了EMIAN中的中间夹。自然493,489-494(2013)。

78. Nicholl,J.A.L.等人。在最后一次爆裂期间劳伦德突出洪水爆炸事件。 NAT。地质。 5,901-904(2012)。

79. PAL,J.S.等。发展中国家区域气候建模 - ITCP REGCM3和REGCNET。公牛。是。陨素。 SOC。 88,1395-1409(2007)。

80.盾牌,C. A.& Kiehl,J.T.模拟半学位群落气候系统模型中的菠萝表达,CCSM4。地球症。 res。吧。 43,7767-7773(2016)。

81. van wessem,J. M.等人。区域大气气候模型中更新的云物理改善了南极洲的建模表面能量平衡。冰柱8,125-135(2014)。

82. Lenaerts,J.T. M.,Vizcaino,M.,Fyke,J.,Van Kampenhout,L.& Van Den Broeke,M. R.当天和未来的南极冰盖气候和社区地球系统模型中的表面质量平衡。上升。达恩。 47,1367-1381(2016年)。

83. Morelli,A.&丹内尼,南极大陆岩石圈的地震成像:综述。全球性地球。改变42,155-165(2004)。

84. Heeszel,D. S.等人。瑞利波阶段速度阵列分析中央和西南极洲的上部地幔结构。 J. Geophys。 res。固体地球121,1758-1775(2016)。

85. nield,G. A.等人。在南极半岛的快速基岩隆起通过粘弹性反应来解释为最近的冰卸载。地球星球。 SCI。吧。 397,32-41(2014)。

86.赵,C.等。在弗莱明冰川地区,南部南极半岛的快速冰卸载及其对基岩隆起速率的影响。地球星球。 SCI。吧。 473,164-176(2017)。

87. Hurrell,J. W.等人。社区地球系统模型:合作研究框架。公牛。是。陨素。 SOC。 94,1339-1360(2013)。

我们感谢T. Naish进行专业海平面目标的指导。本研究由NSF奖励1664013,2035080,1443347和1559040支持,并通过授予美国宇航局海平面改变团队80nssc17k0698。

196年仿真(灰线),每种使用互联网和冰峭位参数的独特组合(扩展数据表1)与观测相比(蓝色虚线盒)。凝固的蓝线显示模拟而不具有水力安全性和冰峭位。红线显示模拟,其中我们的主要集合中的最大参数值。额外的模拟(黑线)允许冰峭位速率高达26公里的YR -1,两倍于我们的主要合奏中使用的最大值。蓝框的垂直高度代表可能的观察范围。浮选的冰块的变化显示在等效的GMS1中。 a,在RCP8.5集团中模拟了GMSL的年度贡献与1992-2017 IMBIE 4观察平均值(0.15-0.46毫米YR -1;虚线的蓝盒)。 B,Lig集合模拟从130到125 kyr前。虚线盒的高度显示LIG目标范围(3.1-6.1米),宽度代表〜1,000年龄不确定性34.C,B中的相同的LIG模拟,显示由南极贡献的GMSL变化率,在25年的窗口上平滑。早期LIG的峰值主要是由西南极洲的基于海洋冰损引起的。 D,与B相同,除了温暖的中间丙烯条件。将最大冰损与11-21米的观察估计进行比较(参考文献35,36;蓝色虚线)。注意在LIG和全普烯集合系列顶部附近的模拟GMSL值的饱和度,以及模型的失败,以产生现实的LIG或全巨肾海平面,而不能够启用冰悬崖(蓝线)。源数据

A,B,扇形图表显示了10%增量的中位数值(黑线)周围的时间不确定性和范围。 RCP8.5冰纸模型符合使用替代GIA校正(方法)的2002 - 2017年从2002-2017平均的年度质量变化校准校准。 GIA校正的使用产生2002和2017之间的质量损失估计为0.2-0.54mm YR -1(a)和0.39-0.53mm YR -1(b)。 B偏斜的更严格和更高范围的恩典估计分布并将GMSL的集合值向上移动到2100中的27厘米至30厘米,从2200中的4.44米到4.94米。

A-E,具有更新的型号物理学的冰床模拟,用于我们未来的合奏中,并通过在REF中使用的相同的LIG和PLIOCENE Climate Forcing驱动。 8.无需背包的模拟和冰峭位(A,B,D)对应于扩展数据中的蓝线。1.使用最大水力安全性和冰悬崖计算参数(C,E)Corlesp的模拟

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