观测约束冰盖模型揭示主动融化接地带使思韦茨冰川海平面贡献至2100年翻倍

思韦茨冰川（Thwaites Glacier）是南极质量损失的主要贡献者，也是未来海平面上升不确定性的关键来源。其接地线（grounding line）处的海洋驱动融化驱动快速退缩，然而大多数模型将接地冰与浮冰之间的过渡视为锐利边界，忽略了当接地线迁移并形成接地带（grounding zone）时发育的公里级海水入侵（seawater intrusions）。研究人员表明，在校准的冰盖模型（ice-sheet model）中，需要主动融化接地带（actively-melting grounding zones）才能重现思韦茨冰川近三十年的观测退缩、减薄和加速，仅当接地带被表示为2–5 km宽区域时才能成功重建。将该模型向前延伸，研究人员表明，接地带过程控制冰川从稳定海底脊（seafloor ridges）的脱离，使解除固定（unpinning）最早在2038年发生，并在2100年前产生高达30 ± 6 mm的全球平均海平面上升（global mean sea-level rise, GMSL），即使没有额外气候变暖，也约为先前预估的两倍。

该论文发表在《Nature Communications》。研究背景方面，南极西部阿蒙森海海湾（Amundsen Sea Embayment, ASE）约占南极冰盖质量损失的三分之一，思韦茨冰川（Thwaites Glacier）是ASE的主要组成部分，其海平面当量（sea-level equivalent, SLE）约为65 cm，近几十年经历快速退缩、减薄和加速。其接地线（grounding line）处，改良绕极深层水（modified Circumpolar Deep Water, mCDW）入侵驱动强烈海洋融化，自至少1990年代中期侵蚀浮冰底部，导致接地线在西侧最快流动区退缩约25 km。现有问题在于，多数冰盖模型将接地冰与浮冰过渡视为离散锐利边界，忽略接地线迁移形成的公里级海水入侵和主动融化接地带（grounding zone）；常用海洋融化参数在接地线附近趋于零，模型难以同时重现历史退缩、加速和减薄。因此，该研究旨在利用观测约束校准减少思韦茨冰川对未来海平面上升贡献的不确定性。研究人员使用冰盖与海平面系统模型（Ice-sheet and Sea-level System Model, ISSM），实施主动融化接地带，采用贝叶斯校准（Bayesian calibration）重建1996–2023年历史变化，并延伸至2100年。研究结论表明，主动融化接地带是重现近三十年观测所必需，成功重建仅当接地带表示为2–5 km宽区域；未来解除固定最早可发生在2038年，2100年全球平均海平面上升可达30 ± 6 mm，约为此前预估两倍，即使无额外气候变暖。其重要意义在于，应将主动融化接地带系统纳入区域和大陆尺度冰盖模型及国际比较框架，并加强接地带现场观测。

关键技术方法（不超过250字）：研究人员采用ISSM，非结构三角网格含89,824个单元，接地带分辨率500 m。初始场基于1990年代ERS-1/2和RADARSAT-1合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）速度、Antarctic DEM高程和Bedmachine v3.7海底地形，并在重力反演区将海底抬升最多100 m以匹配1996接地线。冰流用二维架流近似（Shelfy-Stream Approximation, SSA）和规则化Coulomb摩擦定律；温度用高阶（Higher-Order, HO）应力平衡和焓热模型初始化；表面质量平衡来自冰川能量与质量平衡（Glacier Energy and Mass Balance, GEMB）1996–2023年平均。接地带融化从接地线最大融化率m_GL线性降至入侵长度L处为零。共进行105次历史模拟，m_GL为10–150 m yr⁻¹，L为0或1–6 km。观测来源包括SAR/干涉合成孔径雷达（Interferometric SAR, InSAR）、ICESat/ICESat-2/CryoSat、ICEYE和RADARSAT星座任务（RCM）等卫星数据集。未来用1996–2023年平均气候恒定强迫至2100。

研究结果：

重建冰川状态的历史变化（Reconstructing historical changes of the glacier state）：通过ISSM历史模拟并与独立卫星观测比较得出，思韦茨主支（Thwaites Main Trunk, TMT）自1996年以来沿深部海底通道向内陆迁移约25 km，速率约800 m yr⁻¹；东侧思韦茨东部冰架（Thwaites Eastern Ice Shelf, TEIS）退缩较慢且空间不均，速率400–700 m yr⁻¹，对应10–20 km。Mouginot Ridge是约950 m水深的数公里尺度海底高地，ICEYE观测显示内陆达10 km的频繁临时脱离固定。无接地带时，模型需150 m yr⁻¹高融化率才能匹配1996至2000年代初观测，但仍低估2004–2022年冰排放、减薄、加速和接地线退缩。显式公里级接地带时，1 km接地带需150 m yr⁻¹捕获TEIS和TMT同时退缩；3 km接地带需120 m yr⁻¹完全重现退缩并捕获冰排放；100–120 m yr⁻¹与卫星和海洋模拟一致，可匹配25年32 m接地冰减薄。贝叶斯后验分布显示接地带长度2–5 km与融化率90–120 m yr⁻¹的区域，参数间存在补偿关系；无接地带模拟重现历史趋势的可能性低四倍。

模拟思韦茨冰川的未来（Simulating the future of Thwaites Glacier）：用1996–2023年平均气候下界强迫延伸至2100年得出，TMT仅暂时被Mouginot Ridge稳定，一旦解除固定便连续退向下一主要地形高地South Ridge。无接地带或1 km接地带，无论融化率如何，2100年前均不越过Mouginot Ridge。2–3 km接地带约45%概率在2100年前解除固定，2 km平均在2088年，3 km在2065年；4–6 km接地带约60%概率越过，5–6 km最早2038年解除固定，使接地线在2100年前到达South Ridge。脊穿越主要受与脊尺度相当的入侵长度控制。

海平面预测（Sea-level projections）：所有模拟均产生持续海平面贡献，无减缓或稳定反馈。投影包络位于冰盖模式比较计划（Ice Sheet Model Intercomparison Project for CMIP6, ISMIP6）同强迫情景不确定范围上半部，ISMIP6均值为15.2 ± 21.8 mm。研究假设世纪末热强迫无年际变化；自1990年代以来700 m深度水温稳定在1.0–1.2 °C，陆架边缘绕极深层水（Circumpolar Deep Water, CDW）不太可能超过1.5 °C。升温0.5–0.7 °C约增融化10 m yr⁻¹，使冰损失增约15%；每增加1 km接地带长度平均改变SLE 22%，引入接地带相比传统公式使海平面上升增加51%。采用110 m yr⁻¹时，无接地带贡献8.3 ± 3.0 mm；1±1 km接地带为14.3 ± 3.1 mm；3±1 km为19.4 ± 5.2 mm，比ISMIP6均值增加130%；5±1 km为30.1 ± 5.7 mm，为ISMIP6均值两倍。

讨论部分总结：校准模型重现独立获得的速度、厚度和接地线迁移趋势，建立了投影能力基准；性能改进源于显式表示主动融化接地带，而非将接地线视为离散边界。该框架还强调海底地形不确定性会妨碍历史接地线位置重建。在观测支持的融化率范围内，接地带范围比热强迫中等变化更强控制退缩和解除固定；演化子冰架腔相关的海洋和几何反馈未包括。局限包括固定接地带长度，而实际长度可能随局部床面和表面坡度、浮力以上高度、潮汐振幅和冰下水压变化；模型中应将其解释为有效时间平均入侵尺度，卫星观测显示公里级海水入侵持续多年并十年尺度扩展。固定冰前缘和初始几何不确定性、排除崩解和冰前缘退缩、简化海底融化参数而未解析海洋环流和热输运也是限制；但采用的融化率与卫星和海洋模拟一致，校准约束了多十年海洋强迫的综合影响。完全耦合冰-海模拟仍受冰架内观测稀疏和计算昂贵限制，现场温度、盐度和环流测量对减少结构不确定性仍重要。

研究结论部分翻译：总之，研究结果表明，公里级、主动融化的接地带从根本上改变了思韦茨冰川历史模拟和未来预测的建模能力。通过显式解析接地带并利用多个独立观测约束校准模型，研究人员重现了现代观测记录，获得的海平面贡献位于先前报道不确定性范围的上限一侧。因此，主动融化接地带应被系统纳入区域和大陆尺度冰盖模型，包括国际比较框架。同时，迫切需要在接地带附近扩展现场观测，以更好地约束向子冰架腔的热输送和融化动力学。最终，改进这些过程的表征对于缩小南极对未来海平面上升贡献的不确定性至关重要。