冰流-海洋环流完全耦合模式与着地冰-冰架-海洋联合作用机制的研究

The coupling between ice flow model and ocean circulation model can estimate the potential impact of ocean environment change on the stability of ice sheet, and decrease the uncertainty of long-term prediction of ice sheet mass balance. So far, most of the couplings between ice flow model and ocean circulation model pay attention to the ocean circulation feature under the ice shelf forcing and ignore the key process in the ice shelf evolution. We want to couple the state-of-the-art ice flow model (full-Stokes model or high order model) with ocean circulation model, use adaptive mesh technique to decrease greatly the computation cost, and discover the basal boundary condition of grounded ice by inverse method, so that to model and study the interaction between grounded ice and ice shelf, the interaction between ice shelf and ocean and grounding line evolution, to display the impact of ice shelf-ocean interaction on ice sheet mass balance and its stability over long timescale, to investigate the response and feedback of grounded ice-ice shelf to ocean environment change, then we apply this coupled ice-ocean model to some Antarctic ice shelves, to model the their dynamic change in the past few years and predict their contribution to sea level rise in this century.

冰流模式和海洋环流模式两者之间的耦合，可以模拟海洋环境变化对冰盖稳定性的潜在影响，减小对冰盖物质平衡长期预测的不确定性。然而迄今为止，冰流模式和海洋环流模式两者之间的耦合大多侧重关注冰架作用下的海洋环流特征，忽视了冰架自身演化中的关键过程。本项目拟将先进的冰流模式（full-Stokes或者高阶近似的冰盖动力学模式）与海洋环流模式进行耦合，采用自适应网格技术极大降低计算量，采用反问题方法反演着地冰底部边界条件，模拟和研究着地冰与冰架之间、冰架与海洋之间的相互作用以及接地线动力学等关键过程，揭示冰架与海洋相互作用对冰盖长期物质平衡及其稳定性的影响，探索着地冰-冰架系统对海洋环境变化的响应和反馈，并将冰流-海洋耦合模式应用在南极的冰架上，通过模拟再现近年来观测的冰架动态变化，并预测在百年尺度上着地冰-冰架系统对海平面的贡献。

本研究实现了冰流模式与简化的海洋模式-羽流模型的耦合数值模拟程序，提高了对冰架-海洋物质交换的空间分布和物理过程的模拟能力；基于三维冰流模式和区域海洋模式，采用反问题方法反演着地冰底部滑动系数，在不同的边界条件和气候强迫下，模拟了南极Totten、Dalton和Vanderford等快速冰流所在的Aurora流域在2000-2200年期间的冰流速度、冰面高程和接地线位置等的动力学演化，预测了其对海平面升高的贡献，模拟结果表明该流域的冰量流失对海洋环境非常敏感；同时采用三维区域海洋模式ROMS，模拟了南极Aurora流域附近海域在1992年的海洋动力学过程，分析了关键区域冰架底部融化机制，模拟了冰架底部融化速率的空间分布；此外，基于冰流模式，模拟了格陵兰冰盖的Jakobshavn冰川在过去十年的动力学行为，在季节尺度上模拟的冰流速度、冰架前端位置变化、接地线位置变化与观测值高度一致。这些工作为深入研究冰架-海洋之间的相互作用提供了模式模拟的平台和基础。