近日，上海交通大学海洋学院长聘教轨副教授李大玮在Science杂志子刊Science Advances上，以第一兼通讯作者发表了题为“Climate model differences contribute deep uncertainty in future Antarctic ice loss”的研究论文。该论文由上海交通大学与马萨诸塞大学、宾夕法尼亚州立大学合作完成，上海交通大学为本成果第一和通讯单位。

南极冰盖的冰量约等效于58m的全球平均海平面上升，其中西南极冰盖（5.3m等效海平面）由于坐落在海床上，受冰盖不稳定机制影响，对气候变化格外敏感。在人为温室气体排放引起的全球变暖背景下，南极冰盖将在未来发生怎样的变化、对全球海平面上升的影响如何，目前仍存在很大的不确定性，对预估未来海平面上升和沿海地区制定相关应对政策带来极大的挑战。预估的不确定性一方面来自于冰盖数值模式：目前对多种冰盖物理过程的认识尚不充分，相关的关键参数范围仍不精确。另一方面的不确定性来自于为冰盖数值模式提供大气-海洋气候边界场的气候模式：在给定的温室气体浓度变化下，模拟的全球增温幅度在各气候模式间存在显著差异。“气候敏感度”是使大气CO₂浓度加倍、待气候达到稳态后的全球平均地表气温增量，在最新一代的CMIP6气候模式中弥散极大，从1.8°C到5.6°C不等。国际上已有的冰盖模式比较计划大都只关注若干目前认识不够深入的冰盖物理过程，而对源自气候模式的未来冰盖演变的不确定性尚未加以足够重视。

图1. 36个CMIP6气候模式的工业革命前气候场驱动下，冰盖模式模拟的南极冰盖平衡态厚度

本研究利用三维冰盖数值模式和36个来自于CMIP6模式比较计划的气候模式在历史（historical）和SSP5-8.5未来情景下的气候场，模拟南极冰盖在各模式提供的气候场下的平衡态和历史-未来演变，系统探讨源自气候模式的未来南极冰盖变化预估不确定范围。数值模拟结果显示，在未经校正的气候模式工业革命前气候场的驱动下，冰盖模式模拟的南极冰盖准平衡态之间差异巨大，在一些气候模式的暖偏差下西南极冰盖可部分或全部瓦解，引起数米的海平面上升。即使应用由现代气候观测数据校正的气候场、在相同的CO₂排放路径下，CMIP6气候模式模拟的未来气候变化幅度之间的差异所引起的南极冰盖变化预估的不确定范围，仍可与源自不同冰盖模式间的结构性差异的不确定性相比。在高碳排放的SSP5-8.5情景下，模拟的南极冰盖消融引起的本世纪末海平面上升幅度分布在-0.1m至1.1m。这样大的弥散无疑不利于准确预估未来海平面上升带来的社会-经济影响，并妨碍有效地制定相关应对政策。

图2. 模拟的南极冰盖的面积和体积在SSP5-8.5未来情景下的变化

准确预估全球气候变暖下冰盖的质量损失和相应的海平面上升具有重要的科学和社会和经济意义，而本研究结果表明，冰盖数值模式的改进和复杂化还不足以实现这一目标，亟需改进气候模式在极区的模拟效果，厘清目前理解尚不充分的云反馈和海洋经向热量输送等对气候敏感度有重要影响的机制。气候模式发展至今已进入“地球系统模式”阶段，开始有全球气候模式加入冰盖模块，同一冰盖数值模式可被包含在不同的气候模式中。基于本研究结果，同一冰盖模式在不同气候模式提供的气候场驱动下的平衡态和演变轨迹可能截然不同，这意味着未来地球系统模式的开发和调试将面临着巨大的挑战。

李大玮，2006年本科毕业于北京大学物理学专业，2009年在北京大学物理学院获大气科学硕士学位，2015年在美国芝加哥大学获地球物理学博士学位，2015-2020年先后在美国普林斯顿大学、罗格斯大学和马萨诸塞大学从事博士后工作，2020年10月加入上海交通大学海洋学院，目前任长聘教轨副教授，研究方向主要为冰盖、冰川动力学和地球系统数值模拟、气候变化。

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.add7082