[論文レビュー] Implications of ice-shelf hydrofracturing and ice-cliff collapse mechanisms for sea-level projections

Robert E. Kopp, Robert M. DeConto+7 more|arXiv (Cornell University)|Apr 19, 2017

Cryospheric studies and observations被引用数 9

ひとこと要約

本研究では、小規模な南極氷床シミュレーションのアンサンブルを用いて、氷棚の水圧破壊およびアイスクリフ崩壊メカニズムを確率的海面上昇予測に統合し、RCP 8.5シナリオ下で21世紀の平均全球海面上昇が約80 cmから約150 cmに増加することを明らかにした。これは沿岸住民に深刻な影響を及ぼし、2100年以降の長期的予測にも重大な意味を持つ。

ABSTRACT

Probabilistic sea-level projections have not yet integrated insights from physical ice-sheet models representing mechanisms, such as ice-shelf hydrofracturing and ice-cliff collapse, that can rapidly increase ice-sheet discharge. Here, we link a probabilistic framework for sea-level projections to a small ensemble of Antarctic ice-sheet (AIS) simulations incorporating these physical processes to explore their influence on projections of global-mean sea-level (GMSL) and relative sea-level (RSL) change. Under high greenhouse gas emissions (Representative Concentration Pathway [RCP] 8.5), these physical processes increase median projected 21st century GMSL rise from $\sim80$ cm to $\sim150$ cm. Revised median RSL projections would, without protective measures, by 2100 submerge land currently home to $>79$ million people, an increase of $\sim25$ million people. The use of a physical model, rather than simple parameterizations assuming constant acceleration, increases sensitivity to forcing: overlap between the central 90\% of the frequency distributions for 2100 for RCP 8.5 (93--243 cm) and RCP 2.6 (26--98 cm) is minimal. By 2300, the gap between median GMSL estimates for RCP 8.5 and RCP 2.6 reaches $>10$ m, with median RSL projections for RCP 8.5 jeopardizing land now occupied by $\sim900$ million people (vs. $\sim80$ million for RCP 2.6). There is little correlation between the contribution of AIS to GMSL by 2050 and that in 2100 and beyond, so current sea-level observations cannot exclude future extreme outcomes. These initial explorations indicate the value and challenges of developing truly probabilistic sea-level rise projections incorporating complex ice-sheet physics.

研究の動機と目的

• 物理的に根拠のある氷床プロセス、特に氷棚の水圧破壊およびアイスクリフ崩壊が確率的海面上昇予測に与える影響を評価すること。
• 現在の確率的フレームワークがしばしば単純化された定加速パラメータ化に依存しているという限界を是正すること。
• これらのプロセスが異なる温室効果ガスシナリオ下での平均全球海面上昇（GMSL）および相対的海面上昇（RSL）変化に与える影響を定量化すること。
• 強制力への感度と、とりわけ2100年以降の長期的沿岸リスクへの意味を評価すること。

提案手法

• 確率的フレームワークを小規模な南極氷床（AIS）シミュレーションのアンサンブルにリンクし、氷棚の水圧破壊およびアイスクリフ崩壊メカニズムを明示的に含めた。
• 高排出シナリオと低排出シナリオを比較するため、代表的濃度経路（RCP）8.5およびRCP 2.6の強制力シナリオでシミュレーションを実行した。
• モデルパラメータおよび強制力の不確実性を伝搬させる統計的手法を用い、GMSLおよびRSL変化の確率的推定値を得た。
• 異なるシナリオ下での2100年GMSL予測の中央90％頻度分布の重複度を評価することで、感度と不可逆性を検証した。
• 2100年および2300年におけるRSL予測と現在の人口分布を比較し、浸水リスクがある陸地の面積を推定した。
• 2050年と2100年における南極氷床の海面上昇寄与量の比較を通じて、現在の観測値が将来の極端な結果をどれだけ制限できるかを評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高排出シナリオ下で、氷棚の水圧破壊およびアイスクリフ崩壊メカニズムは確率的全球平均海面上昇予測にどのように影響を与えるか？
• RQ2 定加速パラメータ化を用いたモデルと比較して、これらの物理的プロセスは放射強制力への海面上昇予測の感度をどの程度高めるか？
• RQ3 これらのメカニズムは2100年および2300年における相対的海面上昇および沿岸浸水リスクにどのような意味を持つか？
• RQ4 南極氷床の2050年と2100年における海面上昇寄与量の間に相関がないことから、現在の海面上昇観測値は、将来の極端な結果を除外できないとされるが、その妥当性はいかがなものか？
• RQ5 2300年までにRCP 8.5とRCP 2.6シナリオの中央値海面上昇差はどの程度であり、それぞれのシナリオで何人の人々がリスクにさらされるか？

主な発見

• RCP 8.5シナリオ下で、氷棚の水圧破壊およびアイスクリフ崩壊を組み込むと、21世紀の平均全球海面上昇中央値は約80 cmから約150 cmに増加する。
• 2100年までに、RCP 8.5シナリオ下でのRSL予測では、現在居住している陸地が7900万人以上が住む地域を浸水させるが、これらのメカニズムを考慮しない場合と比較して約2500万人の増加が生じる。
• RCP 8.5（93–243 cm）とRCP 2.6（26–98 cm）の2100年GMSL予測の中央90％頻度分布の重複は最小限であり、強制力への高い感度が示唆される。
• 2300年までに、RCP 8.5とRCP 2.6のGMSL中央値差は10メートルを超え、RCP 8.5の予測では現在居住している地域に約9億人の人々が脅かされる。
• 南極氷床の2050年と2100年における海面上昇寄与量の間に相関がほとんどないため、現在の観測値では、将来の極端な結果を除外できない。
• 単純なパラメータ化ではなく物理モデルを用いることで、放射強制力への予測感度が著しく向上し、今後の評価において複雑な氷床ダイナミクスを組み込む重要性が浮き彫りになる。