[논문 리뷰] Implications of ice-shelf hydrofracturing and ice-cliff collapse mechanisms for sea-level projections

Robert E. Kopp, Robert M. DeConto외 7명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 19.

Cryospheric studies and observations인용 수 9

한 줄 요약

이 연구는 소규모 남극 빙하 시뮬레이션 앙상블을 사용하여 빙설 수압 균열 및 빙붕괴 메커니즘을 확률적 해수면 상승 예측에 통합함으로써, RCP 8.5 조건 하에서 21세기 중반 기준 세계 평균 해수면 상승이 약 80cm에서 약 150cm로 증가함을 밝혀내었으며, 이는 해안 주민들에게 막대한 영향을 미치고 2100년 이후 장기 예측에도 중대한 함의를 지닌다.

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.

연구 동기 및 목표

• 물리적으로 근거를 둔 빙하 시스템 과정—특히 빙설 수압 균열 및 빰붕괴—이 확률적 해수면 상승 예측에 미치는 영향을 평가하기 위해.
• 현재의 확률적 프레임워크에서 일반적으로 단순화된 일정 가속도 파rameterization에 의존하는 데에 기인한 한계를 해결하기 위해.
• 이러한 메커니즘이 다양한 Greenhouse 기체 시나리오 하에서 세계 평균 해수면(GMSL) 및 상대 해수면(RSL) 변화 예측에 어떻게 영향을 미치는지 정량화하기 위해.
• 강력한 영향력과 장기적인 해안 위험, 특히 2100년 이후에 대한 영향을 평가하기 위해.
• 강력한 영향력과 장기적인 해안 위험, 특히 2100년 이후에 대한 영향을 평가하기 위해.

제안 방법

• 확률적 해수면 상승 예측 프레임워크를 소규모 남극 빙하 시뮬레이션 앙상블과 연계하였으며, 이는 빙설 수압 균열 및 빰붕괴 메커니즘을 명시적으로 포함하고 있다.
• 고배출 및 저배출 미래를 비교하기 위해 대표적 농도 경로(RCP) 8.5 및 RCP 2.6 강제 조건을 사용하여 시뮬레이션을 수행하였다.
• 모델 매개변수 및 강제 조건의 불확실성을 전파하기 위해 통계적 방법을 사용하여 GMSL 및 RSL 변화의 확률적 추정치를 도출하였다.
• 다른 시나리오 간에 2100년 GMSL 예측의 중심 90% 빈도 분포 간의 겹침을 평가하여 민감도 및 비가역성의 정도를 분석하였다.
• 2100년과 2300년 RSL 예측을 현재 인구 분포와 비교하여 침수 위험에 노출된 육지 면적을 추정하였다.
• 현재 관측 자료로부터 2050년과 2100년에 남극 빙하가 해수면 상승에 기여하는 정도 간의 상관관계가 없음을 고려하여, 극단적 향후 결과의 예측 가능성에 대해 평가하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 고배출 시나리오 하에서 빙설 수압 균열 및 빰붕괴 메커니즘이 확률적 세계 평균 해수면 상승 예측에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 일정 가속도 파rameterization을 사용하는 모델에 비해 이러한 물리적 과정이 복사 강제력에 대한 해수면 예측 민감도를 얼마나 증가시키는가?
• RQ3 이러한 메커니즘은 2100년과 2300년 기준 상대 해수면 상승과 해안 침수 위험에 어떤 함의를 지니는가?
• RQ4 현재 해수면 관측 자료로는 2050년과 2100년에 남극 빙하가 기여하는 해수면 상승 간 상관관계가 없기 때문에, 극단적 미래 결과를 배제할 수 있는가?
• RQ5 2300년 기준 RCP 8.5와 RCP 2.6 시나리오 간 중앙값 해수면 상승 차이는 얼마이며, 각각의 경우에 얼마나 많은 인구가 위험에 노출되는가?

주요 결과

• RCP 8.5 조건 하에서 빙설 수압 균열 및 빰붕괴를 고려할 경우, 21세기 중반 세계 평균 해수면 상승 중앙값은 약 80cm에서 약 150cm로 증가한다.
• 2100년 기준 RCP 8.5 조건에서의 상대 해수면(RSL) 예측은 현재 약 7900만 명 이상이 거주하는 지역을 침수시킬 것으로 예측되며, 이는 이러한 메커니즘을 고려하지 않은 경우보다 약 2500만 명 더 많은 인구에 해당한다.
• RCP 8.5(93–243cm)와 RCP 2.6(26–98cm)의 2100년 GMSL 예측 중심 90% 빈도 분포 간 겹침이 미미하여 강력한 강제력 민감도를 시사한다.
• 2300년 기준 RCP 8.5와 RCP 2.6 간 중앙값 GMSL 차이는 10미터를 초과하며, RCP 8.5 예측은 현재 약 9억 명이 거주하는 지역에 위협이 된다.
• 남극 빙하의 해수면 상승 기여도가 2050년과 2100년 간에 상관관계가 거의 없기 때문에, 현재 관측 자료로는 극단적 미래 결과를 배제할 수 없다.
• 단순한 파rameterization이 아닌 물리 모델을 사용할 경우, 복사 강제력에 대한 예측 민감도가 크게 증가함을 확인하였으며, 이는 향후 평가에서 복잡한 빙하 시스템 역학을 통합하는 것이 중요하다는 점을 강조한다.