Ледники являются важнейшими водными ресурсами и важными факторами, влияющими на уровень моря. Чтобы точно смоделировать эволюцию ледников, необходимо учитывать их баланс массы и процессы движения льда.  

Ледники играют важную роль для общества, одновременно выступая в качестве существенного источника воды для нижележащих районов, а также внося основной вклад в повышение уровня моря. Из-за их важности существует широкий научный интерес к пониманию того, как ледники развиваются с течением времени. В недавней статье, опубликованной в Reviews of Geophysics, исследуются модели эволюции ледников, учитывающие динамику льда. Ниже сформулированы вопросы к ведущему автору этой статьи об эволюции ледников, последних достижениях в области моделирования и оставшихся пробелах в знаниях. 

Проще говоря, почему ледники меняются со временем и какое это имеет значение?  

В настоящее время на Земле насчитывается около 200 000 ледников, большинство из которых сильно разбалансированы по отношению к климату. Чтобы уменьшить этот дисбаланс, ледники адаптируют свою геометрию, истончаясь и отступая на бо́льшие высоты. Учёным, крайне важно понимать и уметь моделировать процессы, вызывающие эти изменения ледников. 

Это важно, потому что ледники вносят основной вклад в повышение уровня моря: около 25% нынешнего повышения уровня моря происходит из-за потери массы ледников. Кроме того, ледники также являются уникальными источниками пресной воды, обеспечивающими водой миллионы людей, живущих в их долинах, а также, как известно, вызывают стихийные бедствия при сильных изменениях и играют важную роль в экосистеме гор.

 

+

 

Какие различные методы используют учёные для измерения изменений ледников с течением времени?  

С этой целью используются два основных типа методов. Первый метод заключается в выезде на место для непосредственного измерения изменений ледников. Например, это может быть реализовано путём установки вех на леднике, по которым после повторного посещения могут быть получены изменения массы на поверхности. Такие измерения позволяют проводить высокоточные наблюдения, но обычно сопряжены с высокими логистическими и финансовыми затратами. С помощью таких подробных полевых измерений ведётся мониторинг менее одного процента всех ледников на Земле. 

Альтернативный подход заключается в измерении изменений ледников с помощью методов дистанционного зондирования, таких как аэрофотосъёмка или спутниковые наблюдения. В последнее время стало возможным даже получать данные об изменениях высоты ледников на основе продуктов дистанционного зондирования, являющихся важными данными для калибровки и/или оценки моделей эволюции ледников. 

Что такое исследования эволюции ледников с динамикой льда (IDGES) и какие данные или результаты они дают? 

В исследованиях эволюции ледников с ледовой динамикой моделирование осуществляется путём явного учета процессов течения льда. Это важно, поскольку процессы движения льда определяют массоперенос внутри ледника, который в сочетании с процессами добавления и удаления массы на леднике (процессы баланса массы) определяют эволюцию ледника во времени. Таким образом, эти исследования позволяют получить будущие оценки эволюции ледников, имеющие прямое отношение к исследованиям, посвящённым будущему повышению уровня моря и изменяющейся роли, которую ледники будут играть в обеспечении водой окружающей среды ниже по течению.

В каких временных масштабах модели динамики льда могут предсказывать изменения и насколько они точны?  

В большинстве исследований эволюции ледников с динамикой льда моделируется будущая эволюция ледников, при этом основное внимание часто уделяется XXI веку, совпадающему с временной шкалой, на которую доступно большинство прогнозов изменения климата. 

Для оценки точности моделей эволюции ледников важная часть работы обычно состоит из использования прошлых (начиная от нескольких лет до, максимум, нескольких десятилетий назад) и текущих наблюдений за ледниками, по которым можно откалибровать некоторые параметры модели. В идеале другие – независимые – наблюдения затем используются для оценки эффективности ледово-динамической модели ледника (своего рода «контроль качества»), после чего модель может использоваться для выполнения прогнозов на будущее. 

Таким образом, в настоящее время обычно существует несоответствие между временными шкалами, используемыми для калибровки и оценки моделей (от нескольких лет до десятилетия), и временными шкалами, в которых выполняются сценарные прогнозы поведения ледников (от нескольких десятилетий до столетий). Некоторые недавние и продолжающиеся исследования в настоящее время также сосредоточены на более длительных временных масштабах для калибровки и оценки моделей, что может уменьшить неопределённость в моделируемой эволюции будущего ледника.

Как IDGES продвинули наше понимание эволюции ледников?  

Исследования эволюции ледников с динамикой льда позволяют лучше представить эволюцию ледников, тем самым улучшая наше понимание их прошлых изменений. Это особенно важно, так как ледники реагируют на изменение климатических условий с запаздыванием из-за их задержки времени отклика. Поскольку время отклика ледника сильно зависит от его геометрии, даже два соседних ледника могут по-разному реагировать на изменение климатических условий. Исследования эволюции ледников с динамикой льда позволяют понять и количественно оценить эти различия. 

Для прогнозирования будущей эволюции ледников включение процессов движения льда является большим преимуществом по сравнению с упрощёнными не учитывающими эти процессы методами, поскольку они обеспечивают более точное представление «реального» поведения ледников, тем самым снижая неопределённость в будущих прогнозах. 

Каковы основные нерешённые вопросы или пробелы в знаниях, где необходимы дополнительные исследования, данные или усилия по моделированию? 

Важная проблема при моделировании будущих изменений ледников связана с тем фактом, что эти смоделированные изменения сильно зависят от (калиброванных) параметров модели. Поэтому в идеале важно количественно оценить, насколько чувствительна смоделированная эволюция ледника к параметрам модели. Однако на сегодняшний день только несколько ледо-динамических моделей ледников сосредоточены на этом. Новая серия исследований направлена ​​на решение этой проблемы, в том числе основанных на байесовских методах, которые можно использовать для количественной оценки этих неопределённостей и предоставления будущей эволюции ледников не как однозначного ответа, а как распределения возможных будущих эволюций ледников. Такие методы нуждаются в доработке и дальнейшем применении в будущих исследованиях. 

Ещё один важный пробел в знаниях заключается в переносе методов, разработанных и использовавшихся для моделирования эволюции отдельных ледников, в большой ансамбль ледников (например, для сценарных прогнозов регионального и глобального масштабов). В настоящее время это становится всё более осуществимым, поскольку многие наблюдения дистанционного зондирования и производные продукты предоставляют информацию, имеющую решающее значение для подробного моделирования ледников. Таким образом, в ближайшие годы можно ожидать, что методы, использовавшиеся для моделирования отдельных ледников (включая трёхмерные подходы), всё чаще будут применяться для приложений регионального и глобального масштаба.

 

Ссылка: https://eos.org/editors-vox/modeling-the-ice-flow-and-evolution-of-glaciers