这显示了南极在2003年至2019年间增加或减少的冰量。深红色和紫色表示海岸附近冰的平均流失速度很大，而蓝色表示内陆冰的增加速度较小。在沿海地区，尤其是南极西部和南极半岛，减少的冰量远远超过内陆地区增加的冰量。斯韦茨冰架和克罗松冰架(就在半岛下方)变薄的程度最高。在2003年至2019年间，这两个冰架的冰量每年分别减少了5米(16英尺)和3米(10英尺)。中间的圆圈是在南极上空，在那里仪器不能收集数据。图片来源:Smith et al./Science
由华盛顿大学领导的一组科学家利用NASA有史以来在太空中飞行的最先进的地球观测激光仪器，精确测量了格陵兰岛和南极冰盖在过去16年里的变化。
在4月30日发表在《科学》(Science)杂志上的一项新研究中，科学家们发现，自2003年以来，南极冰的净损失，以及格陵兰岛冰盖的缩小，导致全球海平面上升了0.55英寸(14毫米)。在南极洲，海平面上升的原因是浮冰的消失，这些浮冰融化在变暖的海洋中。冰架有助于阻止陆基冰流入海洋。
这些发现来自于冰、云和陆地海拔2号卫星(ICESat-2)，该卫星于2018年秋季发射进入轨道，并开始进行详细的全球海拔测量，包括对地球冰冻地区的测量。通过将新的数据与ICESat 2003年至2009年的测量数据进行比较，研究人员对冰盖变化的复杂性进行了全面的描述，并对格陵兰岛和南极洲的未来有了深刻的见解。
气候变化正在重塑北极和南极的冰盖，美国宇航局的ICESat和ICESat-2卫星帮助研究人员确定这些变化是什么样子的。
“如果你观察冰川或冰盖一个月或一年，你不会了解到气候对它的影响，”该研究的主要作者、华盛顿大学(University of Washington)冰川学家本杰明·史密斯(Benjamin Smith)说。“现在，ICESat和ICESat-2之间有16年的时间跨度，我们可以更有信心地认为，我们在冰中看到的变化与气候的长期变化有关。ICESat-2是一个非常了不起的测量工具。我们看到了对两个冰盖的高质量测量，这让我们能够与ICESat的数据进行详细和精确的比较。”
这显示了格陵兰岛在2003年至2019年间增加或减少的冰量。深红色和紫色表示海岸附近的冰流失速度很大。蓝色显示冰盖内部的冰增加速度较小。在2003年至2019年期间，冰盖加在一起已经有足够多的冰流入海洋，使全球海平面上升了约14毫米(0.55英寸)。全球海平面上升的原因是冰盖融化和冰山崩解，其中约三分之二来自格陵兰岛，其余来自南极洲。图片来源:Smith et al./Science
以前关于冰的损失或增加的研究经常分析来自多个卫星和机载任务的数据。这项新研究采用了一种单一的测量方法——用激光脉冲从冰原表面反射的仪器测量高度——提供了迄今为止最详细、最准确的冰原变化图像。
研究人员跟踪了ICESat的测量结果，并叠加了2019年ICESat-2更密集的测量结果。在这两个数据集相交的地方——数千万个站点——他们通过计算雪密度和其他因素的计算机程序运行数据，然后计算冰的损失或增加的质量。
“新的分析以前所未有的细节揭示了冰盖对气候变化的反应，揭示了冰盖为何以及如何做出这种反应的线索，”研究报告的合著者、加州帕萨迪纳NASA喷气推进实验室的冰川学家亚历克斯·加德纳(Alex Gardner)说。
该研究发现，格陵兰冰盖平均每年损失2000亿吨冰，南极洲冰盖平均每年损失1180亿吨冰。10亿吨的冰足以填满40万个奥运会规格的游泳池。
史密斯和他的同事们发现，在冰盖融化和冰山崩解导致的海平面上升中，约三分之二来自格陵兰岛，另外三分之一来自南极洲。
“从一开始就看到ICESat-2的数据是多么的好，这是令人惊讶的，”马里兰格林贝尔特NASA戈达德太空飞行中心的合著者汤姆·诺伊曼说。“这些关于陆地冰的初步研究结果证实了其他研究小组的共识，但它们也让我们同时看到了个别冰川和冰架变化的细节。”
史密斯说，在格陵兰岛，沿海冰川大幅变薄。例如，Kangerlussuaq和Jakobshavn冰川的海拔每年下降14到20英尺(4到6米)。温暖的夏季温度融化了冰川和冰原表面的冰，在一些地方，温暖的海水侵蚀了前端的冰。
史密斯说，在南极洲，ICESat-2的密集轨迹显示，大陆内部部分地区的冰盖正变得越来越厚，这可能是降雪增加的结果。但是，南极大陆边缘的冰流失，尤其是在南极西部和南极半岛，远远超过了内陆的冰流失。在这些地方，海洋也可能是罪魁祸首。
史密斯说:“在南极西部，我们看到很多冰川正在迅速变薄。”“这些冰川的下游有冰架，漂浮在水上。这些冰架正在变薄，随着温暖的海水侵蚀冰，更多的冰流入海洋。”
加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的冰川学家、合著者海伦·阿曼达·弗里克(Helen Amanda Fricker)说，这些冰架会随着潮汐涨落，很难测量。其中一些卫星表面粗糙，有裂缝和山脊，但ICESat-2卫星的精度和高分辨率允许研究人员测量整体变化，而不用担心这些特征会影响结果。
这是研究人员首次测量到南极洲周围漂浮冰架的损失与大陆冰盖的损失同时发生。
从冰架上融化的冰不会使海平面上升，因为它已经漂浮了——就像装满水的杯子里的冰块不会溢出杯子一样。但冰架确实为其背后的冰川和冰原提供了稳定性。
“它就像支撑一座大教堂的建筑扶壁，”弗里克说。“冰架支撑着冰盖。如果你拿走冰架，或者即使你把它们弄薄，你就会减少支撑力，所以地面上的冰会流得更快。”
研究人员发现，南极洲西部的冰架质量正在下降，那里是南极洲许多移动速度最快的冰川所在。变薄的模式表明，思韦茨冰架和克罗松冰架变薄最多，平均每年分别约有5米(16英尺)和3米(10英尺)的冰。
关于这项研究的更多信息，请参见NASA有史以来在太空中飞行的最先进的地球观测激光绘制的冰盖16年损失的地图。
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参考资料:本·史密斯、海伦·a·弗里克、亚历克斯·s·加德纳、布鲁克·麦德利、约翰·尼尔森、费尔南多·s·保罗、尼古拉斯·霍尔舒赫、Susheel Adusumilli、凯利·布朗特、Bea Csatho、Kaitlin Harbeck、托尔斯滕·马库斯、托马斯·诺伊曼、马修·r·齐格弗里德和h·杰伊·茨瓦利，《科学》，2020年4月30日。DOI: 10.1126 / science.aaz5845
这项研究由美国宇航局资助。其他共同作者是美国宇航局喷气推进实验室的约翰·尼尔森和费尔南多·保罗;美国宇航局戈达德太空飞行中心的布鲁克·麦德利、托斯滕·马库斯和h·杰伊·兹沃利;阿默斯特学院的Nicholas Holschuh;加州大学圣地亚哥分校的Susheel Adusumilli;马里兰大学的凯利·布朗特;布法罗大学的Bea Csatho;KBR的Kaitlin Harbeck;以及科罗拉多矿业学院的马修·齐格弗里德。
