冰盖模型

冰盖模型是采用数值方法模拟冰盖的演变、动力学和热力学过程的气候模型，包括格陵兰冰盖、南极冰盖或北半球末次冰期大冰盖的模拟。它们被用于研究过去冰期-间冰期循环中冰川的作用、预测未来全球变暖条件下冰盖衰变等。

 历史 
对冰盖的研究始于18世纪中叶。自《冰川学杂志》（）创刊以来，物理学家一直在发表有关冰川力学的研究成果。
第一个三维冰盖模型被用于模拟。1988年，首个涵盖冰架、冰盖/冰架过渡、膜应力梯度、冰川床等静力调整、基底滑动的热力学耦合模型诞生，并被用于南极冰盖。该模型的空间分辨率为40公里，并分为10个垂直层。

1990年IPCC第一次评估报告发布时，冰盖并非是气候系统模型的主动组成部分，其演化预测基于全球温度与地表物质平衡之间的关联。到1996年IPCC第二次评估报告发布时，冰盖的二维和三维建模已加入其中。1990年代还涌现出了多种计算模型，并诞生了欧洲冰盖建模计划（，简称）。EISMINT在1990年代组织了多次国际研讨会，比较了格陵兰冰盖、南极冰盖、冰架、热力机械、基线（）等多种模型。

首个集成完整斯托克斯动力学一阶近似的冰盖模型于2000年代提出。IPCC第四次评估报告展示了冰盖模型的快速动力响应预测，并提供冰量显著减少的证据。

2016年，第6阶段提出了“”冰盖模型比对计划”（），为与冰盖建模相关的所有变量定义了标准。该计划促进了冰盖模型在数值与物理方法两方面的改进。

 模型 
 冰流 
 浅冰近似 
浅冰近似（，简称）是一种模拟冰流的简单方法，无需求解完整的斯托克斯方程。这一近似方法适用于深宽比较小、滑移很少且冰川床地形简单的冰盖。浅冰近似假设基底剪应力在冰盖运动中占主导地位，没有考虑其他许多受力，可以被视为一种零阶模型。它还假设基底剪应力与冰的重力推动力相互平衡。该方法计算成本较低。

 浅冰架近似 
浅冰架近似（，简称）是另一种模拟冰流的方法，特别适用于描述浮冰的薄膜型流动或者在基底上滑动的冰流。SSA也称为膜模型（），类似于流体动力学中的自由膜模型。与浅冰近似相反，浅冰架近似适用于轴向力较强的冰流，而不考虑基底剪应力。该方法也是一种零阶模型。

 完整斯托克斯方程 
冰是一种粘性流体，因而可以用流体力学中的纳维-斯托克斯方程来描述，这一控制方程考虑到了冰上的所有受力。在流速很低时，纳维-斯托克斯方程可以被简化为斯托克斯方程。其计算成本较高，不易大规模使用，通常只用基线等于特定场景。

 与其他气候条件的相互作用 
冰盖与周围的大气、海洋和冰下地层相互作用。为了建立全面的冰盖模型，所有这些部分都需要被纳入考虑。

基底条件在决定冰盖行为方面发挥着重要作用。然而基底热状态（冰融化或冻结）和基底地形数据都很难获得。最常用的方法是应用质量守恒约束。

夏季日照是温度变化的主要原因，影响到冰盖的融化速度和质量平衡。例如，冰体体积与夏季日照的依赖关系可以表示为，其中I是冰体体积，是单位时间内体积的变化率，T是冰盖的响应时间，S是日照信号。

空气温度在冰盖模型中也是必需的，因为它可以反映表面融化率和径流速度。例如，可以用纬度、海拔高度h来估算年平均温度：，其中假设冰架表面温度与海拔1千米处一样寒冷。

降水量与气温直接相关，并取决于冰盖上方和周围的湿度。降水在冰盖融化和堆积过程中也起着重要作用。

 崩解 
崩解是冰盖模型研究的一个活跃领域。潮汐、基底裂缝、与冰山的碰撞、厚度和温度等不同因素都会影响到崩解过程。近年来、等概念的发展促进了对冰盖崩解过程更全面的理解。

 参见 
 冰盖动力学
 海平面上升

 参考文献 

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