21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响
【类型】期刊
【作者】李娟，白毅平，左军成，谭伟，赵雪（国家海洋局南海预报中心；河海大学）
【作者单位】国家海洋局南海预报中心；河海大学
【刊名】热带海洋学报
【关键词】 海平面变化；格陵兰冰川；典型浓度路径；径向翻转流
【资助项】国家重点基础研究发展计划(“973”)项目(2013CB430302)；国家自然科学基金(41276018)
【ISSN号】1009-5470
【页码】P20-29
【年份】2019
【期号】第3期
【期刊卷】1;|7;|8;|4;|5;|2
【摘要】利用三维海洋环流模式（parallel ocean program,POP）,探讨典型浓度路径（representative concentration pathway,RCP）情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响。结果表明:在RCP4.5情景下,当格陵兰冰川以7%×a-1的加速度快速融化时,相比于只在夏半年融化,全年融化会导致动力海平面在北冰洋、北大西洋副极地海域加速上升,而在欧洲西北部和北大西洋副热带海域加速下降;比容海平面在北美沿岸加速上升,热带大西洋和南大西洋副热带海域也有所上升,北冰洋、欧洲西北部和北大西洋副热带则显著下降。格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化影响的不同,主要是由于相比于只在夏半年融化,格陵兰冰川全年融化会造成大量较冷较淡的融冰水被滞留在格陵兰岛南部海域,在冬半年,会导致上层海洋层化加强和大西洋经向翻转流进一步减弱,一方面造成大量海水在北大西洋副极地海域堆积;另一方面导致向北的热盐输运减弱,从而造成了北冰洋、北大西洋副极地和副热带海域东部的热比容海平面显著下降和盐比容海平面加速上升。
【全文】 文献传递
21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响
摘要: 利用三维海洋环流模式(parallel ocean program, POP), 探讨典型浓度路径(representative concentration pathway, RCP)情景下 21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化的影响。结果表明: 在RCP4.5情景下, 当格陵兰冰川以7%·a-1的加速度快速融化时, 相比于只在夏半年融化, 全年融化会导致动力海平面在北冰洋、北大西洋副极地海域加速上升, 而在欧洲西北部和北大西洋副热带海域加速下降; 比容海平面在北美沿岸加速上升, 热带大西洋和南大西洋副热带海域也有所上升, 北冰洋、欧洲西北部和北大西洋副热带则显著下降。格陵兰冰川不同的融化季节对海平面变化影响的不同, 主要是由于相比于只在夏半年融化, 格陵兰冰川全年融化会造成大量较冷较淡的融冰水被滞留在格陵兰岛南部海域, 在冬半年, 会导致上层海洋层化加强和大西洋经向翻转流进一步减弱, 一方面造成大量海水在北大西洋副极地海域堆积; 另一方面导致向北的热盐输运减弱, 从而造成了北冰洋、北大西洋副极地和副热带海域东部的热比容海平面显著下降和盐比容海平面加速上升。
关键词: 海平面变化; 格陵兰冰川; 典型浓度路径; 径向翻转流
Received date: 2015-07-13; Revised date: 2015-09-09. Editor: YIN Bo
受全球变暖影响格陵兰冰川的质量从 20世纪90年代中期开始加速减少, 在不到 10年的时间里减少速率就增大了一倍(Jacob et al, 2012), 到21世纪初, 格陵兰冰川质量的以约300Gt·a-1速率在减少(Rignot et al, 2011; Li et al, 2013)。陆地冰川融化对融冰区附近海域的海平面产生显著影响, 并最终通过大洋环流和温盐的重新分配等引起全球海平面上升(Alley et al, 2005; Kopp et al, 2010)。当格陵兰冰川的融化速率为200Gt·a-1时, 区域海平面变化主要受动力海平面变化的影响; 在更高融化速率下, 则主要受静力海平面变化的影响, 且海平面变化在西北大西洋最强; 在融冰源附近海域的海平面扰动最大(Kopp et al, 2010)。格陵兰和南极冰川及陆地冰盖加速融化, 导致海水质量逐年增加, 并通过大洋环流和温盐的重新分配来影响全球及区域海平面变化(Pritchard et al, 2009; Kopp et al, 2010)。自20世纪90年代末开始, 陆地冰融化对全球平均海平面上升的贡献越来越大(Stocker et al, 1994; Schmittner et al, 2005; Stouffer et al, 2007)。近年来, 评估各因子对海平面上升的贡献率不同的作者给出了略微不同的结果, 尤其是陆地冰融化所做的贡献(Hu et al, 2009; Velicogna et al, 2014), 然而, 这些评估结果非常一致给出, 过去30年来陆地冰对海平面上升的贡献越来越大。格陵兰冰川融化程度在2012年达到了有记录以来的历史新高(400Gt·a-1), 融化面积和天数较常年(1981—2010年)平均大幅增加; 一般情况下,格陵兰冰川只在北半球的夏半年(5—10月)融化, 然而格陵兰冰川融化过程贯穿 2012年一整年(Box et al, 2012; Tedesco et al, 2013)。在21世纪, 格陵兰和南极冰川融化对全球海平面上升的贡献可能是最大的因子(Hay et al, 2014)。陆地冰川融化不仅能引起海平面的变化, 也会间接影响海洋的热盐环流, 热盐环流的变化又会影响到海平面的变化(Hu et al, 2009、2013)。近年来一些模式结果显示: 如果全球气候继续变暖将会导致冰川快速融化, 大量融冰水流入大洋, 将会引起经向翻转流急剧减弱(Alley et al, 2005; Jungclaus et al, 2006; Vizcaíno et al, 2008; Hu et al, 2009、2013)。大西洋经向翻转流是大尺度海洋环流, 把中低纬度海域的上层暖而咸的海水带到了北大西洋副极地海域，并失热下沉到深层海洋,然后向南流，在世界大洋的其他海域上升(Elmore et al, 2015), 经向翻转流的变化会直接或间接的影响区域动力和比容海平面变化(Hu et al, 2009; Kienert et al, 2012)。
联合国气候变化政府间专家委员会(IPCC)第四次评估报告指出, 目前的耦合模式中还没有把陆地冰模块加入进来, 对于未来气候变暖对海洋的影响是假设气候变暖会导致海洋层结更为稳定(Schmittner et al, 2005; Yin et al, 2010)。如果把格陵兰冰川的融冰水理想地加入到耦合模式中去, 当格陵兰冰川快速融化时, 大西洋的经向翻转流将会逐渐减弱(Hu et al, 2009、2011)。
文中选择 IPCC为第五次评估报告新开发的一个比较稳定的中等排放情景新情景RCP4.5, 重点关注格陵兰冰川不同的融化季节对大西洋经向翻转流和海平面变化的影响。在国际耦合模式比较计划 5 (CMIP5)模式结果的基础上, 采用海洋模式POP, 研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对全球及区域动力和比容海平面变化的影响。
1 数值实验介绍
1.1 试验设置
本文所采用的海洋环流模式(POP)是美国洛斯阿拉莫斯国家实验室开发的一个三维海洋环流模式。模式参数和试验设置与李娟等(2015)相同。
共有3组试验, 试验1是控制试验(contral exp),即没有考虑格陵兰冰川融化的影响; 试验2～3是敏感性试验, 试验 3 (7% exp1)是假设格陵兰冰川融化只在北半球的夏半年(5—10月)以 7%·a-1的加速度融化, 试验 4 (7% exp2)是假设格陵兰冰川全年(1—12月)以7%·a-1的加速度融化, 试验3和试验4均假设格陵兰冰川每年的融化总量相等。
1.2 模式验证
在讨论 21世纪格陵兰冰川不同融化季节对全球及区域海平面的影响之前, 对模式结果进行验证是非常必要的, 下面将讨论一下POP模式所模拟的平均海面高度场, 进而初步验证模式的准确性。
全球大洋的海洋表面的平均动力地形是长期平均的海平面高度减去大地水准面, 所反映的是全球大洋长期平均状态的环流场。图1a是利用模型地球重力场模型(EGM2008)和平均海平面模型(KMS04)估算出的动力地形, 可以为文中所用的大洋环流模式 POP所模拟的平均海表面高度提供参考。图 1b是三维环流POP模式所模拟的长期平均的海表面高度场, 与图1a中动力地形的空间分布比较一致。在太平洋副热带环流海域、南印度洋和大西洋副热带环流海域海表面高度较大, 同时赤道印度洋和赤道太平洋海域的海表面高度也相对比较高, 海表面高度最高的海域位于北太平洋的副热带环流海域的西侧, 最大值可达 120cm。南北半球的高纬海域海表面高度比较低, 海表面高度最低的海域位于南大洋的高纬海域, 格陵兰岛的东南部附近海域。在大西洋和太平洋海域, 比较显著的特征是: 南北半球的副热带环流比较明显, 然而北半球的印度洋海域却没有相对稳定的环流存在, 相对应的南半球的印度洋海域的副热带环流是比较明显的。模式模拟估算的平均海表面高度与观测的动力地形在有些海域有着细微的差别, 这样的差异可能的主要来源是POP海洋环流模式精度不够, 还不能够比较精确地分辨出比较细的动力场, 包括地形变化不能精确地分辨等, 还有一种可能是由于卫星观测误差, 以及大地水准面本身的误差所导致的动力地形的不准确性。
图1 平均动力海平面高度
a. 观测的平均动力海平面(1993—2002年; Tapley et al, 2003); b.模式模拟的平均动力海平面(1981—2000年)
Fig. 1 Observed and simulated mean dynamic sea level. (a) observations (1993-2002; Tapley et al, 2003); (b) simulation (1981-2000)
2 格陵兰冰川不同的融化季节对动力平面变化的影响
文中的动力海平面是Boussinesq近似下POP模式输出的海面高度, 反映的是水平流速和海平面梯度(或水平压力梯度)之间的地转平衡关系, 即动力海平面高度。影响区域海平面变化的主要因素有冰川融化、海水密度变化、地面垂向运动、陆地水储量、大洋环流等。风生环流和经向翻转流的变化会导致海水在不同的地方堆积, 从而引起局地海平面变化。
图1是21世纪在格陵兰冰川不同的融化季节下动力海平面相对于 20世纪末的空间变化特征。21世纪，动力海平面上升较快的海域有南大洋的45°S纬度带、北冰洋的大部分海域、北大西洋副极地、北太平洋的热带和副热带西部海域，到21世纪末最大可达35cm (图2)，这主要是由于风应力变化导致的, 这与大多数的模拟结果相似(Hay et al, 2014),其中, 在北冰洋主要由于该海域气温上升幅度及大量淡水输入; 在北大西洋副极地环流海域快速上升是由于大西洋径向翻转流和Sverdrup输运减弱共同作用的结果(Suzuki et al, 2005; Hu et al, 2011); 在北太平洋赤道流西侧和副热带环流西侧海域显著上升是由于Sverdrup输运减弱导致的。动力海平面呈现出下降趋势的海域主要有北大西洋副热带中部海域、南大西洋副热带和北太平洋副极地海域, 下降幅度为最大为20cm (图2), 与Yin等(2009)结果一致,主要是由于该海域Sverdrup输运增强引起的。
图2 2081—2100年平均动海平面和1981—2000年平均动海平面的差值
a. 7% exp1; b. 7% exp2
Fig. 2 Dynamic sea level anomalies in the late 21stcentury relative to that in the late 20thcentury. (a) 7% exp1; (b) 7% exp2
21世纪, 当格陵兰冰川以7%·a-1的增速融化时,冰川全年融化与只在夏半年融化对全球及区域动力海平面变化影响的差异主要是在北冰洋和北大西洋海域(图3)。当格陵兰冰川全年融化时, 动力海平面在北冰洋、格陵兰岛西部和南部海域呈现加速上升的趋势, 尤其是格陵兰岛的西南部海域(图3), 到21世纪末加速上升约 6cm, 北冰洋、热带大西洋和南大西洋副热带海域也有所上升, 上升幅度约 0～2cm(图3); 而在欧洲北部西海岸和北大西洋副热带海域则显著下降, 另外南极绕极流、太平洋和印度洋的动力海平面也有所下降(图3), 这是由于格陵兰冰川全年融化时, 流入北大西洋的大量融冰水就被滞留在该海域, 上层海洋在冬半年层化加强, 会导致大西洋经向翻转流比格陵兰冰川只在夏半年融化时进一步减弱, 尤其是大西洋2000m以上的经向翻转流显著减弱, 到 21世纪末最大可减弱 4.5×105m3·s-1(图4)。
3 格陵兰冰川不同的融化季节对比容平面变化的影响
全球变暖和陆地冰川融化对全球和区域的比容海平面变化有显著影响(Gregory et al, 1998)。随着温室气体浓度的增加, 海洋也从大气中吸收了更多的热量, 导致海水膨胀, 引起全球平均及区域热比容海平面上升。陆地冰川融化、降水和径流变化等改变了海水盐度, 会导致盐比容海平面的变化(Yin et al, 2010)。
图3 2081—2100年平均动力海平面7% exp2试验与7% exp1试验的差值
Fig. 3 Dynamic sea level anomalies in the late 21stcentury 7% exp2 relative to that in 7% exp1
图4 2081—2100年大西洋经向流函数7% exp2试验与7% exp1试验的差值
Fig. 4 Mean Atlantic meridional streamfuction anomaly between 7% exp2 and 7% exp1 at the end of the 21stcentury
图5 2000—2100年全球平均比容海平面变化
Fig. 5 Global mean steric sea level change from year 2000 to year 2100
3.1 格陵兰冰川不同的融化季节对全球平均比容平面变化的影响
文中7% exp1试验和7% exp2试验中格陵兰冰川的年均融化速率是相同的, 即两组试验中冰川每年融化的总量是相等的。图5是当21世纪格陵兰冰川以 7%·a-1的增速在北半球的夏半年和全年融化时,全球平均比容海平面的变化情况和二者之间的差异。在2050年之前, 格陵兰冰川不同的融化季节对全球平均总比容海平面变化的影响较小, 从2050年开始影响逐渐增大(图5), 格陵兰冰川全年融化比只在夏半年融化对全球平均比容海平面变化的影响大, 到21世纪末, 格陵兰冰川全年融化将导致全年平均比容海平面加快上升约为5mm, 这与大西洋经向反转流指数的变化特征较为一致(图6)。图6是2000—2100年大西洋平均经向翻转流指数在试验 7% exp2与7% exp1的变化曲线, 采用经向翻转流指数定义大西洋的年平均经向翻转流函数在 500m深度以下的最大值。当格陵兰冰川全年融化时大西洋经向翻转流明显减弱, 大西洋经向翻转流减弱会导致太平洋向大西洋的热传输减少, 造成太平洋30°S纬度带向南的经向热输送减少和从热带向北太平洋的热盐环流加强, 进而引起北太平洋副极低海域的次表层变暖; 在北大西洋, 导致了向北的热盐环流减弱, 从而使热带大西洋滞留了更多的热量, 随即随着湾流被带到北大西洋, 最终导致全球平均比容海平面的加速上升。
图6 2000—2100年大西洋经向翻转流指数
Fig. 6 Time-evolving MOC index due to the addition of Greenland melting water in the six summer months (May–October) only vs in the whole year
3.2 格陵兰冰川不同的融化季节对区域比容平面变化的影响
格陵兰冰川的融冰水流入北大西洋海域, 导致了大西洋经向翻转流强度显著减弱(Hu et al, 2011、2013)。经向翻转流的变化对气候有非常重要的影响,因为经向翻转流向北大西洋副极地海域输送大量的热量, 在欧洲沿岸形成下降流。学者的研究结果表明, 大西洋经向翻转流的减弱会引起北大西洋海域的海水变冷(Suzuki et al, 2005; Hu et al, 2011), 因此间接影响了该海域的比容海平面变化。
图7是21世纪当格陵兰冰川以7%·a-1的增速在不同的融化季节时比容海平面相对于 20世纪末的变化特征分布。21世纪, 比容海平面在全球大部分海域呈现出显著的上升趋势, 这是由于全球气候变暖和冰川融化引起了大洋表层和次表层变暖变淡,导致了热比容和盐比容海平面的上升, 尤其是在20°N以北的大西洋比同纬度的太平洋海域上升的快。到21世纪末, 在欧洲西岸海域比容海平面最大可上升约 75cm (图 7), 这是由于海水盐度在 500～ 2000m的深度大西洋比太平洋下降的快, 盐度的显著下降导致了北大西洋的盐比容海平面急剧上升。南极绕极流海域的比容海平面在 21世纪呈现出显著的下降趋势, 这是因为该海域2000m以上盐度是增加的, 而温度是降低的, 继而导致了热比容和盐比容海平面的下降(图7), 这可能是由于21世纪南大洋的西风带加强引起垂向混合增强(Hu et al, 2011)。
格陵兰冰川不同的融化季节对比容海平面变化影响显著的海域主要有北冰洋、北美沿岸、北大西洋副热带和欧洲北部西海岸海域(图8)。21世纪, 当格陵兰冰川以 7%·a-1的增速快速融化时, 全年融化相比于只在夏半年融化会导致北美沿岸和格陵兰岛西南部海域的比容海平面加速上升(图 8), 到 21世纪末, 北美沿岸海域可加速上升 11cm, 在热带大西洋和南大西洋副热带海域比容海平面也呈现不同程度的上升趋势, 上升幅度约 0～4cm。比容海平面在北冰洋、欧洲西北部沿海和北大西洋副热带海域则显著下降, 在南极绕极流和太平洋的副极地海域也有所下降(图8)。格陵兰冰川不同的融化季节对比容海平面变化影响程度不同, 主要是由于如果格陵兰冰川只在夏半年融化, 积累在格陵兰岛南部海域的大量融冰水在冬半年可以通过深层对流离开该海域,继而减小对大西洋经向翻转流的影响; 如果全年融化, 那么流入北大西洋的大量融冰水就会被滞留在格陵兰岛南部海域, 在冬半年上层海洋层化加强,垂向对流减弱, 最终导致大西洋经向翻转流进一步减弱(图4)。在大西洋, 经向翻转流的进一步减弱会引起向北的热输运和盐输运减弱, 从而使热带大西洋滞留了较多的高温高盐水(图9、图10), 有一部分高温高盐水随着湾流被带到了湾流流经的海域, 引起湾流和热带大西洋海域的热比容海平面显著上升和盐比容海平面进一步下降; 与此同时, 在北大西洋高纬度和北冰洋海域的海水变冷变淡, 北大西洋副极地海域的一部分冷而淡的水随着风生环流被带到北大西洋副热带海域(图9、图10), 因此造成了北冰洋、北大西洋副极地和副热带海域东部的热比容海平面显著下降和盐比容海平面加速上升(图7)。
图7 2081—2100年平均比容海平面与1981—2000年的差值
a. 7% exp1; b. 7% exp2
Fig. 7 Steric sea level anomalies in the late 21stcentury relative to that in the late 20thcentury
图8 2081—2100年平均比容海平面7% exp2与7% exp1的差值
Fig. 8 Steric sea level anomalies in the late 21stcentury of 7% exp2 relative to those of 7% exp1
图9 2081—2100年大西洋纬向平均温度7% exp2与7% exp1的差值
Fig. 9 Zonal mean oceanic temperature anomalies between 7% exp2 and 7% exp1 at the end of the 21stcentury in the Atlantic Basin
图10 2081—2100年大西洋纬向平均盐度7% exp2与7% exp1的差值
Fig. 10 Zonal mean oceanic salinity anomalies between 7% exp2 and 7% exp1 at the end of the 21stcentury in the Atlantic Basin
4 讨论
格陵兰冰川融化的淡水体积通量能显著影响海平面, 这个影响在文中模式的模拟中没有包括在内, 因为POP模式是体积守恒。文中的海洋模式还不能对格陵兰的融冰水进行准确的分配, 目前比较一致的观点认为, 陆地冰融化产生的大量淡水会使冰川附近海域的海平面较慢上升, 甚至会下降, 而远离冰川海域的海平面则上升较快(Milne et al, 2009); 另一个观点认为, 陆地冰的融冰水将会被均匀地分配到全球的海洋中, 这是因为陆地-海洋质量交换会导致地球均衡变形、地球引力和转动速度的改变(Mitrovica et al, 2009)。
我们猜想, 2050年之前, 比容和动力海平面变化仍然是控制格陵兰附近海域和北美沿岸局地海平面变化的主要因素, 到 2050年之后, 由于南极和格陵兰冰川融化导致大量的淡水流入海洋, 静力海平面变化将会变成海平面变化的主导因素。因此, 区域总海平面变化(比容海平面、动力海平面和静力海平面之和)在21世纪中期之后会与之前讨论的不一样。
文中采用的海洋模式POP是 Boussinesq近似,目前大多数海洋模式都基于 Boussinesq近似, 虽然可以通过简单订正来修正这种近似, 但是订正后的海平面高度仍然与非Boussinesq近似的模拟有一定的差别(李薇 等, 2003), 对于格陵兰冰川融化影响在文中只是以等效盐通量的形式加入, 但是它并不能准确评估陆地冰(包括陆地高山冰川, 格陵兰岛和南极冰盖等)融化对海平面变化的影响, 因此, 在今后的研究中发展海洋模式的非Boussinesq近似是一项非常重要和必要的工作, 尝试借助于陆地冰模式或者地球物理模型来开展陆地冰融化对海平面变化的影响等相关工作。
5 结论
文中利用三维海洋环流模式 POP分析研究RCP4.5情景下21世纪格陵兰冰川不同的融化季节对全球及区域海平面变化的影响。结果显示: 在RCP4.5情景下, 在21世纪, 当格陵兰冰川以7%·a-1的加速度快速融化时, 冰川全年融化相比于只在夏半年融化会导致动力海平面在北冰洋、格陵兰岛西部和南部海域呈现加速上升的趋势, 到21世纪末加速上升最大约 6cm, 而在欧洲北部西海岸和北大西洋副热带海域则显著下降, 南极绕极流、太平洋和印度洋的动力海平面也有所下降, 这是由于格陵兰冰川全年融化时, 流入北大西洋的大量淡水就会滞留在该海域, 冬半年上层海洋层化加强, 导致大西洋经向翻转流比格陵兰只在夏半年融化时进一步减弱, 导致大量的海水在北大西洋副极地海域堆积;全年融化导致了北美沿岸、格陵兰岛西南部、热带大西洋和南大西洋副热带海域的比容海平面加速上升, 到21世纪末最大可加速上升11cm, 在北冰洋、欧洲西北部沿海、北大西洋副热带、南极绕极流和太平洋副极低海域则呈现出显著的下降趋势, 主要是由于全年融化造成大量融冰水被滞留在格陵兰岛南部海域导致大西洋经向翻转流减弱, 在大西洋向北的热盐输运减弱, 造成热带大西洋滞留了较多的高温高盐水, 有一部分高温高盐水随着湾流被带到了湾流流经的海域, 导致湾流海域和热带大西洋的热比容海平面加速上升和盐比容海平面显著下降,与此同时, 北大西洋高纬度海域和北冰洋的海水因此变冷变淡, 一部分冷而淡的水随着风生环流被带到北大西洋副热带海域, 引起北冰洋、北大西洋副极地和副热带海域东部的热比容海平面显著下降和盐比容海平面加速上升。
参考文献 References
李娟, 左军成, 谭伟, 等, 2015. 21世纪格陵兰冰川融化速率对海平面变化的影响[J]．海洋学报, 37(7): 22–23. LI JUAN, ZUO JUNCHENG, TAN WE, et al, 2015. The influence of the melting rate of the Greenland ice sheet on the sea level variation for 21stcentury[J]. Haiyang Xuebao, 37(7): 22–32 (in Chinese).
李薇, 张学洪, 金向泽, 2003. 海洋环流模式中不同近似假设下的海表高度[J]. 海洋科学进展, 21(2): 132–141. LI WEI, ZHANG XUEHONG, JIN XIANGZE, 2003. Sea level height on different approximations assumptions in ocean circulation models[J]. Advances in Marine Science, 21(2): 132–141 (in Chinese).
ALLEY R B, CLARK P U, HUYBRECHTS P, et al, 2005. Icesheet and sea-level changes[J]. science, 310 (5747): 456–460.
BOX J E, FETTWEIS X, STROEVE J C, et al, 2012. Greenland ice sheet albedo feedback: thermodynamics and atmospheric drivers[J]. The Cryosphere, 6: 821–839.
ELMORE A C, WRIGHT J D, SOUTHON J, 2015. Continued meltwater influence on North Atlantic deep water instabilities during the early Holocene[J]. Marine Geology, 360: 17–24.
GREGORY J M, OERLEMANS J, 1998. Simulated future sea-level rise due to glacier melt based on regionally and seasonally resolved temperature changes[J]. Nature, 391: 474–476.
HAY C, MITROVICA J X, GOMEZ N, et al, 2014. The sea-level fingerprints of ice-sheet collapse during interglacial periods[J]. Quaternary Science Reviews, 87: 60–69.
HU A, MEEH G A, HAN W, et al, 2009. Transient response of the MOC and climate to potential melting of the Greenland ice sheet in the twenty-first century[J]. Geophysical Research Letters, 36: L10707.
HU A, MEEH G A, HAN W, et al, 2011. Effect of the potential melting of the Greenland ice sheet on the meridional overturning circulation and global climate in the future[J]. Deep Sea Research Ⅱ, 58: 1914–1926.
HU A, MEEH G A, HAN W, et al, 2013. Influence of continental ice retreat on future global climate[J]. Journal of Climate, 26: 3087–3111.
JACOB T, WAHR J, PFEFFER W T, et al, 2012. Recent contributions of glaciers and ice caps to sea level rise[J]. Nature, 482: 514–518.
JUNGCLAUS J H, HAAK H, ESCH M, et al, 2006. Will Greenland melting halt the thermohaline circulation?[J]. Geophysical Research Letters, 33: L17708.
KIENERT H, RAHMSTORF S, 2012. On the relation between meridional overturning circulation and sea-level gradients in the Atlantic[J]. Earth System Dynamics, 3: 325–356.
KOPP R E, MITROVICA J X, GRIFFIES S M, et al, 2010. The impact of Greenland melt on local sea levels: a partially coupled analysis of dynamic and static equilibrium effects in idealized water-hosing experiments[J]. Climatic Change, 103: 619–625.
LI JUAN, ZUO JUNCHENG, CHEN MEIXIANG, et al, 2013. Assessing the global averaged sea level budget over 2003-2010[J]. Acta Oceanologica Sinica, 32(10): 16–23.
MILNE G A, GEHRELS W R, HUGHES C W, et al, 2009. Identifying the causes of sea-level change Nat[J]. Geosciences Journal, 2: 471–478.
MITROVICA J X, GOMEZ N, CLARK P U, 2009. The sea-level fingerprint of west Antarctic collapse[J]. Science, 323: 753.
PRITCHARD H D, ARTHERN R J, VAUGHAN D G, et al, 2009. Extensive dynamic thinning on the margins of the Greenland and Antarctic ice sheets[J]. Nature, 461: 971–975.
RIGNOT E, VELICOGNA I, VAN DEN BROEKE M R, et al, 2011. Acceleration of the contribution of the Greenland and Antarctic ice sheets to sea level rise[J]. Geophysical Research Letters, 38: L05503.
SCHMITTNER A, LATIF M, SCHNEIDER B, 2005. Model projections of the North Atlantic thermohaline circulation for the twenty-first century assessed by observations[J]. Geophysical Research Letters, 32: L23710.
STOCKER T F, BROECKER W S, 1994. Observation and modeling of North Atlantic deep water formation and its variability: introduction[J]. Journal of Geophysical Research, 99(C6): 12317–12317.
STOUFFER R J, SEIDOV D, HAUPT B J, 2007. Climate response to external sources of freshwater: North Atlantic versus the Southern Ocean[J]. Journal of Climate, 20: 436–448.
SUZUKI T, HASUMI H, SAKAMOTO T T, et al, 2005. Projection of future sea level and its variability in a high-resolution climate model: ocean processes and Greenland and Antarctic ice-melt contributions[J]. Geophysical Research Letters, 32: L19706.
TAPLEY B D, CHAMBERS D P, BETTADPUR S, et al, 2003. Large scale ocean circulation from the GRACE GGM01 Geoid[J]. Geophysical Research Letters, 30(22): 211–227.
TEDESCO M, FETTWEIS X, MOTE T, et al, 2013. Evidence and analysis of 2012 Greenland records from spaceborne observations, a regional climate model and reanalysis data[J]. The Cryosphere, 7: 615–630.
VELICOGNA I, SUTTERLEY T C, VAN DEN BROEKE M R, 2014. Regional acceleration in ice mass loss from Greenland and Antarctica using GRACE time-variable gravity data[J]. Geophysical Research Letters, 41(22): 8130–8137.
VIZCAÍNO M, MIKOLAJEWICZ U, GRÖGER M, et al, 2008. Long-term ice sheet - climate interactions under anthropogenic greenhouse forcing simulated with a complex earth system model[J]. Climate Dynamics, 31: 665–690.
YIN J J, SCHLESINGER M E, STOUFFER R J, 2009. Model projections of rapid sea-level rise on the northeast coast of the United States[J]. Nature Geoscience, 2: 262–266.
YIN J J, GRIFFIES S M, STOUFFER R J, 2010. Spatial variability of sea level rise in twenty-first century projections[J]. Journal of Climate, 23: 4585–4607.
The influence of melting season of the Greenland ice sheet on the sea level variation during the 21stcentury
Abstract: The influence of different melting time of Greenland ice sheet on sea level of the global and regional oceans were studied using the ocean model parallel ocean program (POP) under the representative concentration pathway 4.5 (RCP 4.5) scenario for the 21stcentury. Results showed that the Greenland ice sheet melting with 7%·a-1acceleration in the year round has more notably influence on the global and regional sea level variation than melting only in the summer months from May to October. The dynamic sea level rise shows acceleration in the Arctic and subpolar North Atlantic, but it decreases in the west coast of Europe and subtropical North Atlantic. The steric sea level rises fast along the coast of North America, subpolar North Atlantic, tropical Atlantic, and the subtropical South Atlantic, but falls in the Arctic, the west coast of Europe and subtropical North Atlantic. The different influences of the Greenland ice sheet melting on sea level change between the year round and the summer months cases mainly due to the notably weakened meridional overturning caused by strengthened stratification of the upper ocean and weakened deep convection because of a lot of freshwater input regions near Greenland in the high rate ofmelting Greenland ice sheet. The accumulation of water in the subpolar North Atlantic caused by weakened meridional overturning, which leads to dynamic sea level rise in the subpolar North Atlantic. The weakened transport of heat and salt from the tropical Atlantic to high-latitude ocean was caused by weakened meridional overturning, so that more high temperature and saline water was stranded in the tropical Atlantic; part of high temperature and high salinity water was brought by the Gulf Stream to the Gulf Stream region, leading to accelerated thermosteric sea level rise and significant halosteric sea level decrease in the Gulf Stream and tropical North Atlantic. The waters of the subpolar North Atlantic and Arctic cool and become less saline, some cold and less saline water was brought by the wind-driven circulation to the subtropical North Atlantic, which led to opposite change of thermosteric and halosteric sea level to tropical North Atlantic.
Key words: sea level variation; Greenland ice sheet; RCP; meridional overturning flow
doi:10.11978/2015100 10.11978/2015093
中图分类号: P731.23
文献标识码: A
文章编号: 1009-5470(2016)03-0020-10
收稿日期：2015-07-13;
修订日期：2015-09-09。殷波编辑
基金项目：国家重点基础研究发展计划(“973”)项目(2013CB430302); 国家自然科学基金(41276018)
Foundation item: Major Project of Chinese National Programs for Fundamental Research and Development (2013CB430302); National Natural Science Foundation of China (41276018) TAN Wei. E-mail: tw0419@yeah.net