Sea-level contribution from Thwaites Glacier doubles in an observation-constrained ice-sheet model

技術要約：観測制約付き氷床モデルにおいて、スウェイツ氷河による海面水位上昇への寄与が倍増

問題提起
西南極のスウェイツ氷河は、南極の質量減少の主要な要因であり、将来の海面水位上昇の予測における重要な不確実性の源となっている。その急速な後退は、接地線（グラウンディング・ライン：接地した氷が浮遊する氷棚へと移行する境界）における海洋誘発の融解によって引き起こされている。先行研究では、温かい周極深層水（CDW）が氷の底部を侵食する役割が強調されてきたが、既存の氷床モデルは、氷河の後退、薄層化、および加速の歴史的な傾向を同時に再現することに苦慮している。特定された主要な欠陥は、接地線を接地した氷と浮遊する氷の間の鋭い離散的な境界として扱う点である。この手法は、近年衛星によって観測された、接地した氷の下への数キロメートル規模の海水侵入（これにより動的な「グラウンディング・ゾーン」が形成される）を無視している。このゾーンは活発な融解を特徴とする。さらに、標準的な融解パラメータ化では、接地線において融解率をゼロに強制する傾向があるが、これは接地線内でも融解が相当量発生し、潜在的に支配的であるという観測結果と矛盾している。

手法
著者らは、Ice-sheet and Sea-level System Model (ISSM) を用いて、1996年から2023年までのスウェイツ氷河の進化をシミュレートし、2100年までの挙動を予測した。本研究では、浮力線（flotation line）の内側へと広がる「活発に融解するグラウンディング・ゾーン」を明示的に表現する新しいパラメータ化を導入した。この枠組みにおいて、グラウンディング・ゾーンは、接地線での最大値から侵入距離でのゼロへと融解率が線形に減少する長さ $L$ の領域として定義される。

モデルは、1996年の接地線の位置を観測値と一致させるため、浮遊氷領域における地形への+100 mの局所的な補正を含めて、1990年代半ばの状態を表すように初期化された。本研究では、表面流速、氷厚、および接地線の位置という3つの独立した観測記録に対してモデルを評価するために、ベイズ較正法を用いた。較解は、底部の融解率（$\dot{m}$）とグラウンディング・ゾーンの長さ（$L$）という2つの主要なパラメータを変化させた。ヒンドキャスト（過去の遡及シミュレーション）のアンサンブルは、歴史的な傾向との不一致を最小化する結合パラメータ空間を特定するために、105回のシミュレーションを実施した。較正後、将来の海洋温暖化の不確実性を分離するため、定常的な気候強制力（1996年から2023年の平均値）の下で、最良の構成を2100年まで拡張した。

主な結果

1. 歴史的傾向の再構築： モデルは、グラウンディング・ゾーンを幅2〜5 kmの領域とし、融解率を約110 m yr⁻¹とした場合にのみ、25年間にわたるスウェイツ氷河の観測された後退、薄層化、および加速を再現することに成功した。接地線を離散的な境界として扱うシミュレーションでは、非現実的なほど高い融解率（150 m yr⁻¹）を必要とした上、2000年代半ばに観測された薄層化と加速の規模を捉えることさえできなかった。
2. パラメータのトレードオフ： ベイズ解析により、グラウンディング・ゾーンの長さと融解率の間に補償関係があることが明らかになった。しかし、グラウンディング・ゾーンがないシミュレーションは、数キロメートルのグラウンディング・ゾーンを持つシミュレーションよりも、歴史的傾向を再現できる確率が4倍低かった。
3. 将来予測とアンピニング（剥離）： 定常的な気候強制力の下で、グラウンディング・ゾーンの長さが、氷河が安定化に寄与するムギノット・リッジ（Mouginot Ridge）から離脱するかどうかの主要な予測因子となった。
   • グラウンディング・ゾーンがない、または1 kmと狭いモデルでは、2100年までにリッジを超えて後退することはなかった。
   • 2〜3 kmのグラウンディング・ゾーンを持つモデルでは、2100年までにアンピニングが発生する確率が45%であった。
   • 最近の衛星観測と一致するモデル（4〜6 kmのグラウンディング・ゾーン）では、2100年までにリッジを越える確率が約60%であり、アンピニングは早ければ2038年にも発生する可能性があることが示された。
4. 海面水位への寄与： 本研究の予測によれば、グラウンディング・ゾーンの長さが5±1 km（最近の高解像度観測と一致）の場合、2100年までの世界平均海面水位への寄与は 30.1 ± 5.7 mm となる。これは、同じ定常強制力シナリオ下でのCMIP6の氷床モデル相互比較プロジェクト（ISMIP6）の平均予測値（15.2 ± 21.8 mm）の約2倍であり、ISMIP6の平均に対して130%の増加を表している。

意義と主張
本論文は、キロメートル規模の活発に融解するグラウンディング・ゾーンを明示的に解像することが、スウェイツ氷河のヒンドキャストおよび予測スキルの両方を根本的に変えることを主張している。複数の独立した観測制約に対してモデルを較正することにより、著者らは、グラウンディング・ゾーンのプロセスが安定的な地形リッジからの離脱を支配していることを実証した。これは、これまでモデルにおいて過小評価されていたメカニズムである。

著者らは、自らの知見が予測スキルの強力なベンチマークを確立したと断言しており、グラウンディング・ゾーンの範囲が熱的な強制力の緩やかな変動よりも、後退とアンピニングに対してより強い制御力を持つことを示している。したがって、本研究は、活発に融解するグラウンディング・ゾーンを、地域的および大陸規模の氷床モデル（国際的な相互比較フレームワークを含む）に体系的に組み込まなければならないと論じている。本論文は、完全に結合された氷・海洋シミュレーションが理想的ではあるものの、観測された状態変化に対して有効な融解率を較正するという現在のアプローチが、予測の不確実性を低減するための信頼できる経路を提供することを強調している。