Greenland Ice Sheet to fall below its Holocene minimum size by 2300

問題提起
グリーンランド氷床（GrIS）の持続的な温暖化に対する長期的な応答は、気候科学における根本的な不確実性として残っている。衛星観測は過去25年間の質量収支の加速を捉えているが、これだけでは世紀単位から千年単位の軌跡を評価するには不十分である。完新世（約11,700年前から現在まで）は、GrISが産業革命前よりも2〜5°C高い地域的な夏季気温を数世紀にわたって経験した最も新しい地質学的期間であり、氷床の感度を評価するための自然なベンチマークを提供している。しかし、従来の氷床モデルは、完新世を通じてGrISが辿った地質学的に制約された進化を再現することに苦慮しており、多くの場合、氷の消失の規模と持続性を過小評価してきた。さらに、GrIS全体がこれらの過去の変化を再現できるのか、また様々な温暖化シナリオ下での将来の進化が、完新世の変動範囲全体とどのように比較されるのかについても、未解決のままである。

方法論
これらのギャップに対処するため、著者らはIce-sheet and Sea-level System Model (ISSM) を用い、12.5 ka（完新世初期）から2300 CE（西暦2300年）までのGrISの進化をシミュレートした。本研究では、多角的なデータ制約に基づくアプローチを採用した：

• モデルの初期化と物理特性： モデルは、PaleoGrISによる初期完新世（12.5 ka）の氷の広がりを用いて初期化された。シミュレーションには、浮氷下の海底融解や海洋末端部でのカルビングを含む、氷と海洋の相互作用に関する物理に基づいたパラメトリゼーションが組み込まれた。モデルは、全球的なGIA（氷河地殻均衡調整）再構築に基づく基盤岩の垂直運動と海面変化を規定することで、GIAを考慮した（ただし、GIAは過渡的にシミュレートされていない）。
• 気候強制力：
  • 完新世 (12.5 ka – 1850 CE): 拡張された範囲の古気候再構築を用いた20個のシミュレーション・アンサンブルによって駆動された。これらには、4つの異なる温度再構築（氷コアの$\delta^{15}$N、氷コアを用いたデータ同化、および海洋プロキシに由来）と2つの降水シナリオが含まれる。
  • 歴史的および将来 (1850 – 2300 CE): シミュレーションは、CMIP6 NCAR CESM2-WACClの出力によって強制された。これには、4つの共通社会経済経路（SSP）が含まれる：SSP1-2.6（高緩和）、SSP2-4.5およびSSP3-7.0（中間）、およびSSP5-8.5（化石燃料依存型）。2100年までしか存在しないシナリオについては、空間構造を維持したまま偏差を2300年まで拡張するパターンスケーリング手法を用いた。
• データ・モデル比較 (DMC): モデルのスキルの評価を行うため、著者らは地質学的観測に対する7つの独立した基準を適用した。これらの基準には、氷縁の再構築、古気候プロキシの制約、最小範囲、再拡大パターン、および特定の地域的な履歴（例：プルドー・ドームの解氷）が含まれる。これらのベンチマークへの適合性に基づき、6つのアンサンブルメンバーが「最良の実行（best runs）」として選定された。

主な結果

• 完新世の再構築： 検証されたアンサンブルは、GrISの完明な進化を再現し、現在よりも小さな氷面積の時期を捉えた。シミュレーションによれば、ピーク時の完新世の質量損失率（~3–4 $\times$ 10$^4$ Gt century$^{-1}$）は11.6 kaから8 kaの間に発生し、完新世初期の北部の盆地から完新世後期の西部の盆地へと顕著な空間的シフトが見られた。
• 将来の軌跡：
  • 現在の温暖化の軌跡（中間的なSSP）の下では、GrISは2300年までに完新世の最小面積および体積を下回ると予測される。
  • 高排出シナリオ（SSP5-8.5）の下での質量損失率は非線形に加速し、2300年までに~24.7 $\times$ 10$^4$ Gt century$^{-1}$に達する。これは完新世で観察された最大率の10倍である。
  • 平衡線高度（ELA）の上昇に伴い、アブレーション（融解）の影響を受ける氷床の割合は非線形に増加する。これは、表面質量収支と標高のフィードバックによって駆動される。現在の軌跡の下では、2050年までにアブレーション帯は完新世と比較して前例のないレベルに達する。
• 海面水位への寄与： 2300年までに、GrISは中間シナリオの下で26–86 cmの海面水位等量（SLE）を寄与すると予測される。高排出シナリオであるSSP5-8.5の下では、この寄与量は~1.4 m（現在の体積の19%）に達する可能性がある。逆に、温暖化をSSP1-2.6に制限すれば、寄与は約10 cmに抑えられる。
• 状態変化： シミュレーションは、GrISが根本的な状態変化に近づいていることを示唆している。アブレーション帯が周辺部に限定されていた完新世とは異なり、将来の温暖化はアブレーション帯を内陸部および高標高へと押し上げる。例えば、現在は蓄積帯にあるキャンプ・センチュリー地点は、中間的な軌跡の下では2200年までにアブレーション帯に入ると予測されている。

意義と主張
本論文は、完新世から西暦2300年までのGrISの進化に関する、最も堅牢でデータによって検証された推定値を提供すると主張している。以前のモデルと地質学的制約との間の不一致を解消することで、本研究は将来の氷床のコミットメントを投影するための基礎を確立した。著者らは、将来の温暖化がGrISを完新世で経験した状態の範囲を超えさせ、持続的かつ自己増幅的な質量損失の状態に陥らせる可能性があると断言している。結果は、大幅な排出削減によってGrISの海面上昇への寄与を~10 cmに制限できる一方で、現在の軌跡は、氷床を最終間氷期（約125,000年前）以来の最小サイズへと導くリスクがあり、その質量損失率は地質学的な過去のどの記録をも上回る可能性があることを強調している。