아이스시트 모델

Ice-sheet model

기후 모델링에서, 빙하 모델은 마지막 빙하 기간 동안 그린란드 빙상, 남극 빙상 또는 북반구에 있는 큰 빙하와 같은 빙상의 진화, 역학 및 열역학을 시뮬레이션하기 위해 수치적인 방법을 사용한다. 그것들은 과거 빙하간 빙하 주기 대비 지구의 빙하에 대한 연구에서부터 향후 지구 온난화 조건에서 빙하 붕괴의 예측에 이르기까지 다양한 용도로 사용된다.

역사

18세기 중반부터 빙상 거동에 대한 조사가 시작되었다.[1] 빙하학 저널이 창간된 이후 물리학자들은 빙하역학을 출판해 왔다.[1]

반스 아이스 캡

최초의 3-D 모델은 반스 아이스 캡에 적용되었다.[1] 1988년, 보다 진보한 수치 기술을 이용한 빙상, 시트/쉘프 전환, 막 응력 그라데이션, 동위원소 침대 조정 및 기저 슬라이딩을 통합한 최초의 열역학 결합 모델이 개발되어 남극 빙상에 적용되었다.[1] 이 모델은 분해능이 40km, 수직 층이 10개였다.[1]

1990년에 첫 IPCC 평가 보고서가 나왔을 때, 빙판은 기후 시스템 모델의 활성 부분이 아니었으며, 그들의 진화는 지구 온도와 표면 질량 균형 사이의 상관관계에 기초하였다.[2] 1996년 2차 IPCC 평가 보고서가 나왔을 때 2D와 3D 모델링의 시작은 모두 얼음판과 함께 나타났다.[2] 1990년대는 유럽 빙상 모델링 이니셔티브(EISMINT)를 도입하면서 몇 가지 더 많은 연산 모델을 예고했다.[1][3] EISMINT는 1990년대 내내 그린란드, 남극, 빙붕, 열역학 및 접지선의 대부분의 모델을 비교하는 국제 협력 워크숍을 여러 차례 개최하였다.[3]

2000년대에는 풀 스톡스 다이나믹스의 1차 근사치를 아이스시트 모델로 통합하는 것이 포함되었다.[1] 제4차 IPCC 평가 보고서에는 얼음에서 급격한 동적 반응의 예측이 있는 빙상 모델들이 나타났고, 이는 상당한 얼음 손실의 증거로 이어졌다.[2]

2016년, CMIP상 6단계(Coubleed Model Intercarison Project 6)의 일부는 빙상 모델링과 관련된 모든 변수에 대한 프로토콜을 정의한 빙상 모델 상호 비교 프로젝트였다.[4] 그 프로젝트는 빙판에 대한 수치적 접근과 물리적 접근의 개선을 모두 허용했다.[5]

모델링

아이스 플로우

얕은 얼음 근사

얕은 얼음 근사치(SIA)는 전체 스톡스 방정식을 풀 필요 없이 얼음 흐름을 모델링하는 간단한 방법이다.[6] 근사치는 슬라이딩 역학이 많고 침대 지형이 단순하지 않은 상태에서 깊이 대 너비 비율이 작은 빙상에 가장 잘 적용된다.[7] SIA는 빙판에 많은 힘을 포함하지 않으며, '제로 오더' 모델로 간주될 수 있다.[7] 이 모델은 빙판이 대부분 기저부 스트레스에 의해 분할된다고 가정하며, 다른 힘을 고려할 필요는 없다.[8] 또한 접지된 얼음 균형의 기저 전단 응력과 중력 구동 응력이 서로 빠져나간다고 가정한다.[7] 그 방법은 계산적으로 저렴하다.[8]

얕은 선반 근사

얕은 선반 근사치는 얼음 흐름을 모델링하는 또 다른 방법이며, 특히 막 형태의 부유 얼음 흐름 또는 바닥 위로 미끄러지는 접지 얼음의 흐름이다.[9] 멤브레인 모델로도 알려져 있으며, 유체 역학에서 프리필름 모델과 유사하다.[10] 얕은 얼음 근사치와 반대로, 얕은 선반 근사치는 종방향 힘이 강할 때 얼음 흐름을 모델링한다; 슬라이딩 및 수직력.[7] SSA는 또한 '제로 오더' 모델로 간주될 수 있다.[7]

참고 항목

웹 상의 아이스시트 모델

  • CISM – CESM(Community Earth System Model)의 육상 구성 요소로 개발 중인 커뮤니티 빙상 모델
  • Elmer/Ice, 풀스트레스 아이스 다이내믹스 분석을 위한 특수 모듈이 있는 다중물리 유한 요소 코드
  • ISSM – Ice Sheet System Model, 얼음판 시스템 모델링 전용 다목적 대량 병렬 유한 요소 프레임워크(열역학 커플링, 데이터 동화, 민감도 분석,...)
  • PISM – 빙붕 및 얼음 흐름을 포함하는 평행 빙상 모델
  • 다열 조건을 설명하는 3D 빙상 모델인 POLyhermal Ice Sheet에 대한 SICOPLOIS – SImulation COde.


참조

  1. ^ a b c d e f g Blatter, Heinz; Greve, Ralf; Abe-Ouchi, Ayako (2010). "A short history of the thermomechanical theory and modeling of glaciers and ice sheets". Journal of Glaciology. 56 (200): 1087–1094. doi:10.3189/002214311796406059. ISSN 0022-1430.
  2. ^ a b c Shepherd, Andrew; Nowicki, Sophie (October 2017). "Improvements in ice-sheet sea-level projections". Nature Climate Change. 7 (10): 672–674. doi:10.1038/nclimate3400. ISSN 1758-678X.
  3. ^ a b Philippe, Huybrechts (1997). Report of the Third EISMINT Workshop on Model Intercomparison (PDF).
  4. ^ Nowicki, Sophie M. J.; Payne, Anthony; Larour, Eric; Seroussi, Helene; Goelzer, Heiko; Lipscomb, William; Gregory, Jonathan; Abe-Ouchi, Ayako; Shepherd, Andrew (21 December 2016). "Ice Sheet Model Intercomparison Project (ISMIP6) contribution to CMIP6". Geoscientific Model Development. 9 (12): 4521–4545. doi:10.5194/gmd-9-4521-2016. ISSN 1991-9603. PMC 5911933. PMID 29697697.
  5. ^ Pattyn, Frank (December 2018). "The paradigm shift in Antarctic ice sheet modelling". Nature Communications. 9 (1): 2728. doi:10.1038/s41467-018-05003-z. ISSN 2041-1723. PMC 6048022. PMID 30013142.
  6. ^ Oerlemans, J. (December 1982). "Glacial cycles and ice-sheet modelling". Climatic Change. 4 (4): 353–374. doi:10.1007/BF02423468. ISSN 0165-0009.
  7. ^ a b c d e Davies, Bethan. "A hierarchy of ice-sheet models". AntarcticGlaciers.org. Retrieved 18 October 2021.
  8. ^ a b Van Den Berg, J.; Van De Wal, R.S.W.; Oerlemans, J. (2006). "Effects of spatial discretization in ice-sheet modelling using the shallow-ice approximation". Journal of Glaciology. 52 (176): 89–98. doi:10.3189/172756506781828935. ISSN 0022-1430.
  9. ^ "Two stress balance models: SIA and SSA – PISM, a Parallel Ice Sheet Model 1.2.1 documentation". pism-docs.org. Retrieved 19 October 2021.
  10. ^ Schoof, Christian; Hewitt, Ian (3 January 2013). "Ice-Sheet Dynamics". Annual Review of Fluid Mechanics. 45 (1): 217–239. doi:10.1146/annurev-fluid-011212-140632. ISSN 0066-4189.