DOI: https://doi.org/10.5194/tc-19-4061-2025
تاريخ النشر: 2025-09-29
المؤلف: Christiaan T. van Dalum وآخرون
الموضوع الرئيسي: دراسات وملاحظات الكريوسفير
نظرة عامة
تقدم هذه الدراسة منتجًا جديدًا للمناخ القريب من السطح وتوازن الكتلة السطحية (SMB) للقارة القطبية الجنوبية يغطي الفترة التاريخية من 1960 إلى 2023، باستخدام نموذج المناخ الإقليمي الجوي المحدث (RACMO) الإصدار 2.4p1 (R24). تسلط الأبحاث الضوء على التأثيرات الكبيرة للتحديثات الأخيرة في R24 على معلمات مناخ القارة القطبية الجنوبية، مما يظهر أن SMB للنموذج، وميزانية الطاقة السطحية، والبياض، والضغط، ودرجة الحرارة، وسرعة الرياح تتماشى بشكل جيد مع البيانات الملاحظة. ومن الجدير بالذكر أن التحسينات في تدفق الهيدرو متر الثلجي وتعديلات على معلمة الثلج المتطاير أدت إلى زيادة هطول الأمطار في المناطق الجبلية من غرب القارة القطبية الجنوبية وشبه جزيرة القارة القطبية الجنوبية، بينما كشفت عن نمط معقد من تغييرات SMB في المناطق الساحلية من شرق القارة القطبية الجنوبية.
يُقدّر SMB المتكامل عبر صفائح الجليد في القارة القطبية الجنوبية، بما في ذلك الأرفف الجليدية، بـ 2546 غيغا طن سنويًا \(^{-1}\) مع تقلبات سنوية تبلغ 133 غيغا طن سنويًا \(^{-1}\). على الرغم من أن تدفقات الذوبان منخفضة نسبيًا عند 124 غيغا طن سنويًا \(^{-1}\) (مع تقلبات تبلغ 31 غيغا طن سنويًا \(^{-1}\))، إلا أنها يمكن أن تكون ذات أهمية محلية على الأرفف الجليدية، حيث تتجاوز أحيانًا 500 مم مكافئ مائي سنويًا. يُظهر تمثيل النموذج لوجود مياه الذوبان في الثلج تحسينًا كبيرًا مقارنة بالإصدار السابق من RACMO 2.3p2، وتُعالج المتغيرات الرئيسية مثل درجة الحرارة وتدفقات الإشعاع القصير بدقة مقارنة بالملاحظات في الموقع. ومع ذلك، تشير الدراسة إلى أن التحسينات لا تزال مطلوبة لتدفقات الإشعاع الطويلة المتجهة لأسفل وتدفقات الاضطراب.
مقدمة
تعتبر صفيحة الجليد في القارة القطبية الجنوبية (AIS) حيوية لنظام المناخ، حيث تُظهر مناخًا معاصرًا مستقرًا نسبيًا على الرغم من فقدان الكتلة الكبير في العقود الأخيرة. بينما تكتسب AIS عمومًا الكتلة من خلال تراكم الثلوج، إلا أن ذلك يتعارض مع انفصال الجليد وذوبان الأرفف الجليدية تحت الماء، والتي أصبحت غير مستقرة بشكل متزايد بسبب ارتفاع درجات الحرارة. تساهم العمليات السطحية، مثل تكوين برك مياه الذوبان، في عدم استقرار الأرفف الجليدية وزيادة سرعة تدفق الجليد، مما يؤدي إلى تفاقم فقدان الكتلة الصافي. يُعرف توازن الكتلة السطحية (SMB) بأنه الفرق بين التراكم والانصهار، وهو أمر حيوي لفهم استقرار AIS، حيث تؤثر التغيرات الإقليمية في المناخ على ديناميات SMB.
لمعالجة تحديات نقص البيانات الملاحظة في القارة القطبية الجنوبية، تستخدم هذه الدراسة نموذج المناخ الإقليمي الجوي (RACMO)، وتحديدًا أحدث إصداراته، RACMO2.4p1 (R24). يعزز هذا النموذج محاكاة الأسطح المتجمدة من خلال تحسين المعلمات لعمليات الثلج والجليد. تقدم الدراسة منتجًا جديدًا للمناخ القريب من السطح وSMB للقارة القطبية الجنوبية من 1960 إلى 2023، باستخدام شبكة بدقة أفقية تبلغ 11 كم. يتم تقييم النتائج مقابل الاستشعار عن بعد والملاحظات في الموقع، مما يوفر رؤى حول SMB، وديناميات الذوبان، والمناخ القريب من السطح، وبالتالي يساهم في فهم أفضل لاستجابة AIS لتغير المناخ.
مناقشة
تقدم التحديثات من نموذج المناخ الإقليمي الجوي (RACMO) الإصدارات 2.3p3 و2.4p1 تقدمًا كبيرًا في نمذجة البياض الثلجي والنقل الإشعاعي، لا سيما من خلال دمج نموذج النقل الإشعاعي ذو القناتين في الثلج (TARTES) ووحدة البياض الطيفي إلى النطاق الضيق (SNOWBAL). تسمح هذه التحسينات بإجراء حسابات أفضل للنقل الإشعاعي والبياض عبر مختلف الأطياف، مما يحل محل الأنظمة السابقة ذات النطاق العريض. علاوة على ذلك، تشمل التحديثات في R24 مخطط سحابي مُحسّن يعامل الماء السائل والماء الجليدي كمتغيرات تنبؤية منفصلة، مما يؤدي إلى تمثيلات أكثر واقعية للسحب ذات الطور المختلط وأنواع الهطول. يعزز إدخال مخطط ثلجي متعدد الطبقات قدرة النموذج على تصوير كثافة الثلج وتدرجات درجة الحرارة، مما يحسن في النهاية دقة حسابات توازن الطاقة السطحية.
فيما يتعلق بتوازن الكتلة السطحية (SMB)، يُظهر نموذج R24 انخفاضًا طفيفًا في SMB المتكامل مقارنةً بـ R23p2، مع تغييرات ملحوظة تُعزى إلى تقلبات الهطول وعمليات التسامي. يُظهر النموذج أداءً محسنًا في المناطق ذات التراكم العالي، لا سيما في غرب القارة القطبية الجنوبية وشبه جزيرة القارة القطبية الجنوبية، حيث تم تحسين تمثيل تدفق الهيدرو متر الثلجي. يؤدي ذلك إلى تصوير أكثر دقة لأنماط الهطول وتأثيراتها على SMB. تشير النتائج العامة إلى أنه بينما انخفض SMB لصفائح الجليد في القارة القطبية الجنوبية قليلاً، فإن قدرة النموذج على التقاط التقلبات بين السنوات والاختلافات الإقليمية قد تحسنت، لا سيما فيما يتعلق بديناميات الثلج المتطاير وعمليات التسامي.
DOI: https://doi.org/10.5194/tc-19-4061-2025
Publication Date: 2025-09-29
Author(s): Christiaan T. van Dalum et al.
Primary Topic: Cryospheric studies and observations
Overview
This study introduces a new near-surface climate and surface mass balance (SMB) product for Antarctica covering the historical period from 1960 to 2023, utilizing the updated Regional Atmospheric Climate Model (RACMO) version 2.4p1 (R24). The research highlights the significant impacts of recent updates in R24 on Antarctic climate parameters, demonstrating that the model’s SMB, surface energy budget, albedo, pressure, temperature, and wind speed align well with observational data. Notably, improvements in the advection of snow hydrometeors and modifications to the blowing snow parameterization have led to increased precipitation in the mountainous regions of West Antarctica and the Antarctic Peninsula, while revealing a complex pattern of SMB changes in East Antarctica’s coastal zones.
The integrated SMB across the Antarctic ice sheet, including ice shelves, is estimated at 2546 Gt yr\(^{-1}\) with an inter-annual variability of 133 Gt yr\(^{-1}\). Although melt fluxes are relatively low at 124 Gt yr\(^{-1}\) (with a variability of 31 Gt yr\(^{-1}\)), they can be locally significant on ice shelves, occasionally exceeding 500 mm water equivalent per year. The model’s representation of meltwater presence in snow shows substantial improvement compared to the previous RACMO version 2.3p2, and key variables such as temperature and shortwave radiative fluxes are accurately modeled against in situ observations. However, the study notes that enhancements are still needed for longwave downward radiative and turbulent fluxes.
Introduction
The Antarctic ice sheet (AIS) is crucial to the climate system, exhibiting a relatively stable contemporary climate despite significant mass loss in recent decades. While the AIS generally gains mass through snow accumulation, this is countered by iceberg calving and submarine melting of ice shelves, which are increasingly unstable due to rising temperatures. Surface processes, such as meltwater pond formation, contribute to ice-shelf instability and subsequent increases in ice flow velocity, exacerbating net mass loss. The surface mass balance (SMB), defined as the difference between accumulation and ablation, is vital for understanding the stability of the AIS, with regional variations in climate affecting SMB dynamics.
To address the challenges of sparse observational data in Antarctica, this study employs the Regional Atmospheric Climate Model (RACMO), specifically its latest version, RACMO2.4p1 (R24). This model enhances the simulation of glaciated surfaces through improved parameterizations for snow and ice processes. The study presents a new near-surface climate and SMB product for Antarctica from 1960 to 2023, utilizing an 11 km horizontal resolution grid. The results are evaluated against remote sensing and in situ observations, providing insights into SMB, melt dynamics, and the near-surface climate, thereby contributing to a better understanding of the AIS’s response to climate change.
Discussion
The updates from the Regional Atmospheric Climate Model (RACMO) versions 2.3p3 and 2.4p1 introduce significant advancements in modeling snow albedo and radiative transfer, particularly through the integration of the Two-stream Radiative Transfer in Snow model (TARTES) and the Spectral-to-Narrowband Albedo (SNOWBAL) module. These enhancements allow for improved calculations of radiative transfer and albedo across various spectral bands, replacing previous broadband schemes. Furthermore, the updates in R24 include a refined cloud scheme that treats liquid and ice water as separate prognostic variables, leading to more realistic representations of mixed-phase clouds and precipitation types. The introduction of a multi-layer snow scheme enhances the model’s ability to depict snow density and temperature gradients, ultimately improving the accuracy of surface energy balance calculations.
In terms of surface mass balance (SMB), the R24 model demonstrates a marginal decrease in integrated SMB compared to R23p2, with notable changes attributed to precipitation variations and sublimation processes. The model shows improved performance in high-accumulation areas, particularly in West Antarctica and the Antarctic Peninsula, where the representation of snow hydrometeor advection has been enhanced. This results in a more accurate depiction of precipitation patterns and their effects on SMB. The overall findings indicate that while the SMB of the Antarctic Ice Sheet has slightly decreased, the model’s ability to capture inter-annual variability and regional differences has improved, particularly in relation to the dynamics of blowing snow and sublimation processes.