南極冰蓋的大小可能很難理解。冰蓋平均厚度為兩公里，覆蓋面積幾乎是澳洲面積的兩倍，所蘊藏的淡水足以使全球海平面上升 58 公尺。
預計到 2100 年，該冰層的冰層損失將成為海平面上升的主要驅動因素，但其貢獻仍高度不確定。雖然本世紀海平面肯定會上升，但對南極冰層貢獻的預測從 44 公分上升到 22 公分下降不等。
這種不確定性很大程度上是因為控制板塊命運的海洋過程發生在非常小的規模上，並且非常難以測量和建模。
但最近科學家在理解這個「冰海邊界層」方面取得了重大進展。這項進展是我們的主題新評論論文，今天發表在《年度評論》。
收縮、變薄和後退
在南極冰蓋的邊緣，冰川流入南大洋，形成一個漂浮的冰架。這些冰架可作為基石，穩定冰蓋。他們也在萎縮。
海洋從下方融化冰架——這個過程被稱為「基底融化」。基礎融化的增加導致一些地區冰蓋變薄和後退，全球海平面上升。
它還具有減緩了全球翻轉環流中最深的洋流，一種使水在全球循環的洋流系統。
就像為它們提供食物的冰川一樣，冰架也是巨大的。然而，控制基底融化以及整個南極冰蓋命運的海洋過程卻以毫米為單位發生。它們發生在冰層下方的一層薄薄的海洋。
冰架和海洋之間的邊界層很冷，距離任何地方都有數英里，而且位於非常厚的冰層下面，因此幾乎沒有被測量也就不足為奇了。
用電腦模擬等其他技術研究這一層也是一個巨大的挑戰。直到最近，冰海邊界層內的微小運動還無法精確地對冰融化建模。
這兩個雙重挑戰長期以來一直阻礙著回答這個看似簡單的問題：“海洋是如何融化南極冰架的？”
微觀尺度建模
海洋過程的電腦模擬並不新鮮。
但直到最近，隨著運算資源的成長和使用成本的下降，冰海邊界層的模擬才變得可行。
世界各地的幾個研究小組已經著手解決這個問題，模擬為冰融化提供熱量的微尺度洋流。
研究人員正在尋找海洋活動與冰融化速度之間的關係。到目前為止，他們已經發現了不只是一種關係，而是多種關係，每個都表示不同的熔化“狀態”。海洋條件（溫度、鹽含量和洋流速度）和冰的形狀決定了適用哪種融化模式。
冰蓋的形狀是關鍵，因為融水比周圍的海洋新鮮且輕盈。就像熱空氣聚集在房間頂部一樣，新鮮、寒冷的融水聚集在冰蓋下表面的空洞中，使冰與下面的海水隔離並減緩融化速度。
對於陡峭傾斜的冰，隔熱效果要小得多。當融水在陡峭的冰層下上升時，其充滿活力的流動導致與溫暖的海水混合。這會增加熔化。
快速洋流也有類似的效果，因為它們將熱量傳遞給冰。
配備聲納的機器人
最近，海洋機器人，包括自主水下航行器和透過鑽穿冰層來部署系留探測器，提供了前所未有的大量有關冰架下環境的數據。
使用聲納和攝影機，這些機器人在冰架底部展示了奇怪而美妙的「冰景」。
這個冰景由許多不同的冰特徵組成，大小從厘米到公里不等。有些裂縫，例如陡峭的裂縫，是由冰破裂形成的。其他的，如冰中的凹坑（通常稱為“扇貝”）、階梯狀“梯田”、貽貝狀“勺子”和較大的基底通道，被認為是由融化過程形成的。
我們從電腦模擬和機器人中獲得的關於熔化的新知識揭示了這些特徵及其形成方式。融化狀態的存在有助於解釋陡峭階地的演化，或為什麼不同的特徵會出現在冰架的不同部分。
例如，在南極洲西部多特森冰架溫暖、平靜的東部，一個自主機器人觀察了基底階地。在多特森西部，這裡的水流寒冷而湍急，人們發現了巨大的貽貝形狀的湯匙。
不確定性依然存在
其中一些特徵究竟是如何形成的仍然未知。
新的模擬讓冰水邊界隨時間移動的現象顯示了冰融化的「自我雕塑」行為。這類似於沙漠中沙丘的形成和移動方式。
然而，需要新的電腦模型來模擬整個冰景的形成和演化。
這裡強調的一些最新進展有助於減少我們對南極冰蓋對全球海平面上升的影響的理解的不確定性。
然而，將我們對基底融化及其形成的動態冰景的新理解納入氣候和冰蓋模型中仍然面臨著巨大的挑戰。
克服這項挑戰刻不容緩。氣候和冰蓋模型中融化的準確表示將減少海平面上升預測的深度不確定性，特別是當海洋條件和冰架融化狀況轉變為未來時。
瑪德琳·甘布爾·羅斯維爾，物理海洋學博士後研究員，塔斯馬尼亞大學;本·高爾頓·芬茲，首席科學家；比沙赫達塔·蓋延, ARC 未來研究員兼副教授，機械工程，墨爾本大學， 和凱瑟琳·弗勒格登希爾, ARC DECRA 流體力學研究員,墨爾本大學
