南极冰盖的大小可能很难理解。冰盖平均厚度为两公里，覆盖面积几乎是澳大利亚面积的两倍，所蕴藏的淡水足以使全球海平面上升 58 米。
预计到 2100 年，该冰层的冰损失将成为海平面上升的主要驱动因素，但其贡献仍然高度不确定。虽然本世纪海平面肯定会上升，但对南极冰层贡献的预测从 44 厘米上升到 22 厘米下降不等。
这种不确定性很大程度上是因为控制板块命运的海洋过程发生在非常小的规模上，并且非常难以测量和建模。
但最近科学家在理解这个“冰海边界层”方面取得了重大进展。这一进展是我们的主题新评论论文，今天发表在《年度评论》上。
收缩、变薄和后退
在南极冰盖的边缘，冰川流入南大洋，形成漂浮的冰架。这些冰架充当基石，稳定冰盖。他们也在萎缩。
海洋从下方融化冰架——这一过程被称为“基底融化”。基础融化的增加导致一些地区冰盖变薄和后退，全球海平面上升。
它还具有减缓了全球翻转环流中最深的洋流，一种使水在全球循环的洋流系统。
就像为它们提供食物的冰川一样，冰架也是巨大的。然而，控制基底融化以及整个南极冰盖命运的海洋过程却以毫米为单位发生。它们发生在冰层下方的一层薄薄的海洋中。
冰架和海洋之间的边界层很冷，距离任何地方都有数英里，而且位于非常厚的冰层下面，因此几乎没有被测量也就不足为奇了。
用计算机模拟等其他技术研究这一层也是一个巨大的挑战。直到最近，冰海边界层内的微小运动还无法对冰融化进行精确建模。
这两个双重挑战长期以来一直阻碍着回答这个看似简单的问题：“海洋是如何融化南极冰架的？”
微观尺度建模
海洋过程的计算机模拟并不新鲜。
但直到最近，随着计算资源的增长和使用成本的下降，冰海边界层的模拟才变得可行。
世界各地的几个研究小组已经着手解决这个问题，模拟为冰融化提供热量的微尺度洋流。
研究人员正在寻找海洋活动与冰融化速度之间的关系。到目前为止，他们已经发现了不只是一种关系，而是多种关系，每个都表示不同的熔化“状态”。海洋条件（温度、盐含量和洋流速度）和冰的形状决定了适用哪种融化模式。
冰盖的形状是关键，因为融水比周围的海洋新鲜且轻。就像热空气聚集在房间顶部一样，新鲜、寒冷的融水聚集在冰盖下表面的空洞中，使冰与下面的海水隔离并减缓融化速度。
对于陡峭倾斜的冰，隔热效果要小得多。当融水在陡峭的冰层下上升时，其充满活力的流动导致与温暖的海水混合。这会增加熔化。
快速洋流也有类似的效果，因为它们将热量传递给冰。
配备声纳的机器人
最近，海洋机器人，包括自主水下航行器和通过钻穿冰层来部署系留探测器，提供了前所未有的大量有关冰架下环境的数据。
使用声纳和摄像机，这些机器人在冰架底部展示了奇怪而美妙的“冰景”。
这个冰景由许多不同的冰特征组成，大小从厘米到公里不等。有些裂缝，例如陡峭的裂缝，是由冰破裂形成的。其他的，如冰中的凹坑（通常称为“扇贝”）、阶梯状“梯田”、贻贝状“勺子”和较大的基底通道，被认为是由融化过程形成的。
我们从计算机模拟和机器人中获得的关于熔化的新知识揭示了这些特征及其形成方式。融化状态的存在有助于解释陡峭阶地的演化，或者为什么不同的特征出现在冰架的不同部分。
例如，在南极洲西部多特森冰架温暖、平静的东部，一个自主机器人观察了基底阶地。在多特森西部，这里的水流寒冷而湍急，人们发现了巨大的贻贝形状的勺子。
不确定性依然存在
其中一些特征究竟是如何形成的仍然未知。
新的模拟让冰水边界随时间移动的现象显示了冰融化的“自我雕塑”行为。这类似于沙漠中沙丘的形成和移动方式。
然而，需要新的计算机模型来模拟整个冰景的形成和演化。
这里强调的一些最新进展有助于减少我们对南极冰盖对全球海平面上升的影响的理解的不确定性。
然而，将我们对基底融化及其形成的动态冰景的新理解纳入气候和冰盖模型中仍然面临着巨大的挑战。
克服这一挑战刻不容缓。气候和冰盖模型中融化的准确表示将减少海平面上升预测的深度不确定性，特别是当海洋条件和冰架融化状况向未来转变时。
玛德琳·甘布尔·罗斯维尔，物理海洋学博士后研究员，塔斯马尼亚大学;本·高尔顿·芬兹，首席科学家；比沙赫达塔·盖延, ARC 未来研究员兼副教授，机械工程，墨尔本大学， 和凯瑟琳·弗勒格登希尔, ARC DECRA 流体动力学研究员,墨尔本大学
