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The effect of the North-East Greenland Ice Stream (NEGIS) on the Greenland ice sheet in changing climates

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Title: The effect of the North-East Greenland Ice Stream (NEGIS) on the Greenland ice sheet in changing climates
Other Titles: 気候変動下におけるグリーンランド氷床での北東グリーンランド氷流のもたらす影響
Authors: Otsu, Shoko Browse this author
Issue Date: 23-Mar-2007
Abstract: The North-East Greenland Ice Stream (NEGIS) was discovered as a large fast-flow feature in north-east Greenland by synthetic aperture radar (SAR) imaginary of the ERS-1 satellite. In this study, the NEGIS is implemented in the ice-sheet model SICOPOLIS (Simulation Code for POLythermal Ice Sheets), which simulates the large-scale dynamics and thermodynamics of an ice sheet three-dimensionally and over time. In the first part of my study, paleoclimatic simulations are carried out. We simulate the evolution of the ice sheet on a 20-km grid for the period from 250 ka BP until today. Spin-up simulations are from 422 ka BP until 250 ka BP, and the time step for all model components is 5 a. It is driven by a climatology reconstructed from a combination of present-day observations and GCM results for the past. In the 20-km resolution runs, we employ two different types of simulations, one is variation of the basal sliding coefficient in the Weertman sliding law for the NEGIS area, and the other is consideration of the effect of surface melt-water to basal sliding at NEGIS. We assume that the NEGIS area is characterized by enhanced basal sliding compared to the "normal", slowly-flowing areas of the ice sheet, and optimize the basal sliding law in the NEGIS area by minimizing the misfit between simulated and observed surface elevations and velocities. Tuning the basal sliding coefficient shows a very clear effect on the NEGIS, and by comparison with velocity data, provides a reasonable value of the coefficient. On the other hand, the surface melt-water affects only the ice margin, and therefore cannot explain the onset of the NEGIS as far upstream as observed. In the second step, 10-km resolution simulations are carried out with a modified domain map based on Fahnestock et al. (1993) in order to have a more detailed representation of the NEGIS. The model time is from 127 ka BP until today without spin-up simulations, and the time step for all model components is 1 a. Like for the 20-km simulations, fast sliding in the NEGIS area is implemented by an enhanced basal sliding coefficient. By comparison with date for the velocity and the ice thickness, it is concluded that an enhancement by a factor three gives the best results. Then, the role of the NEGIS for the possible decay of the Greenland ice sheet in future warming climates is investigated. Recent observations of accelerated ice flow in Greenland indicate that surface melt-water percolating to the base may play a crucial role in provoking a fast reaction of ice-sheet flow on increased surface temperatures. By employing a simple, plausible parameterization of this process for the NEGIS area, we simulate the evolution of the ice sheet over the next centuries in response to standard greenhouse-gas-emission scenarios, and look into the question whether an accelerating NEGIS can affect the stability of the ice sheet as a whole. For future warming scenarios, the effect of the NEGIS (the best basal sliding coefficient) and the variation of the surface meltwater coefficient are investigated. Moreover, we model the surface meltwater effect on the entire ice sheet with the same settings of the basal sliding coefficient of the NEGIS and the climate conditions. From the result of the runs, we find that the surface meltwater effect (when limited to the NEGIS) on the total volume of ice sheet is quite small, while the variation of global warming scenarios affect the ice volume strongly. However, the surface meltwater effect is pronounced when applied to the entire ice sheet and very high values for the surface meltwater coefficient are assumed. It is obvious that ice melts strongly in large areas especially in southern Greenland where temperatures are generally higher.
人工衛星ERS-1の合成開口レーダー(SAR)によって大規模な速い氷の流れが見出され、北東グリーンランド氷流(NEGIS)がグリーンランドの北東部に発見された。本研究では3次元動力学/熱力学的氷床モデルSICOPOLIS (Simulation Code for POLythermal Ice Sheets)を用いてこのNEGISがグリーンランド氷床の変動に与える影響を明らかにする。研究の第一段階として25万年前から現在の氷床変動の数値実験を行う。42万2千年前から25万年前までの計算結果を初期条件として、空間・時間分解能はそれぞれ20kmと5年に設定する。モデル中の気候条件は、観測値で得られた現在の気候条件とGCMの結果から得られた過去の気候条件を組み合わせて再現された指標に基づいて計算する。20kmグリッドの実験では、NEGISの領域でWeertman底面滑り則の底面滑り係数を変化させる実験と、NEGISでの底面滑りに与える表面融解水の影響を考慮する実験の二種類を実行する。氷床の大部分を占める’通常’のゆっくりとした氷の流れに対し、NEGISの領域では底面滑りを変化させる事によってその領域に速い氷流を表現する。氷床表面高度と表面流動速度のそれぞれにおいて、数値実験の結果と観測値を比較し、その差が最小になる底面滑り則の係数値を最適な値とみなす。底面滑り係数の変動はNEGISに顕著な影響を示し、氷床表面速度の観測結果との比較により妥当な係数の値を得ることができた。一方、NEGISの領域での表面融解水の底面滑りに与えうる影響は、簡単で妥当なパラメーター(表面融解水係数)を用いて導入する。その結果、表面融解水の影響は氷床末端にとどまり、それゆえ実際に観測されているようなはるか内陸の上流部にまで及ぶNEGISの特徴を表面融解水の影響のみから説明できないことが明らかになった。研究の第二段階として、改良されたNEGISの領域を用いた10kmのグリッドの数値実験を行う。これはFahnestockら(1993)によるグリーンランド氷床表面の衛星観測結果を基にしており、NEGISの存在領域をより詳しく表現するためのものである。計算する期間は12万7千年から現在までであり、初期条件には予め計算された氷床の情報を用い、時間分解能は1年に設定する。20kmグリッドの数値実験と同様、NEGISの速い氷流は底面滑り係数を変化させる事によって表される。実験の結果、氷床表面速度と表面高度の観測結果との比較によって、通常の滑り係数の3倍の値が最適であると結論づけられた。 次に、NEGISがグリーンランド氷床の変動において、将来の温暖化気候下ではどのような影響を与えるかを予測する実験を行う。今日のグリーンランドでの氷流加速の観測結果は、氷床表面気温上昇によって生じた融解水が氷床底面まで浸透して流動を促進することで、気候の変動が短い応答時間で氷床の流動に影響を与え得ることを示唆している。そこで表面融解水係数を用いて標準的な温暖化ガス放出シナリオ下で数世紀に渡って氷床成長を計算し、その結果を従来のモデル結果と比較する事によって、温暖化によって表面融解が増加したときにNEGISが氷床全体の安定性に影響を及ぼし得るかどうかについて調べる。この実験ではNEGISの影響(最適な底面滑り係数)に加えて表面融解水係数を変化させた計算を行う。さらに同じ条件で、表面融解水の影響を氷床全体に与えた場合についても数値実験を行う。計算の結果から、表面融解水の影響をNEGISに制限した場合に表面融解水の氷床の全氷体積への影響はかなり小さく、一方で温暖化シナリオを変えることによる氷体積への影響は非常に大きいことがわかった。しかしながら、表面融解水の影響を氷床全体に適用し、しかもかなり大きな値を見積もった場合には氷体積への影響は顕著であり、概して気温の高いグリーンランド南部での氷床の後退が特に著しいこと明らかになった。
Conffering University: 北海道大学
Degree Level: 修士
Degree Discipline: 地球環境科学
Type: theses (master)
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