该研究小组由国立极地研究所的Daisuke Hirano助理教授、日本海洋地球科学技术机构的Kazuya Kusahara研究员、国立先进工业技术研究所的研究小组组长Takuya Itaki、东京海洋科技大学的Kohei Mizobata副教授和北海道大学低温科学研究所的Shigeru Aoki副教授领导。托滕冰川*1通过结合周围水域的现场观测和数值模拟的结果，我们揭示了从近海到托滕冰川的“温水循环”，这是导致东南极洲最大的冰川之一托滕冰川显着“底部”融化的机制。这个结果是基于冰原*2随着全球变暖的进展，它不仅有助于全面了解损失，而且有助于提高当前和不久的将来海平面预测的准确性。
图 1：本研究结果概要
南极洲拥有地球上约 90% 的冰，使其成为地球上最大的淡水（冰）水库。如果整个南极冰盖融化，据说世界海平面将上升约60米，而东南极洲的冰层相当于约50米，占上升的大部分。其中，托滕冰川地区是东南极洲最大的冰川之一，所含冰量足以使世界海平面上升3-4米。近年来，有报道称该地区冰盖质量流失正在加速，人们担心其对未来海平面大规模上升的影响。此外，冰盖和冰川向海岸流动，其末端作为“冰架”漂浮在海中。换句话说，冰盖末端的冰架底部与海洋接触。冰架在控制冰川流动方面发挥着重要作用，但冰架下方流动的海水温度越高，冰架从底部融化时就会变得越薄、越脆。结果，抑制上游冰流的能力减弱，促进冰盖流出（损失）进入海洋（图2右）。由于托滕冰川地区的冰盖底部位于海平面以下，因此人们认为它可能容易受到海洋热量供应的影响（图 2，左）。
因此，为了正确了解冰盖的流出，有必要了解“周围的海洋”。与据报道温水流入导致冰川加速融化的西南极洲不同，东南极洲的沿海地区与近海温水隔绝，气候寒冷，东南极冰盖被认为相对稳定。然而，近年来有报道称，托滕冰川地区冰盖质量流失正在加速，引发人们对未来大规模冰盖径流和海平面上升的担忧，引起国际关注。澳大利亚于2015年进行的观测（Rintoul et al, 2016）首次证实，来自近海的温水分布在托滕冰川正前方的深槽（海底峡谷）中。然而，人们并不清楚暖水是如何从近海输送到托滕冰川的，海底地形是如何从近海连接到冰川前的海槽的，或者说，暖水环流（暖海水流动的路线）的形象。在此背景下，我们启动了第九次南极区域观测优先研究观测项目（https://wwwnipracjp/antarctic/science-plan9/juuten2html)，我们推动了托滕冰川周边水域的实地观测。
图 2：（左）南极冰盖底部相对于海平面的海拔。开放区域表示冰盖基底低于海平面的区域（Morlighem 等人，2020）。 （右）冰盖端部和冰架被海洋融化的过程示意图。
第59次南极区域考察（2017-18）期间，日本首次乘坐南极科考船“白濑”号在托顿海地区进行海洋观测。随后，在第61次远征（2019年-2020年）中，勘探范围大大扩大，包括使用直升机进行移动海洋观测和详细的海底地形测量，并在往返昭和基地和返回期间实现了大规模的观测活动。此外，第63次考察（2021-2022）继续进行冰川附近海洋观测和海底地形调查。通过日本的多次海洋观测，我们成功获得了从大陆架入口到托滕冰川前的广阔区域的现场观测数据（水温、盐度、溶解氧剖面数据、采样海水分析数据和详细的3D海底地形数据）。
迄今为止，平野助理教授领导的研究小组发现，相对高温的海水（温水，水温高于 0 摄氏度）通过近海的巨型驻涡有效地输送到托滕冰川（Hirano et al, 2021,https://wwwnipracjp/info/notice/20211026-2html）。
在这项研究中，我们结合并分析了多个现场观测数据，包括澳大利亚的观测数据以及数值模拟的结果，以阐明从近海到托滕冰川的温水循环。结果表明，流入大陆架的温水沿着大陆架深碗状地形顺时针循环，其中一部分最终沿着冰川前缘局部深槽（宽10-20公里，深>1000米）流到托滕冰川下方。这澄清了托滕冰川地区冰盖底部显着融化的现实，并伴随着温水流入-冰盖-海洋相互作用（图3）。此外，他们发现托滕冰川下流动的温水温度并不是恒定的，来自海洋的热量供应每年存在很大的波动，导致冰盖融化。
图 3：温水从近海到托滕冰川的路线。近海存在多个巨大的顺时针静止海洋涡流（空间尺度100~200 km）（Mizobata et al, 2020），温水主要在涡流东侧（形成南流）被高效地输送到大陆架，然后沿着深碗形地形顺时针环流，其中一些最终被输送到托滕冰川。
这项研究阐明了流入托滕冰川地区的温水循环，该地区可能容易受到海洋热量供应的影响，以及流入温水特性的变化性。未来的重要问题之一是阐明从底部融化托滕冰川的海洋热量供应的变化性及其原因。为了实现这一目标，有必要长期监测托滕冰架下流动的温水，并通过观测阐明季节性、年际甚至十年尺度的波动。 “东南极洲最大的冰川之一托滕冰川将如何应对当前和未来由地球固有的自然波动和全球变暖引起的变化？在不久的将来，当南极冰盖融化将对人类社会产生明显影响时，世界海平面和气候将发生什么变化？”为了回答重要问题，我们将继续积累观测数据，进一步深化与数值模式研究的综合研究，旨在创造基础知识，有助于全面了解东南极冰盖变化过程，最终提高未来海平面和气候变化预测的准确性。
已出版的杂志：
自然通讯标题：温水流向东南极洲托滕冰架的陆架循环
作者：
Daisuke Hirano（国立极地研究所南极研究中心/大气层研究组助理教授）
Takeshi Tamura（国立极地研究所大气层研究组副教授）
Kazuya Kusahara（日本海洋地球科学技术机构全球环境部研究员）
Masakazu Fujii（国立极地研究所地圈研究组助理教授）
山崎凯平（塔斯马尼亚大学研究员）
Yoshihiro Nakayama（北海道大学低温科学研究所助理教授）
Kazuya Ono（北海道大学低温科学研究所，技术专家）
Takuya Itaki（米乐m6官方网站地质信息研究部研究组组长）
Yuichi Aoyama（国立极地研究所地圈研究组副教授）
Daisuke Shimizu（国立极地研究所南极研究中心助理教授）
Kohei Mizobata（东京海洋科技大学理学院副教授）
大岛敬一郎（北海道大学低温科学研究所教授）
Yoshifumi Nogi（国立极地研究所地圈研究组教授）
Stephen R Rintoul（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部，霍巴特，塔斯马尼亚州，澳大利亚）
Esmee van Wijk（澳大利亚联邦科学与工业研究组织环境部，霍巴特，塔斯马尼亚州，澳大利亚）
Jamin S Greenbaum（斯克里普斯海洋学研究所，加利福尼亚大学圣地亚哥分校；美国拉霍亚）
Donald D Blankenship（德克萨斯大学奥斯汀分校地球物理研究所；美国奥斯汀）
Yasuhito Saito（日本海上保安厅海事情报部海岸调查科）
Shigeru Aoki（北海道大学低温科学研究所副教授）
网址：
https://wwwnaturecom/articles/s41467-023-39764-zDOI：101038/s41467-023-39764-z
论文发表日期：2023 年 8 月 17 日
这项研究得到了 JSPS KAKENHI 的支持（JP20H04961、JP20K12132、JP17H06316、JP17H06317、JP17H06322、JP17H06323、JP17H01615、JP21H04918、 JP17H04710、JP21H04931、JP21H01201、JP19K12301、JP20H04979、JP17H01157、JP20H05707、JP21H03587、JP22H01337、JP22H05003、 JP20H04970、JP21K13989）、南极研究项目的优先研究观测（子主题2、AJ0902、AJ1003）、国立极地研究所的项目研究（KP-303、KP-306）、信息系统研究机构的未来投资型项目、与北海道大学低温科学研究所的共同研究（19S007、 20S008、21S007、22S012）、日本文部科学省“气候变化预测高级研究计划”（SENTAN、JPMXD0722681344）、井上研究奖。