Поверхностный массовый баланс (ПМБ) обеспечивает поступление массы на поверхность Антарктического и Гренландского ледниковых щитов и, следовательно, включает в себя важный контроль баланса массы ледового покрова и, как следствие, вклад в глобальное изменение уровня моря.
Поскольку ледниковый покров ПМБ сильно варьируется в различных масштабах пространства (от метров до сотен километров) и времени (от часа к десятилетию), наблюдение и представление в моделях является сложной задачей.
Кроме того, ПМБ состоит из множества компонентов, все из которых зависят от сложных взаимодействий между атмосферой и снегово-ледовой поверхностью, крупномасштабной циркуляции атмосферы и океанических условий, а также топографии ледникового покрова.
Новые методы наблюдения позволяют наносить на карту малые и средние предприятия на большие площади, длительные периоды времени и очень высокую временную частоту.
Региональные атмосферные климатические модели за последнее десятилетие значительно улучшили моделирование ледникового покрова ПМБ благодаря включению или улучшению представления основных процессов (например, облаков, выдувания снега и снежного альбедо), а также за счет увеличения горизонтального разрешения (5-30 км).
Дальнейшие усилия по моделированию необходимы для совершенствования моделей земных систем с целью приведения их в соответствие с характеристиками региональных моделей атмосферного климата при моделировании ПМБ ледникового покрова, а также для усиления сил по разработке статистических и динамических методов уменьшения масштаба для представления менее масштабных процессов ПМБ.
Земной ледовый покров – Гренландский ледовый щит (GIS) в Арктике и Антарктический ледовый щит (AIS), ориентированные примерно на Южный полюс, - коллективно содержат более двух третей пресной воды на планете. В случае полного таяния средний мировой уровень моря будет примерно на 65 м выше, чем сегодня.
Наблюдения показывают, что, несмотря на большую естественную межгодовую изменчивость, оба ледниковых покрова в настоящее время теряют свою массу ускоренными темпами. Даже в сценарии активного смягчения последствий изменения климата, при котором среднее глобальное повышение температуры ограничивается менее чем 2 °C по отношению к доиндустриальным значениям, ледниковый покров будет продолжать терять массу, но вряд ли достигнет критических точек, и в этом случае потери массы станут необратимыми.
Однако в ситуациях с высоким уровнем выбросов прогнозируемые потери массы от ледникового покрова становятся весьма неопределенными, особенно для AIS. Некоторые модели прогнозируют потери массы AIS свыше одного метра от глобального эквивалента уровня моря в конце 21 века, с возможным дополнительным повышением уровня моря на несколько метров в последующие столетия.
Традиционные методы наблюдений удобны и довольно низкозатратны, но несут в себе относительно большие неопределенности и часто обеспечивают только точечные измерения малых и средних предприятий, дополняются такими новыми методами, как бортовой и спутниковый радиолокатор и лазер, а также GPS.
Хотя эти новые методы обеспечивают более точные наблюдения и дают представление о пространственной изменчивости SMB, все они измеряют высоту снега или изменения высоты поверхности, что требует знания плотности снега (за исключением обнаружения нейтронов космическими лучами). Поэтому срочно необходимо разработать приборы для измерения плотности снега именно на больших площадях.
Космические счетчики лучей, которые напрямую измеряют эквивалент снежной воды и тем самым обходят необходимость в наблюдениях плотности, способны совершить революцию в области наблюдений SMB в будущем.
Эти новые методы наблюдений выявили ранее неизвестную большую пространственную изменчивость ледникового покрова SMB, наложенную на масштабные градиенты в SMB от побережья до внутренних районов, как на переход GIS – переход от многометровой абляции льда к чистому накоплению снега на расстояние менее 100 км – так и на AIS – где вдоль берегов сосуществуют высокопрецизионные районы с зонами синего льда.
В небольших масштабах (<1 км), SMB также значительно варьируется в зависимости от рельефа местности и последующего ветрового перераспределения снега, что ставит под сомнение пространственную репрезентативность запасов нефти и льда.
Поскольку мелкомасштабное перераспределение снега не оказывает значительного влияния на интегрированные SMB большей площади, несколько RKM теперь должным образом моделируют SMB на масштабах всего ледового покрова вплоть до отдельных водосборных бассейнов ледников.
Улучшение работы RKM было достигнуто главным образом за счет:
- повышения горизонтального разрешения, включая статистическое уменьшение масштаба;
- включения дополнительных (снежных) физических процессов для представления всех компонентов SMB;
- наличия наборов данных наблюдений для детальной оценки моделей, в частности GRACE и снежного радара.
- Последние тенденции в SMB сильно различаются между GIS и AIS.
С середины 1990-х годов произошло существенное снижение доли малых и средних предприятий, исследующих структуры потерь массы, однако в 2017 и 2018 годах произошло возвращение к значениям, существовавшим до 1990 года.
Ожидается дальнейшее увеличение таяния и стока воды из GIS при устойчивом глобальном потеплении, степень которого сильно зависит от состава моделей, ситуации изменения климата и потенциального влияния положительных обратных связей, связанных со снижением GIS SMB.
Напротив, последние тренды AIS SMB остаются относительно слабо сдержанными, поскольку повторный анализ атмосферы существенно различается. Данные наблюдений за ледяными кернами указывают на то, что AIS SMB растет с начала 20 века, однако остается неясным, обусловлено ли это увеличение термодинамикой, динамикой атмосферы или и тем, и другим, что говорит об ограниченности возможностей для оценки будущих прогнозов по AIS.
Доминируя в GIS потери массы за счет увеличения стока и частично смягчая динамические потери массы AIS за счет увеличения снегопадов, будущее развитие SMB будет продолжать играть ключевую роль в изменении массы ледникового покрова и связанных с этим изменениях уровня моря.
Приток ледникового покрова SMB также влияет на изменение массы ледникового покрова в прошлом, настоящем и будущем путем управления динамическими процессами, такими как базальная гидрология, циркуляция фьордов по базальному стоку и определение поступления талых вод для гидроразрыва и нестабильности ледникового щита на шельфе Антарктики.