编辑推荐：
为探究达尔文山脉冰原（CDI）冰川质量损失的原因，研究人员模拟 2000 - 2023 年其气候能量和质量平衡。结果表明，大气条件对 CDI 冰川演化起主要控制作用，表面融化呈上升趋势。该研究为理解南半球高纬度地区气候变化提供重要依据。
在地球的南端，火地岛的达尔文山脉冰原（CDI）静静存在，它是南半球最大的温带冰体之一，储存着大量的冰，其蕴含的冰量至少是欧洲阿尔卑斯山所有冰川总和的两倍。然而，近年来，CDI 却经历着强烈的冰量损失，这一现象引起了科学界的广泛关注。此前，虽然对 CDI 的研究有所开展，但由于其所处地区气候条件恶劣、地形复杂难以到达，导致相关研究十分匮乏。对于 CDI 冰川质量损失究竟是由气候因素还是冰动力学变化引起，一直没有明确答案。同时，CDI 的气候质量平衡（CMB）也缺乏系统的估算，这对于准确理解南半球高纬度地区的气候变化趋势形成了阻碍。为了填补这些知识空白，来自德国埃尔朗根 - 纽伦堡大学（Friedrich - Alexander - Universit?t Erlangen - Nürnberg）等多个研究机构的研究人员展开了深入研究。
研究人员利用多种先进技术，对 CDI 冰川 2000 - 2023 年的气候能量和质量平衡进行了模拟。研究结果发表在《Nature Communications》上，为我们理解这一地区的冰川变化提供了关键线索。
在研究方法上，研究人员主要运用了以下几种关键技术：一是利用 ERA5 再分析数据，通过观测驱动的降尺度方法生成高分辨率的大气强迫数据；二是运用基于物理原理的 COupled Snowpack 和 Ice surface energy and mass balance model in PYthon（COSIPY）模型，模拟 CDI 的气候能量和质量平衡；三是借助大地测量技术，获取冰川的高程变化数据，从而计算出冰川的质量变化。
研究结果具体如下：
- CDI 的气候特征：CDI 地区属于温带海洋性气候。近海平面（地面以上 2 米）的年平均气温约为 5.2°C，且呈上升趋势，每十年升高 0.41°C，东部升温更为明显。该地区整体较为湿润，但相对湿度自西向东逐渐降低。受盛行西风带影响，来自太平洋的湿润气团在 CDI 西部受地形抬升，形成大量降水，年降水量最高可达 4000mm，而东部则因雨影效应较为干旱。同时，降水和风速也呈上升趋势，分别为每十年增加 70.8mm 和 0.1m/s。
- CDI 的气候能量和质量平衡：研究期间，CDI 整体的 CMB 几乎平衡，为 +0.02m w.e. yr-1 ，但年际变化较大，范围在 -0.81 至 +0.93m w.e. yr-1 之间。不同区域的 CMB 差异显著，高海拔地区以正的 CMB 为主，低海拔或有大型出口舌的冰川则质量损失更为明显。质量的增加主要源于降雪（63%）和雪层内的再冻结（36%），而质量损失主要由表面融化（92%）和地下融化（7%）造成。在能量平衡方面，净短波辐射（51%）和感热通量（32%）是主要的能量输入来源，而净长波辐射（88%）则是主要的能量损失途径。此外，研究还发现，CMB 的年际变化主要受气温和降水影响，且表面融化呈上升趋势，这主要是由感热通量、净长波辐射和净短波辐射的增加导致的。
- CDI 前沿消融的估算：通过质量预算法和通量门法，研究人员估算了 CDI 中 39 条海洋和湖泊末端（MALT）冰川的前沿消融量。结果显示，2000 - 2013 年期间，CDI 的总前沿消融量约为 1.44 ± 0.94Gt yr-1 ，其中约一半的通量集中在 Marinelli 冰川和 Grande 冰川。虽然两种方法估算的结果总体相符，但由于缺乏实地观测数据，通量门法存在较高的不确定性。同时，研究发现前沿消融在过去 20 年的变化相对较小，远小于 CMB 的变化。
- 气候和动力学对冰川变化的影响：通过分析 CMB 和前沿消融对冰川质量变化的贡献，研究人员发现，对于部分冰川，前沿消融是质量损失的主要原因；而对于大多数 MALT 冰川，气候因素导致的表面和雪层内的质量损失则占主导地位。此外，那些在研究期间前进的冰川，通常具有较强的正 CMB 和较低的前沿消融，表明其主要受气候控制。总体而言，CDI 的消融主要受大气条件控制，气候消融占总消融的 74%，而前沿消融仅占 26%。
研究结论和讨论部分指出，该研究首次对 CDI 的气候能量和质量平衡以及前沿消融进行了冰原尺度的模拟，明确了 CDI 冰川质量损失的原因，揭示了大气条件对冰川演化的重要影响。研究期间，CDI 经历了强烈的气候梯度变化，气温升高速度超过了当前对 21 世纪初的预测。如果当前的变暖趋势持续，CDI 冰川将加速质量损失。此外，前沿消融虽然在总消融中占比相对较小，但对于少数冰川来说却至关重要。然而，该研究也存在一定的局限性，如实地观测数据稀缺，导致模型校准和验证存在困难，部分能量通量无法直接验证等。未来的研究需要进一步加强实地观测，以更准确地量化冰川变化及其对气候变化的响应。这项研究为理解南半球高纬度地区的气候变化提供了重要的参考，对于预测冰川未来的变化趋势、评估其对海平面上升的影响具有重要意义，也为后续相关研究奠定了坚实的基础。
