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我们建立了一个人工智能模型,分析了数百万张冰川消退的图像——结果令人震惊

2025-01-17 16:45:50 英文原文

作者:Tian Li

低于 1979 年以来的全球平均水平。斯瓦尔巴群岛是格陵兰岛东北海岸附近的一个群岛,处于气候变化的最前沿,其升温速度比世界其他地区快七倍。斯瓦尔巴特群岛一半以上被冰川覆盖。如果明天它们完全融化,全球海平面将上升

1.7厘米。尽管这不会在一夜之间发生,但北极的冰川对即使温度略有升高。为了更好地了解斯瓦尔巴群岛及其他地区的冰川,我们使用人工智能模型分析了过去四十年来自斯瓦尔巴群岛的数百万张卫星图像。我们的研究现已发表在

自然通讯,并表明随着全球变暖,这些冰川的收缩速度比以往任何时候都快。具体来说,我们研究了直接排入海洋的冰川,即所谓的“海洋终止冰川”。

斯瓦尔巴群岛的大部分冰川都属于这一类。他们充当生态泵在峡湾中,它们通过将营养丰富的海水转移到海洋表面而流入,甚至可以改变海洋环流的模式。

在这些冰川与大海交汇的地方,它们主要通过冰山崩解而损失质量,在这个过程中,大块冰从冰川上脱落并落入海洋。了解这一过程是准确预测未来冰川质量损失的关键,因为崩解会导致冰川内的冰流加快并最终流入海洋。

Map of Arctic

斯瓦尔巴群岛(红色)属于挪威,是世界上最北的地方之一。 彼得·赫尔墨斯·福里安 / Shutterstock

尽管冰川崩解过程很重要,但了解它一直是冰川学中的长期挑战,因为这个过程很难观察,更不用说精确建模了。然而,我们可以利用过去来帮助我们了解未来。

人工智能取代繁重的人类劳动

在绘制冰川崩解前缘(冰与海洋之间的边界)地图时,传统上人类研究人员会煞费苦心地查看卫星图像并进行数字记录。这个过程是高度劳动密集型的、效率低下的,而且特别不可重复,因为即使在同一张卫星图像中,不同的人也可以发现不同的东西。考虑到当今可用的卫星图像数量,我们可能没有足够的人力资源来绘制每年每个地区的地图。

解决这个问题的一种新方法是使用人工智能(AI)等自动化方法,它可以快速识别大面积的冰川模式。这就是我们在新研究中所做的,使用人工智能分析了 1985 年至 2023 年间拍摄的 149 个海洋终止冰川的数百万张卫星图像。这意味着我们可以以前所未有的规模和范围检查冰川退缩。

Glacier flows into sea

斯瓦尔巴群岛比苏格兰略小,但拥有 2,000 多座冰川。 鲁本·M·拉莫斯/shutterstock

从 1985 年至今的见解

我们发现斯瓦尔巴群岛绝大多数(91%)的海洋终止冰川都在显着萎缩。我们发现自1985年以来,冰川消失了超过800平方公里,比纽约市的面积还要大,相当于每年消失24平方公里,几乎是伦敦希思罗机场面积的两倍。

最大的峰值出现在 2016 年,当时极端变暖时期的产犊率翻了一番。那一年,斯瓦尔巴特群岛也有自 1955 年以来最潮湿的夏季和秋季,包括 10 月份创纪录的单日降雨量 42 毫米。随之而来的是异常温暖且无冰的海洋。

海洋变暖如何引发冰川崩解

除了长期后退之外,这些冰川还会在夏季后退,在冬季再次前进,通常前进数百米。这可能比每年的变化更大。

我们发现斯瓦尔巴群岛 62% 的冰川经历这些季节周期。虽然这种现象在格陵兰岛都有详细记录,但此前仅在斯瓦尔巴群岛的少数冰川中观察到这种现象,主要是通过手动数字化。

Aerial view of island of mountains and glaciers

斯瓦尔巴特群岛的许多冰川随着季节的变化而扩大和缩小。 Wildnerdpix/shutterstock

然后,我们将这些季节性变化与空气和海洋温度的季节性变化进行比较。我们发现,随着春季海洋变暖,冰川几乎立即消退。这很好地证明了科学家长期以来的怀疑:这些冰川的季节性涨落是由海洋温度的变化引起的。

全球威胁

斯瓦尔巴群岛由于其独特的地理位置,位于北极但靠近温暖的大西洋水域,经常经历极端气候。我们的研究结果表明,海洋终止冰川对极端气候高度敏感,近年来出现了最大的退缩率。

这种类型的冰川遍布北极,特别是北半球最大的冰块格陵兰岛周围。斯瓦尔巴群岛冰川所发生的事情很可能会在其他地方重演。

如果目前的气候变暖趋势持续下去,这些冰川将更快退缩,海平面将上升,全球沿海地区数百万人将面临危险。


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摘要

自 1979 年以来,北极变暖速度几乎是全球平均速度的四倍,其中斯瓦尔巴群岛的变暖速度高达七倍。一项使用人工智能的研究分析了 1985 年至 2023 年斯瓦尔巴群岛冰川的卫星图像,揭示了冰川的显着收缩和对极端气候的敏感性增加。自 1985 年以来,冰川损失面积超过 800 平方公里,相当于每年损失量几乎是希思罗机场面积的两倍。还观察到因海洋变暖而导致的季节性退缩,凸显了整个北极海洋终止冰川的脆弱性。北极已经变暖快了近四倍