산악 빙하의 손실은 해수면 상승 1 에 기여하고 가뭄이나 강수량 감소 2 기간에 수자원에 영향을 미치며  자연 재해 3 , 4를 유발합니다 . 빙하는 21세기 5  와 그 이후에도 계속해서 질량을 잃을 것으로 예상되며 6 , 질량 손실의 범위와 속도는 주로 표면 온도 상승에 의해 좌우됩니다. 지구 온도는 기록적인 속도로 상승하고 있으며 7  , 과거의 무관심과 불충분한 배출 감소의 결과로 오늘날 다음 10년 안에 산업화 이전 수준보다 +1.5°C의 지구 평균 온도 수준을 초과할 위험이 증가하고 있습니다 1 , 8. 이러한 초과를 감안할 때 장기적으로 온난화를 1.5°C 미만으로 되돌리려면 상당한 탄소 제거가 필요할 것입니다 9. 이러한 초과가 기후, 생태계 및 사회 10 , 그리고 수문학 및 수자원 11 에 미치는 결과는 잘 이해되지 않았습니다. 지구 평균 기온이 목표 기온으로 돌아오더라도 지역 기온은 그렇지 않을 수 있습니다 .10 , 12 , 13. 초과 의 규모와 지속 기간도 중요합니다.예를 들어, 1.5°C 이상에서 소비된 시간은 2300년에 예상되는 해수면 상승과 준선형적으로 관련이 있으며 14  더 느리게 반응하는 다른 시스템(예: 영구 동토층과 이탄지)의 미래 배출량에 영향을 미칩니다 .12 . 나아가 지구 온난화 초과는 잠재적인 임계점을 넘을 위험을 증가시켜 15 , 16 , 17 , 18 돌이킬 수 없는 빙하 변화로 이어질 수 있습니다 .19 . 그러나 지역 기후와 특성이 유리하다면 빙하는 다시 자랄 수 있습니다. 주목할 만한 예로는 최근 중부 유럽의 소빙하기 20  또는 세인트 헬렌스 산의 분화 이후 미국 크레이터 빙하의 현재 재생 21이 있습니다 . 빙하가 기후 변화에 느리게 반응하고 재생이 후퇴보다 시간이 더 오래 걸린다는 점을 감안할 때 , 빙하 초과 시나리오의 영향은 장기적으로 지속될 가능성이 높습니다.

오버슛 영향을 정량화하는 데 있어 한 가지 과제는 적절한 기후 예측이 부족하다는 것입니다.결합 모델 비교 프로젝트(CMIP6)의 여섯 번째 단계에 참여한 소수의 기후 모델만이 지구 온도 오버슛 시뮬레이션을 실행했습니다 .23  (보충 그림  1 ).게다가 이러한 시뮬레이션은 빙하 재생을 포착하기에는 너무 이른 2300년에 끝납니다.게다가 이러한 시뮬레이션에는 지역 온도가 안정화된 지구 평균 온도에서도 변화할 수 있기 때문에 비교를 위한 해당 기준 온도 안정화 시나리오가 없습니다.GFDL-ESM2M 지구 시스템 모델(ESM) 24 , 25 의 기후 시뮬레이션은 적응형 배출 감소 접근 방식 26을 사용하여  2500년까지 1.5°C에 대한 다양한 안정화 및 일시적 오버슛 시나리오를 모델링하여 이러한  차이를 해결합니다 .13

본 연구에서는 온도 안정화 및 오버슛 시나리오 하에서 전 세계 20만 개 이상의 산악 빙하 전체에 대한 비가역적 빙하 변화와 그 영향에 대한 체계적인 분석을 수행했습니다. 이상적인 실험 결과와 ESM에서 생성한 2500년까지의 안정화 및 오버슛 시나리오를 모두 적용하여, Open Global Glacier Model(OGGM) 27 과 연계하여  변화의 주요 동인과 지역별로 다른 특징적인 시간 척도를 밝혀냈습니다. 온도 오버슛 이후 빙하의 잠재적 재성장은 빙하 유출량의 일시적인 고갈을 초래하며, 이를 '저수위(trough water)'라고 부릅니다. 본 연구에서는 일부 빙하 분지에 대한 저수위의 지역적 변동성과 잠재적 미래 영향을 조명합니다. 전반적으로, 본 연구의 예측은 장기적인 비가역적 빙하 질량 손실이 지역적 온도 오버슛의 규모에 매우 민감하며, 오버슛을 피하면 해수면 상승에 대한 빙하의 기여도가 감소하고 물 가용성의 변화가 줄어든다는 것을 보여줍니다.

빙하의 특성은 오버슈트 하에서의 반응에 강력한 영향을 미칩니다. 기후 설정과 반응 시간이 다른 두 빙하, 즉 빠르게 반응하는 알레치 빙하와 느리게 반응하는 와이컴 빙하 남쪽에 대한 이상화된 온도 오버슈트와 안정화 실험을 비교하여 이를 설명합니다. 온도 상승의 속도와 시기, 오버슈트의 발생은 빙하 질량과 유출 예측에서 상당히 다른 결과를 가져옵니다(그림  1 ). 온도 상승 속도는 질량 손실률을 좌우하지만, 상대적인 변화는 빠르게 반응하는 빙하와 느리게 반응하는 빙하에서 상당히 다릅니다(그림  1a–c ). 온도 오버슈트는 두 빙하 모두 오버슈트 단계에서 상당히 더 많은 질량을 잃게 만들고, 빠르게 반응하는 빙하는 회복하는 데 수십 년에서 수백 년이 걸립니다(그림  1b ). 느리게 반응하는 빙하는 이상화된 500년 시뮬레이션이 끝날 때까지 회복되지 않았지만(그림  1c ), 실험은 수천 년 후에 동일한 정상 상태로 수렴했습니다(확장 데이터 그림  1 ).

그림 1: 이상화된 온도 안정화 및 초과 실험에 따른 빠르게 반응하는 빙하와 느리게 반응하는 빙하의 예상 질량 및 유출량 변화.

a – e , 중위도의 전형적인 빠르게 반응하는 빙하 (Aletsch Glacier)( b , d )와 고위도의 느리게 반응하는 빙하(Wykeham Glacier South)( c , e )에 대한 적용 온도 변화( a ), 초기 상태에 대한 빙하 질량( b , c ) 및 초기 상태에 대한 빙하 유출량( d , e ). 오버슈트 단계는 온도가 안정화 온도를 초과하는 시점을 말하며, 레거시 단계는 온도가 안정화된 후 빙하가 새로운 정상 상태에 도달할 때까지의 기간을 말합니다. 강수량은 일정하게 유지됩니다. 건조 용융 계절 유출량은 용융 계절 동안 가장 건조한 3개월을 말하며 연간 초기 빙하 유출량과 관련하여 표시됩니다.  d  와  e 의 유출량 y 축 척도는  다릅니다. 다른 5개 지역의 가장 큰 빙하에 대한 이상화된 변화는 확장 데이터 그림 1  에 표시됩니다  .  이상화된 실험에 대한 추가 세부 사항은 방법을 참조하세요  .

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정상 상태에서는 빙하 질량과 빙하 유출량(최초 빙하화 지역에서 발생하는 융빙수와 액체 강수로 구성됨)이 일정합니다(그림  1d, e ). 기온이 상승하면 빙하의 질량이 감소하기 시작하고 연간 유출량과 건기 융빙기 유출량이 증가합니다. 빙하가 후퇴하고 질량 손실률이 감소함에 따라 연간 유출량과 건기 융빙기 유출량이 최대치에 도달하는데, 이를 '피크 수위'라고 합니다 28 . 수십 년에서 수백 년 후에는 연간 유출량이 초기 상태로 돌아가지만, 계절별 유출량 분포는 변할 수 있습니다.

1세기 동안의 실험 결과의 차이는 기온과 빙하 질량 변화가 느릴 때 최대 수위의 크기가 상당히 작다는 것을 보여줍니다. 더 빠르게 반응하는 빙하의 경우, 오버슈트 실험은 기온 감소 단계 동안 빙하가 재성장함에 따라 연간 빙하 유출량이 초기 수준보다 일시적으로 감소하는 독특한 현상을 강조합니다(그림  1d ). 빙하 재성장에 대한 반응으로, 초기 빙하 지역에서 이용 가능한 물은 특정 기간 동안 감소하는데, 이는 (최대 수위와는 반대로) 저류수(trough water)입니다 . 28 , 29

온도 초과가 주어진 빙하에 미치는 영향은 반응 시간에 따라 달라지며(그림  1  및 확장 데이터 그림  1 ), 반응 시간은 국지적 온도 변화, 빙하 표면 경사 및/또는 질량 균형 기울기 22 , 30 과 같은 국지적 특성에 따라 달라집니다 . 이상화된 기후 시나리오에서 이러한 모델 결과는 빙하에 충분한 시간이 주어지면 일반적인 산악 빙하의 경우 빙하 변화가 가역적임을 시사합니다. 실제로 강수량도 온도 증가에 따라 변합니다(보충 그림  2 ). 따라서 빙하가 재생되지 않아도 저수위가 발생할 수 있습니다. 빙하는 정상 상태에 있지도 않습니다. 따라서 초과 및 해당 안정화 시나리오에 대한 ESM 시뮬레이션이 필요하여 재생 또는 수렴에 필요한 시간과 물 가용성에 대한 관련 결과를 정량화해야 합니다.

GFDL-ESM2M의 안정화 및 오버슈트 시나리오는 OGGM을 강제하고 2000년에서 2500년까지 전 세계 모든 빙하의 질량 변화를 정량화하는 데 사용되었습니다(그림  2 ). 적용된 시나리오는 이상적인 온도 변화 실험과 유사하지만 전 세계 예측은 온도와 강수량의 국소적 및 지역적 변화를 명시적으로 고려합니다. 구체적으로, 빙하로 덮인 지역은 평균적으로 전 세계 평균보다 더 큰 온도 변화를 받기 때문에 국지적 예측 신호는 전 세계 온도 오버슈트 신호와 다릅니다. 예를 들어, 빙하 지역 가중 온도는 3.0°C 안정화 시나리오의 경우 전 세계 평균보다 최대 1°C 더 따뜻하며 이는 이전 연구 결과와 일치 합니다 .1