氷床が大気から受ける影響はおもに表面質量収支によるので, ここで, 氷床モデルに よく使われる表面質量収支モデルについて整理しておこう.
雪氷の表面質量収支(以下単に質量収支と呼ぶ)は, 基本的には 4.1節で触れたように, 多くの場合,
質量収支 = かん養量 - 表面消耗量 〜 降雪量 - 融解量によって, 降雪と融解で決まる. 蒸発と凝結は小さいと仮定して無視されるが, 例えば, 蒸発の激しい氷河(チベット)や大気からの凝結の大きい領域(南極内陸部) ではこの仮定は成り立たないので注意を要する. また, 表面で融解した水が氷河 内部で再凍結することが無視できないこともある.
降雪量は大気中の水蒸気収束や雲の凝結や降水過程で決まるものであり, 融解量は 夏の大気下層と雪氷表面の微妙なエネルギー収支状態で決まる. この質量収支を マジメにモデル化しようとすると, 気温や降水量を与える大気モデルが必要なわけ である. すなわち, 気候モデルの中に氷床モデルが含まれるようなモデルとなる (Bowman, 1985や Bergerら, 1990). 計算が複雑であるが, 質量収支が物理則に基づいて決まる. しかし, 難題も多い. 大気のモデルの問題として, 高緯度の降水分布過程の不確かさが大きいことは、 Schlesinger(1984)にくわしく 述べられている. 今後は, 氷床の地形に影響された地形性降水や大規模場の大気 循環について, 分解能の細かい大気モデルを用いて調べていくことが必要であろう. 融解量については, エネルギー収支プロセスの検討, とりわけアルベドの決まり方, 放射に対する雲の影響, 顕熱, 潜熱の求め方には問題が残されている. 大気中の雲の形成過程と, 融雪期の氷床上の安定な境界層における乱流の役割の 理解を深める必要があろう. また、表面熱収支に関連して、表面の融解水がすべて 外へ流出せず氷河上に再凍結するsuperimposed ice の効果を考慮することが必要か どうか,検討を要するであろう (Greuell and Oerlemans, 1986).
一方, 大気モデルはあきらめて経験式を用いるモデルがある. たとえば, 質量収支 を高度や気温などの関数として表現する方法や, 均衡線の位置を決める経験式を 組み込む方法がある. いずれも, 氷床モデルを単独に用いて氷床の日射に対する 応答を調べるときなど, 簡単な形で気温を入力として考慮するために使われる ものである.
例えば, Budd and Smith(1979), Oerlemans(1981)や Pollard(1983), Huybrechts and Oerlemans(1988) などは,次のような形の経験式を用いた.
降雪 = 現在の降雪分布×(高さの関数)
融解 = ({高さ, 日射, 気温}の関数)
Letreguillyら(1991)に用いられた
Reeh(1991)のdegree-day model
もこれに類するもので, 氷河や氷床の上で測定された降雪, 融解量と気温, 日射と
の間のregressionをとって求められた.
氷床の均衡線(質量収支が0になる高度の分布)を変数にしたモデルは, Weertman(1976)のモデルではじめて 用いられた. 均衡線の気候の変化に応じた決まり方と, 均衡線をはさんでかん養域と 消耗域での質量収支分布に経験式を当てがっている. 後に改良されながら, Hyde and Peltier( 1985, 1987), Kallenら(1979), Oerlemans(1983) などの研究に使われた.
これらの経験式は現在観測される山岳氷河や氷床での観測を元に得たものであるので, 大きく様相の異なる気候にどこまで適用できうるかわからないだけでなく, 研究の数だけ経験式があるといっても過言でないほど一般性に欠けていることが 残念である.
今後, 物理的モデルの改良に寄与することをめざした観測を行っていくことが 不可欠であろう. たとえば, 氷床上の大規模スケールの大気循環と地形性の降水の メカニズム, 安定成層の境界層の構造と熱フラックス, 表面融解に関わるエネルギー 収支の研究が、観測とモデリングの両面で進められることを期待したい. スイス国立工科大学(ETH)のグリーンランド調査 (Ohmuraら, 1991)はこのような観点 で企画されている。さらに, 素過程を吟味すること, 経験式を物理的裏付けから 再検討することが課題であろう.