題目：Modeling channelized and distributed subglacial drainage in two dimensions
近年來，冰蓋表面融化與冰蓋動態之間的聯絡及其對海平面上升的影響引起了廣泛關注。特別是格陵蘭冰蓋的研究顯示，表面融水顯著影響冰川移動速度，而冰下排水系統對冰川動力學及冰川水文學其他方面具有關鍵控制作用。目前，對於這一複雜系統，尤其是快速通道化排水與慢速分散式排水模式之間的轉換機制理解尚不充分。
瞭解冰下排水系統對預測未來冰川變化、評估冰川侵蝕、流域水文、冰下生物圈以及冰湖潰決洪水等災害風險至關重要。本研究有助於提高我們對冰川系統響應氣候變化的理解，併為全球海平面上升的預測提供基礎資料。
作者開發了一種二維冰川排水系統模型（GlaDS），該模型結合了分散式（透過連續水膜表示）和通道化（透過Röthlisberger通道模擬）排水方式，利用非結構化網格以減少方向性偏見，更真實地反映自然系統。模型還考慮了冰內蓄水層和透過豎井輸送至冰床的點源輸入，實現了與冰流動態的雙向耦合。研究中，使用合成地形模擬冰蓋邊緣環境，並應用溫度指數模型計算融水量來驅動模型在山地冰川上的應用。
主要結論：
- 通道系統的演化過程：初期，靠近冰緣（x=0）處，因那裡排放量最大，沿水流方向在網狀結構邊緣形成了初步的通道。這些通道隨後透過合併較小通道並逐漸消失，形成主要通道，並最終影響整個排水系統的結構和水壓分佈。
- 水壓和流向的變化：通道化導致大尺度的冰下水壓降低，例如8兆帕的水壓等值線向上遊移動約4公里，而未通道化的區域則幾乎無壓力下降。通道的存在透過在水勢（hydraulic potential）上“雕刻”出“谷”，改變水流方向，使片流（sheet flow）轉向並趨向於這些通道。
-
排水量對比：圖中還展示了不同區域的排水情況，包括片流（sheet discharge，qw）的藍色線，總排水量（黑色線），以及透過累積輸入流量（dashed線）與總流量疊加顯示的對比。這有助於理解各部分對整體排水貢獻的比例和分佈。
-
有效壓力分佈：Figure 3c展示了節點上的有效壓力N，紅色十字代表片流節點，較小的藍色和較大的黑色圓點分別標記透過小通道和大通道的節點位置。這揭示了通道化如何導致區域性水壓變化，尤其是通道周圍的有效壓力通常會下降。
-
排水系統結構：在穩態下，模型"SHEET"中有四個主要通道延伸到約32公里，之後轉為片流。在冰川終端附近，存在11個通道，它們之間的距離大約為2公里。這表明通道系統在接近冰緣處較為密集，而向內陸逐漸稀疏。
-
片流與通道化關係：圖中資料指出，在主要通道起始處，片流的峰值流量約為60立方米每秒，隨後大部分水流被轉移到通道中。接近冰川末端，由於冰層變薄減少了閉合蠕變，片流的承載力增加，導致通道中的部分水分又迴流到片流中。
-
通道系統發展：這些圖示例說明了從無通道初始狀態到穩定狀態的通道系統演變過程，通道在靠近冰緣（x=0）的地方因高排放量而開始形成，並透過網路邊緣對齊水流方向發展。隨著時間推移，大通道透過合併小通道形成，降低了大規模的冰下水壓，同時影響著周圍水位的分佈。
-
水文潛能和片流影響：圖中可見，通道像“山谷”一樣雕刻在水文潛能中，改變了片流的方向，使之從垂直於潛能等值線轉向通道。這表明通道的存在和分佈對片流路徑有顯著影響，從而也影響了整個排水系統的結構和效率。
-
moulin輸入影響：在“MOULINS”執行中，融水透過50個moulin直接輸入，模擬了實際情況中冰面和冰內水流的路由過程。每個moulin的輸入量基於其Voronoi單元的表面融化總量，這一設定使得模型能夠更貼近實際冰川表面的複雜流動模式。
下圖展示了一天中有效壓力變化的振幅（最大值與最小值之差），即有效壓力的週期性波動。圖中透過顏色編碼顯示了距離通道和豎井（moulin）不同距離處的有效壓力變化幅度。它特別突出了壓力波動的最大區域位於moulin和通道附近，而在距離這些特徵超過約2公里的地方，壓力振幅的變化就非常有限。這種現象反映了冰下水體儲存對日間壓力變化擴散範圍的限制作用，即較大的englacial儲存容量會減少具有明顯日變化壓力訊號的區域。
下圖透過一系列的時間序列資料，提供了沿橫向（T1-T2-T3）和縱向（L1-L2-L3）截面的有效壓力和通道流量的細節。這些資料幫助理解了壓力和流量隨時間和空間的具體變化規律。例如，沿橫向截面（T1-T2-T3）的壓力變化幅度隨著遠離通道的距離增加而減小，並且存在一個逐步增大的相位滯後，最高可達6小時。而沿縱向截面（L1-L2-L3）的資料顯示，位於moulin附近的兩點（L2和L3）的有效壓力近乎同步變化，但上方位置（L1）相比滯後4小時。此外，通道流量在moulin位置與輸入同步，但在上下游則呈現反相位，體現了日間融水輸入變化導致的複雜時空動力學。
