青藏科考
当前位置:首页>前沿成果

全球冰湖与溃决洪水的特征与变化

文章来源 :
2024-05-22 14:39
分享 :

全球变暖背景下,冰川正在加速消融与退缩,当冰川融水受到冰川、冰碛或基岩阻塞时,冰湖在冰前、冰缘、冰面、冰内或冰下形成。冰湖引发冰湖溃决洪水(glacial lake outburst flood, GLOF)。开展全球冰湖地理分布、形成时间、演变过程和物理特性的综合研究对于减轻下游地区遭受GLOF破坏至关重要。以往冰湖研究单一而零散,或针对特定类型冰湖或仅仅聚焦特定山区,缺乏全球系统的冰湖与GLOF特征与变化研究。

鉴于此,第二次青藏科考队“亚洲水塔动态变化与影响”任务、中国科学院青藏高原研究所张国庆研究员联合英国、奥地利、加拿大、瑞士、德国等国的科学家,通过综合分析全球及各地区不同大小、类型的冰湖和历史GLOF事件,构建了一份全面的全球冰湖数据集,详细阐明了全球冰湖的分布状态、区域特征和变化模式,量化了全球不同类型GLOF的占比和历史发生趋势,预估了未来全球冰湖和GLOF的灾害危险和应对措施。

相关综述文章表明,目前大于0.05km2冰湖有22,133个,总面积约14,438km2。全球冰湖数量、面积和体积区域分布差异明显(图1)。冰湖主要分布在格陵兰岛边缘(31%)、南安第斯(16%)、阿拉斯加和加拿大西部(16%)、加拿大北极东部(15%)和亚洲高山区(6%)。全面彻底了解冰湖的地理特征是GLOF风险评估的前提,全球大部分山区冰湖变化呈现以下特征:1850~1970年相对稳定,1970~1990年逐渐扩张,1990~2020年快速扩张。安第斯、欧洲中部和斯瓦尔巴群岛的冰湖变化相对较小,每十年的变化幅度小于10%;冰岛、斯堪的纳维亚和俄罗斯北极的变化相对较大,每十年的变化幅度大于40%。研究团队进一步综合分析了历史冰湖溃决洪水的分布、原因和机制,冰坝湖是GLOF的最主要类型,占全球所有记录事件的三分之二。这些湖泊的溃决通常由筑坝冰川的活动引起,如冰坝断裂、弯曲或漂浮。当湖水突然从冰坝流出时,热和机械侵蚀(通常是逐渐扩大的冰下隧道)将导致洪水流量呈指数级增长。在区域范围内,阿拉斯加是冰坝湖GLOF的热点,占全球总量的37%。冰坝湖的溃决可能多次周期性重复发生,因为冰坝在湖水排放后可能会暂时“重新愈合”。冰碛湖也是常见的GLOF发生源头,尤其是在低纬度地区安第斯山脉、亚洲中部和喜马拉雅。它们的溃决通常由管涌、埋藏冰退化或由冰崩、雪崩或滑坡引起的溢流触发。与冰坝湖不同,冰碛湖通常只溃决一次,因为坝体的破坏限制了未来蓄水的能力。此外,研究还提到基岩坝的状态通常稳定,这些冰湖比冰坝湖和冰碛湖产生的GLOF要少,溢坝是其GLOF发生的唯一机制。

由于可用的卫星图像资料数据有限,1980年前关于GLOF事件记录少于实际,报道的GLOF增加趋势会存在偏差。随着冰川进一步消融与退缩,已有冰湖扩张并出现新的冰湖。在亚洲高山区,在冰川完全消失的情景下,可能会形成大于0.01km2冰湖约13,000个,总面积约1,510km2,总体积约52.3km3。预估结果显示,未来全球GLOF的风险总体增加,但存在区域差异,亚洲高山区未来GLOF预计将增加,西欧阿尔卑斯山、秘鲁的科迪勒拉布兰卡山未来潜在GLOF相对较低,冰岛可能在未来发生火山活动而引发大型GLOF。本研究综述了全球冰湖及历史GLOF的地理分布、变化特征、原因与机制和未来趋势,同时指出了未来研究方向,包括冰湖监测和风险评估的新技术和方法,全球完整的冰湖编目和野外观测数据的获取,以及洪水动力模型的改进,为全球应对冰湖相关灾害风险提供了科学依据和政策建议。

上述成果以“Characteristics and changes of glacial lakes and outburst floods”为题,2024年5月21日在线发表在《自然-地球环境评论》(Nature Reviews Earth & Environment)期刊。张国庆研究员为共同第一作者和通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委“青藏高原地球系统基础科学中心项目”(41988101-03)和第二次青藏高原综合科学考察研究(2019QZKK0201)等支持。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s43017-024-00554-w


图片 1.png


图1 全球冰湖和历史GLOF事件分布