西藏冰湖溃决频次与径流峰值流量相关性分析

冰湖溃决事件频繁发生,严重阻碍西藏自治区区域社会经济发展,影响社会稳定。随着气候变暖,冰川减薄后退,冰川径流量增大,冰湖溃决风险上升。基于西藏自治区东南地区的嘎隆拉冰川径流观测资料,分析了2017—2019年消融期间5—9月冰川径流变化特征,探讨了西藏1931—2020年冰湖溃决事件发生的频次与径流峰值流量的关系。结果表明：在1931—2020年,西藏地区共发生冰湖溃决事件32次,集中在5—9月发生;在旬变化上,极大值频次呈单峰结构,在7月上旬频次最高;冰湖溃决频次与径流峰值流量显著相关,相关系数为0.673,随着径流增大,冰湖溃决发生的频次逐渐增大。在气候变暖的背景下,冰川融化引发的冰湖溃决灾害应引起重视,要加强冰川消融径流观测及冰湖水位的监测,进行冰湖溃决洪水预报。     

警惕青藏高原上的冰湖溃决洪水灾害

全球气候变暖直接导致冰川消融退缩，由此产生的冰川融水不仅会引起海平面上升、水资源变化等环境问题，而且会导致大量冰湖的形成和扩张，从而加剧冰湖溃决洪水等冰川灾害的发生频率和影响程度。     

西藏念青唐古拉山东段冰湖38年来的演变特征

根据遥感资料解译分析,结合现场实地核查成果,统计分析研究表明,1976~2013年间念青唐古拉山东段的冰湖数量、冰湖面积及冰湖蓄水量总体上均呈上升趋势,但其增长速度表现出时段差异性的典型特征,1976~1988年间增幅最大,1988~2001年间增幅呈现减缓趋势,2001~2013年间增幅又再次出现加速的趋势。从冰湖的具体演变看,有三个变化特点,一种是面积比较小,后续冰舌补给少的冰湖,随着时间的变化,冰湖消失;一种是原始的多个小冰湖扩大合并成一个较大的冰湖;其三,在冰舌周围形成新的湖泊并发展。     

基于遥感与GIS的朋曲流域冰川及冰湖变化研究

由于全球变暖，冰川正逐年退缩，随之引发的冰湖溃决洪水已不容忽视，但静态和孤立地研究冰湖已不能满足人们对冰湖信息的需求．本文基于20世纪70年代的地形图数据和2000年以来的ASTER遥感影像数据，使用GIS手段矢量化朋曲流域20世纪70年代和近期的冰川及冰湖的空间分布，并进行编目．对于获得的空间数据分析结果表明，在过去30年里该区冰川面积减少近9％，冰湖面积则增加了13％，在此基础上比较二者的联系和变化，识别出了24个可能发生溃决的冰湖，这为朋曲流域建立一套冰湖溃决预警系统提供依据；同时，对于研究其他类似地区的冰湖溃决现象也具有指导意义。     

基于RAMMS的冰湖溃决型泥石流演进模拟及危害性

冰湖溃决型泥石流作为目前西藏境内最主要的地质灾害之一,对下游工程的建设与运营造成潜在威胁。以西藏洛隆县冻错曲冰湖为例,基于现场调查、遥感解译、特征值计算和数值模拟方法,对冻错曲冰湖泥石流孕灾条件、动力学特征及溃决演进过程进行研究,分析其对下游工程建设的影响。采用无量纲堵塞指数(dimensionless blockage index, DBI)方法对冻错曲冰湖堰塞体稳定性进行评价,结果表明该堰塞体位于非稳定区与稳定区之间,存在发生溃决的风险。基于三维动态模拟软件RAMMS的Voellmy-Salm单相流模型,模拟分析了冻错曲冰湖泥石流在2种溃决模式下的演进过程。模拟结果显示：冻错曲冰湖泥石流溃决演进过程可归纳为初始溃决、加速运动、减速运动、沟口停淤4个阶段;2种溃决模式下冰湖溃决影响范围都经过拟建工程位置,潜在威胁区泥石流平均深度分别为4.87 m和8.26 m;在瞬时全部溃决场景下,冰湖溃决泥石流在拟建工程处最大流速为5.74 m/s,最大流量为2 843.38 m³/s。研究成果有助于评价冰湖溃决型泥石流的危害性,并为工程防治设计提供参考。     

新疆冰湖溃决灾害风险评价与预警研究

受全球气候变暖及人类活动的影响,冰湖溃决灾害已成为当前新疆地区经济可持续发展中的突出问题之一。利用1977(MSS)～2015年Landsat影像、2015年的Google Earth高精度影像和DEM等数据解译获取新疆冰湖的时空分布信息,并选取导致冰湖溃决的主要影响因子,运用MATLAB和SPSS等软件,利用西北地区已有冰湖数据作为训练样本拟合评价方程,建立了新疆冰湖溃决风险评价模型和基于BP神经网络算法的预警模型。结果表明:(1)1977年以来新疆三大山系中冰湖的数量和面积不断增加,冰湖数量上增加了62.0%,冰湖面积增长率为0.98 km~2·a~(-1),但增长率呈现逐年减小的趋势;(2)对分布在新疆范围内的17个典型冰湖溃决风险评价的结果显示:有5个冰湖为高危风险、5个冰湖为中等风险、7个冰湖为低等风险,新疆大约29%的冰湖需要进行实时监测。     

冰湖溃决模式对下游洪水过程的影响

作为西藏地区冰川灾害之一的冰湖溃决洪水,具有范围广、持续时间长、危害大并经常伴随有泥石流等特点。以西藏年楚河流域的典型危险性冰湖——黄湖及其下游区域为研究对象,经过实地调查,获得了相关的水文气象特性和地形、地貌等特征信息。基于数字高程模型(DEM)的地形数据和矩形网格,采用二维溃坝洪水演进数值模型,进行了模型的率定和不同溃决模式下的洪水演进模拟。结果表明:上游近溃口河道,不同溃决模式对洪峰流量、洪水最大水深和洪水最大流速影响较大;中下游河道,不同溃决模式对其影响相对较小。上游近溃口河道,小溃口工况的洪峰流量大于大溃口工况的洪峰流量,逐渐溃决工况的洪峰流量小于瞬时溃决工况的洪峰流量;中下游河道,小溃口逐渐溃坝的洪峰流量最大。一旦洪水发生,最大淹没面积约为88.30km2,溃决洪水到达江孜的时间约为33h,江孜处的洪峰流量约为1 777m3/s,大于江孜地区暴雨洪水万年一遇洪峰流量1 000m3/s。根据预测结果做好预警工作,能一定程度上减小灾害损失。     

新疆冰湖溃决灾害风险评价与预警

受全球气候变暖及人类活动的影响,冰湖溃决灾害已成为当前新疆地区经济可持续发展中的突出问题之一。利用1977(MSS)～2015年Landsat影像、2015年的Google Earth高精度影像和DEM等数据解译获取新疆冰湖的时空分布信息,并选取导致冰湖溃决的主要影响因子,运用MATLAB和SPSS等软件,利用西北地区已有冰湖数据作为训练样本拟合评价方程,建立了新疆冰湖溃决风险评价模型和基于BP神经网络算法的预警模型。结果表明:(1)1977年以来新疆三大山系中冰湖的数量和面积不断增加,冰湖数量上增加了62.0%,冰湖面积增长率为0.98 km~2·a~(-1),但增长率呈现逐年减小的趋势;(2)对分布在新疆范围内的17个典型冰湖溃决风险评价的结果显示:有5个冰湖为高危风险、5个冰湖为中等风险、7个冰湖为低等风险,新疆大约29%的冰湖需要进行实时监测。     

1990—2020年那曲地区冰湖变化研究

基于Landsat遥感影像,采用目视解译的方法提取了青藏高原内部那曲地区冰湖和冰川1990、2000、2010及2020年4期边界数据,并分析近30年来该地区冰湖变化的特征与原因．结果表明:那曲地区现有冰湖255个,总面积（27.829±4.62） km2,冰湖主要集中在东南部,其次是西南部;1990—2020年,研究区新增冰湖72个,面积增长6.14 km2;冰湖扩张趋势明显,具体表现为低海拔地区（≤4 700 m）原有冰湖快速扩张,较高海拔地区（>5 100~5 700 m）新增冰湖集中出现;气温与降水是冰湖变化的关键因素,由于降水与气温分布及变化存在时空差异,冰湖变化呈现“南快北慢,逐期加快”的特征;冰湖与冰川的位置关系也会影响冰湖变化,离冰川位置越近,对冰湖发育越有利,同时与冰湖接触的冰川退缩速率相较于其余冰川有更大的退缩速率,但冰川与冰湖面积变化速率并无明显相关性．      

黄土高原淤地坝溃决型泥石流易发性评价

生态环境脆弱,极端气候频发,黄土高原淤地坝溃决形成的泥石流灾害事件增多,对当地人民生命财产安全带来巨大危害,有效的开展淤地坝溃决型泥石流灾害易发性评价对国土规划、防灾减灾具有重要意义。本文以黄土高原淤地坝溃决型泥石流为研究对象,从工程地质条件和降水量入手,基于产流模型、产沙模型,建立了淤地坝溃决型泥石流易发性评价模型及其计算方法,定义了库水位坝高比概念,并开展了考虑坝系结构的淤地坝溃决型泥石流易发性评价。研究结果表明,当降雨频率为5%、降雨时长4.5h以上时,大型淤地坝溃决形成泥石流易发性等级达到了高易发,一般降水情况下均为不易发和低易发;当降雨频率为20%、降雨时长4.5h以上时,中型淤地坝溃决形成泥石流易发性等级达到了高易发,一般降水情况下均为不易发和低易发;而当降雨时长1h以上时,小型淤地坝溃决形成泥石流易发性等级均达到高易发以上。此外,坝系的结构对淤地坝溃决型泥石流易发性也有一定的影响。     

Tropical to mid-latitude snow and ice accumulation, flow and glaciation on Mars

Images from the Mars Express HRSC (High-Resolution Stereo Camera) of debris aprons at the base of massifs in eastern Hellas reveal numerous concentrically ridged lobate and pitted features and related evidence of extremely ice-rich glacier-like viscous flow and sublimation. Together with new evidence for recent ice-rich rock glaciers at the base of the Olympus Mons scarp superposed on larger Late Amazonian debris-covered piedmont glaciers, we interpret these deposits as evidence for geologically recent and recurring glacial activity in tropical and mid-latitude regions of Mars during periods of increased spin-axis obliquity when polar ice was mobilized and redeposited in microenvironments at lower latitudes. The data indicate that abundant residual ice probably remains in these deposits and that these records of geologically recent climate changes are accessible to future automated and human surface exploration.     

Continental ice in Greenland during the Eocene and Oligocene

The Eocene and Oligocene epochs (approximately 55 to 23 million years ago) comprise a critical phase in Earth history. An array of geological records supported by climate modelling indicates a profound shift in global climate during this interval, from a state that was largely free of polar ice caps to one in which ice sheets on Antarctica approached their modern size. However, the early glaciation history of the Northern Hemisphere is a subject of controversy. Here we report stratigraphically extensive ice-rafted debris, including macroscopic dropstones, in late Eocene to early Oligocene sediments from the Norwegian-Greenland Sea that were deposited between about 38 and 30 million years ago. Our data indicate sediment rafting by glacial ice, rather than sea ice, and point to East Greenland as the likely source. Records of this type from one site alone cannot be used to determine the extent of ice involved. However, our data suggest the existence of (at least) isolated glaciers on Greenland about 20 million years earlier than previously documented, at a time when temperatures and atmospheric carbon dioxide concentrations were substantially higher.     

天山天池景区地质灾害防治与生态环境保护关键技术研究及应用

天山天池景区地处中亚山地,地震活跃,冰川退缩显著,过度放牧突出,地质灾害与生态灾害发育。据研究发现,泥石流淤积天池每年达7.3万m3以上,若任凭其淤积天池寿命仅余400年,极端条件下缩短为80年。然而,泥石流是否还会发生,泥石流规模如何,如何处置等一直是困扰当地政府的难题。为此,中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所开展了天山天池景区地质灾害防治与生态环境保护关键技术研究项目,通过长达11年的持续攻关,项目组发现了泥石流由地震、过度放牧与极端气候控制并还会发生。针对泥石流属低频稀性冰川暴雨型的性质,项目组采用"固拦排清"的方式防治泥石流,采用生态移民和坡降调整及国家咨询决策防治区域生态灾害,不仅解决了景区地质灾害与生态灾害综合防治难题,实现了拦沙减沙、流域生态植被与谷地森林的示范性恢复,还产生了巨大的经济社会与生态环境效益。这一研究成果已在一些地区得到了推广应用,效果显著。     

基于树木年代学的冰川型泥石流灾害历史重建方法-以西藏天摩沟为例

藏东南帕隆藏布流域冰川型泥石流规模大、数量多。天摩沟是帕隆藏布左岸一级支流,最近20年多次爆发冰川型泥石流,重复堵江并形成长1.5 km左右的堰塞湖。冰川型泥石流事件爆发时间和规模的确定对山区泥石流防灾减灾意义重大。本文基于树木年代学方法,通过分析树木年轮损伤组织、生长抑制和释放动态,重建天摩沟60年来的泥石流事件的时空分布;从树木生长扰动强度等方面探讨泥石流的流动范围和沟道溯源侵蚀过程;并通过Wit指数进一步分析泥石流发生时间和日降雨及气温之间的关系。结果表明天摩沟在1965、1970、1976、2007、2010和2018年爆发过泥石流,与2007年以来的有记录的泥石流事件吻合,印证了通过年轮损伤组织、生长抑制和释放等参数重建泥石流事件的可行性;Wit指数的变化表明树木年轮的生长释放和抑制滞后于泥石流事件1-3年,并与泥石流规模成正相关。     

中国泥石流形成,发展,分布与自然环境演变间的关系

根据泥石流发育条件的形成规律与自然环境演变规律之间的关系分析,泥石流物质来源主要积累于物理风化盛行的冰期或冰缘气候环境阶段,水动力条件主要出现在融冰雪水或降水骤增时间——即间冰期或间冰缘期(阶)气候环境阶段.庐山、北京西山和燕山都反映出这种规律性,以马兰期黄土层为标志,晚更新世晚期至少有2期泥石流堆积,全新世有4期泥石沉堆积.从而划分出泥石流发育的活跃期和停滞期,目前中国泥石流仍处活跃期,即相当于间冰期阶段.按中国泥石流发育条件形成与自然环境演变规律间的关系,中国泥石流发育系统有3种结构模式,即西部高山型,北方冰缘型,南方霜冻型.再按气候差异,绘出了中国泥石沉分区图.     

冰碛湖库容数学模型的计算方法

全球气候的变暖致使冰湖溃决灾害频繁发生,严重威胁高原地区人民生命财产安全,随之对于冰湖溃决的研究也愈发深入,冰湖库容量作为冰湖研究基础参数,对冰湖危险性评价、冰湖溃决洪峰流量以及模拟洪水演进具有不可代替的作用。计算冰湖库容的方法主要有实地测量和冰碛湖库容计算公式,由于冰碛湖多位于高山极高山地区,对每个冰湖进行实地测量难以实现,传统冰湖库容的计算方法是基于大量冰湖参数与冰湖库容的统计关系,建立冰碛湖库容经验公式,虽然其拟合优度相对较高,但其相关性只能衡量冰碛湖面积和冰碛湖库容在统计规律上的一致性,对于精确计算冰碛湖库容仍有难以完成。本文通过文献资料整理、结合实地考察对湖盆形态模拟分析,将典型冰碛湖湖盆分为三段,通过模拟建立数学模型,以冰湖面积为约束条件,抽象成数学中的曲面立体模型,分别计算其形态体积,由此推算出计算冰湖体积的表达式V=0.0717w²l (w-冰碛湖湖宽;l-冰碛湖整体长度),并利用该模型验证了公式的有效精确性,为我国喜马拉雅山地区冰碛湖库容计算提供理论参考。     

帕隆藏布流域（波密-然乌段）冰川动态变化遥感分析

帕隆藏布流域位于中国海洋性冰川最为发育的藏东南地区,近年来随着全球温室效应加剧,帕隆藏布流域冰川变化极为显著。采用多期遥感影像,对1994～2015年间帕隆藏布流域波密至然乌段的冰川变化趋势、原因及其影响进行研究。结果表明:(1)20余年间冰川总面积减少了451. 72 km2,各冰川每年大约退缩2. 48%～2. 95%,气温升高以及降雨量减少是导致冰川面积持续退缩的主要原因。(2)由于帕隆藏布江南岸山坡所接收的太阳辐射热量更少,但降水却更加充沛,使得帕隆藏布江南岸冰川分布面积及覆盖率远大于北岸,而冰川退缩速率远小于北岸。(3)冰川的不断退缩使得沟道上游大量冻融松散物源在冰雪融水的外动力条件下,进入沟道形成松散堆积物源,导致流域内大规模发育冰川泥石流。由于帕隆藏布江南岸冰川规模更大,导致帕隆藏布江南岸冰川泥石流更为发育。(4)冰川变化动态监测对冰川泥石流机理分析以及预警研究工作有着重要的参考指导价值。     

Contrasting patterns of early twenty-first-century glacier mass change in the Himalayas

Glaciers are among the best indicators of terrestrial climate variability, contribute importantly to water resources in many mountainous regions and are a major contributor to global sea level rise. In the Hindu Kush-Karakoram-Himalaya region (HKKH), a paucity of appropriate glacier data has prevented a comprehensive assessment of current regional mass balance. There is, however, indirect evidence of a complex pattern of glacial responses in reaction to heterogeneous climate change signals. Here we use satellite laser altimetry and a global elevation model to show widespread glacier wastage in the eastern, central and south-western parts of the HKKH during 2003-08. Maximal regional thinning rates were 0.66?±?0.09 metres per year in the Jammu-Kashmir region. Conversely, in the Karakoram, glaciers thinned only slightly by a few centimetres per year. Contrary to expectations, regionally averaged thinning rates under debris-mantled ice were similar to those of clean ice despite insulation by debris covers. The 2003-08 specific mass balance for our entire HKKH study region was -0.21?±?0.05?m?yr(-1) water equivalent, significantly less negative than the estimated global average for glaciers and ice caps. This difference is mainly an effect of the balanced glacier mass budget in the Karakoram. The HKKH sea level contribution amounts to one per cent of the present-day sea level rise. Our 2003-08 mass budget of -12.8?±?3.5 gigatonnes (Gt) per year is more negative than recent satellite-gravimetry-based estimates of -5?±?3?Gt?yr(-1) over 2003-10 (ref. 12). For the mountain catchments of the Indus and Ganges basins, the glacier imbalance contributed about 3.5% and about 2.0%, respectively, to the annual average river discharge, and up to 10% for the Upper Indus basin.     

山西宁武冰洞成因分析

从冰洞所处位置分析该地区在地质时期曾经是岩溶发育区,并且经历了温暖潮湿的气候作用,逐渐形成石灰岩溶洞;而且该地区曾经是山岳冰川发育区,在第四纪冰期及间冰期时,大量的积雪、冰川融水甚至破碎冰块堆积于洞中,经过复杂的物理变化,融化和重新凝结,再加上大气降水的不断渗入,在溶洞内形成各种形态冰物质的广泛分布现象———冰洞形成;以后的年代,由于当地比较特殊的地形、气候等自然地理环境因素,冰洞得以有效保存。宁武冰洞的形成是由岩溶作用和冰川作用以及环境因素共同作用的结果。