科学视点

成都山地所在喀喇昆仑山冰川堰塞湖的形成与溃决机理研究中获进展

  全球变暖背景下,青藏高原的多数冰川正加速退缩。然而,我国新疆地区和巴基斯坦北部的喀喇昆仑山的冰川由于受到西风带的影响,最近十几年呈现稳定或扩张状态,这个现象被称之为“喀喇昆仑异常”。该地区冰川的周期性跃动(冰川快速前进)频繁阻塞河流,使喀喇昆仑山成为冰川堰塞湖-溃决洪水灾害链最为频发的地区之一。冰川活动与区域气候相关,认识未来气候变化背景下喀喇昆仑山区冰川堰塞湖灾害链的变化趋势,需建立过去长时间序列的案例库,厘清其在百年和年代际尺度的暴发频率。同时,论证冰川运动学参数和冰坝形成与溃决过程及其规模的定量/半定量关系,是制定防灾减灾策略的重要科学依据。此前,由于缺乏长序列冰川堰塞湖灾害链数据,上述问题缺乏系统性研究。近期,中国科学院院士、中科院成都山地灾害与环境研究所研究员崔鹏团队通过遥感影像、野外考察和文献典籍等,揭示喀喇昆仑山冰川的周期性跃动控制冰川堰塞湖形成与溃决的作用机理。

  该研究通过遥感、野外考察和文献典籍,完成了从1533年2020年喀喇昆仑山179个冰川堰塞湖溃决事件的编目与分析。研究表明,该地区70.7%的冰川堰塞湖溃决事件出现在1890-1930年和1990-2019年两个高峰期,1940-1970年为低谷期。研究团队提取10典型堵江冰川过去30年的运动速度年际变化,共发现19次冰川跃动,其跃动与历史冰川堰塞湖溃决发生的时间相一致。其中,Khurdopin,KyagerShishper冰川的6次跃动呈现15-20年的重现周期。此外,研究分析了冰川运动速度的平均日变化,结果显示,平静期的冰川平均运动速度仅79 m/y,冰川跃动通常开始于初春,仅需数月跃动速度即达320-350 m/y的峰值(春末和夏季),而后跃动速度逐渐降低,减速过程可持续数年。跃动初期的冰川速度较快,冰裂隙密度较高且易贯通形成溃决通道,故冰川堰塞湖规模较小;在跃动速度缓慢减小阶段,冰裂隙密度较小,前期的溃决通道可因坝体垮塌而重新封闭,此时堰塞体稳定增大,堰塞湖水位增加,可诱发并形成大规模溃决洪水。

  基于上述冰川跃动控制冰川堰塞湖演化的作用机理,该研究提出冰川堰塞湖演化的概念模型,为未来气候变化条件下中巴经济走廊沿线冰川堵江灾害链的预测和防治提供科学数据和理论基础。同时,长时间尺度的冰川堰塞湖及溃决洪水事件序列弥补了高精度冰川跃动历史记录的缺失,可服务于冰川学的研究。

  研究工作得到国家自然科学基金、第二次青藏高原综合科学考察研究等项目的支持。相关研究成果发表在Earth-Science Reviews,成都山地所博士研究生Nazir Ahmed Bazai为论文第一作者,崔鹏为论文通讯作者。

图1.喀喇昆仑山5个核心地区的冰川堰塞湖(GLOFs)溃决事件以及主要冰川堵江与溃决洪水发生的时间与频次

图2.冰川跃动控制冰川堰塞湖形成与溃决的概念模型

图3.Khurdopin,Kyager和Shishper冰川最近一次跃动周期内的运动速度变化。遥感影像来自Landsat 8,黄线指示冰川堰塞湖位置


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