持续的全球变暖和冰冻圈融化造成高寒山区环境不稳定性加剧。近几十年来,全球范围内以冰崩和冰湖溃决洪水为代表的灾害事件频繁发生,造成严重的基础设施破坏和居民生命财产损失。与冰川失稳相关的灾害过程一般具有流动性强、相态转变复杂和易形成链式灾害等特点。由于其局部范围内的发生频率相对较低,还受到观测偏差以及地震、火山活动等非气候因素的影响,过去的研究很难准确揭示冰川失稳灾害过程频率与气候变化之间的关联性。
针对上述问题,中国科学院青藏高原研究所环境变化与多圈层过程团队通过系统梳理文献报道的灾害事件,构建了全球冰川失稳灾害清单。1901-2019年,全球共记录了727起冰川失稳灾害事件。
图1 全球冰川失稳灾害时空分布特征及其与气候变暖之间的联系
(a)灾害事件在全球5个子区域的分布;(b)灾害事件的体积随纬度分布特征;(c)贝叶斯间断点模型揭示的1901–2019年间灾害频率变化趋势;(d)贝叶斯间断点模型揭示的1901–2019年区域气温变化趋势;(e)灾害事件子集的发生频率变化,用来揭示数据库完整性和趋势偏差。
在剔除了受地震和火山活动影响的事件后,冰川失稳灾害频率从1960–1979年的平均每年3.4起增加至2000–2019年的16.3起,增长了约四倍。贝叶斯回归模型估计的灾害频率变化点出现在1986+3/-3。从这时起,灾害发生频率以平均每年0.4起的速度增加。同时,研究团队还观察到,该地区年平均气温在1970年代之前略有波动,之后出现了明显的突变,变化点在1970+2/-3。这一趋势与灾害发生频率的变化一致,但明显滞后了约15年。总体而言,这些相关性和滞后性揭示了气候变暖是驱动全球冰川失稳灾害发生的主要因子。
研究团队还采用科学经验和研究方法将灾害的破坏性分为五个等级,并进一步研究了1901–2019年间灾害造成的损失变化。结果显示,在1940–2009年间,这些事件的破坏性保持稳定;而在2010–2019年间,破坏性事件突然增多,出现了更多人员伤亡事件;喜马拉雅山脉、藏东南地区和秘鲁安第斯山脉地区是受此类事件影响最严重的地区;三分之二以上的破坏性事件还伴随着诸如泥石流(12.5%)、堰塞湖(25%)、冰湖溃决(31.3%)和湖/海啸(3.1%)等链式灾害过程。
图2 冰川失稳灾害的破坏性
(a)破坏性变化与链式灾害类型;(b)2018年藏东南色东普冰崩;(c)2016年喜马拉雅贡巴通沙错冰湖溃决洪水链式灾害过程。
近日,该研究成果以“Increasing frequency and destructiveness of glacier-related slope failures under global warming”为题,发表在《Science Bulletin》上。我所王伟财研究员为通讯作者,安宝晟正高级工程师为共同作者,我所与兰州大学联培生在读博士生张太刚为第一作者。该研究受到第二次青藏高原综合科学考察与研究计划(2019QZKK0103)、中国科学院国际伙伴计划(131C11KYSB20200029)等项目的支持。