科學家研究揭示全球冰湖與潰決洪水區域特征和變化

5月21日，《自然—地球環境評論》在線發表了中國科學院青藏高原研究所環境變化與多圈層過程團隊研究員張國慶聯合國際團隊的最新成果。研究表明，未來全球冰湖潰決洪水的風險總體增加，但存在區域差異。

研究團隊通過綜合分析全球及各地區不同大小、類型的冰湖和歷史冰湖潰決洪水事件，構建了一份全面的全球冰湖數據集，詳細闡明了全球冰湖的分布狀態、區域特征和變化模式，量化了全球不同類型冰湖潰決洪水的占比和歷史發生趨勢，預估了未來全球冰湖和冰湖潰決洪水的災害危險和應對措施。

論文共同第一作者、通訊作者張國慶介紹，全球變暖背景下，冰川正在加速消融與退縮，當冰川融水受到冰川、冰磧或基巖阻塞時，冰湖在冰前、冰緣、冰面、冰內或冰下形成。冰湖可能引發冰湖潰決洪水。開展全球冰湖地理分布、形成時間、演變過程和物理特性的綜合研究，對于減輕下游地區遭受冰湖潰決洪水破壞至關重要。以往冰湖研究單一而零散，或針對特定類型冰湖或僅僅聚焦特定山區，缺乏全球系統的冰湖與冰湖潰決洪水特征與變化研究。

已有研究表明，目前大于0.05 km²冰湖有22133個，總面積約14438 km²。全球冰湖數量、面積和體積區域分布差異明顯。冰湖主要分布在格陵蘭島邊緣（31%）、南安第斯（16%）、阿拉斯加和加拿大西部（16%）、加拿大北極東部（15%）和亞洲高山區（6%）。

全面徹底了解冰湖的地理特征是冰湖潰決洪水風險評估的前提。研究人員介紹，全球大部分山區冰湖變化呈現以下特征：1850~1970年相對穩定，1970~1990年逐漸擴張，1990~2020年快速擴張。安第斯、歐洲中部和斯瓦爾巴群島的冰湖變化相對較小，每十年的變化幅度小于10%；冰島、斯堪的納維亞和俄羅斯北極的變化相對較大，每十年的變化幅度大于40%。

研究團隊進一步綜合分析了歷史冰湖潰決洪水的分布、原因和機制發現，冰壩湖是冰湖潰決洪水的最主要類型，占全球所有記錄事件的三分之二。這些湖泊的潰決通常由筑壩冰川的活動引起，如冰壩斷裂、彎曲或漂浮。當湖水突然從冰壩流出時，熱和機械侵蝕將導致洪水流量呈指數級增長。在區域范圍內，阿拉斯加是冰壩湖冰湖潰決洪水的熱點，占全球總量的37%。冰壩湖的潰決可能多次周期性重復發生，因為冰壩在湖水排放后可能會暫時“重新愈合”。

冰磧湖也是常見的冰湖潰決洪水發生源頭，尤其是在低緯度地區安第斯山脈、亞洲中部和喜馬拉雅。它們的潰決通常由管涌、埋藏冰退化或由冰崩、雪崩或滑坡引起的溢流觸發。與冰壩湖不同，冰磧湖通常只潰決一次，因為壩體的破壞限制了未來蓄水的能力。此外，研究還提到基巖壩的狀態通常穩定，這些冰湖比冰壩湖和冰磧湖產生的冰湖潰決洪水要少，溢壩是其冰湖潰決洪水發生的唯一機制。

研究人員表示，由于可用的衛星圖像資料數據有限，1980年前關于冰湖潰決洪水事件記錄少于實際，報道的冰湖潰決洪水增加趨勢會存在偏差。隨著冰川進一步消融與退縮，已有冰湖擴張并出現新的冰湖。在亞洲高山區，在冰川完全消失的情景下，可能會形成大于0.01 km²冰湖約13000個，總面積約1510 km²，總體積約52.3 km²。

預估結果顯示，未來全球冰湖潰決洪水的風險總體增加，但存在區域差異，亞洲高山區未來冰湖潰決洪水預計將增加，西歐阿爾卑斯山、秘魯的科迪勒拉布蘭卡山未來潛在冰湖潰決洪水相對較低，冰島可能在未來發生火山活動而引發大型冰湖潰決洪水。

研究團隊還綜合梳理了全球冰湖及歷史冰湖潰決洪水的地理分布、變化特征、原因與機制和未來趨勢，指出了未來研究方向，包括冰湖監測和風險評估的新技術和方法，全球完整的冰湖編目和野外觀測數據的獲取，以及洪水動力模型的改進，為全球應對冰湖相關災害風險提供了科學依據和政策建議。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s43017-024-00554-w