根據(jù)今天在《科學(xué)進(jìn)展》上發(fā)表的一項(xiàng)研究，地面振動(dòng)可能有助于改善有關(guān)冰川融化導(dǎo)致突然洪水的預(yù)警。

1994年10月7日，一直擋住冰川湖的天然水壩爆裂，洪水沖入下游，流入不丹Punakha村。突如其來(lái)的洪水使21人喪生，毀壞了816英畝的農(nóng)作物和6噸的儲(chǔ)存食品，并沖走了房屋和其他基礎(chǔ)設(shè)施。這項(xiàng)由哥倫比亞大學(xué)拉蒙特-多爾蒂地球觀測(cè)站的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的新研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐牡卣鹪O(shè)備在不知不覺(jué)中記錄了冰川湖爆發(fā)洪水前五個(gè)小時(shí)的情況。

在山區(qū)，冰川湖爆發(fā)的洪水變得越來(lái)越頻繁，破壞性也越來(lái)越大。隨著冰川融化，水池中的水被湖泊困在由巖石冰川碎屑和冰果醬制成的水壩后面。當(dāng)水壩移動(dòng)或在其后方承受太大壓力時(shí)，湖水急速?zèng)_出，對(duì)下游社區(qū)構(gòu)成威脅。隨著地球變暖，冰川湖變得越來(lái)越大，越來(lái)越普遍，因此增加了冰川湖爆發(fā)洪水(GLOF)的可能性。

在由Lamont-Doherty研究生Josh Maurer領(lǐng)導(dǎo)的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，距冰川湖約100公里的地震儀陣列在大約1:45 am記錄了清晰的高頻信號(hào)，大約是在大壩發(fā)生的那段時(shí)間。爆裂。他們假設(shè)，隨著大壩的破裂，大量的水和/或沉積物突然流出，撞擊河床，從而引起了地震儀吸收的振動(dòng)。該團(tuán)隊(duì)能夠利用地震數(shù)據(jù)重建洪水，因?yàn)楹樗谙掠?0公里處到達(dá)，并在上午7點(diǎn)左右到達(dá)Punakha村。

當(dāng)前，儀器監(jiān)測(cè)某些冰川湖中的當(dāng)?shù)厮?，并在湖水位突然下降時(shí)向當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)發(fā)出警報(bào)，表明存在GLOF。但是，已知這種系統(tǒng)在某種程度上是不可靠的，并且過(guò)去已經(jīng)發(fā)出了錯(cuò)誤警報(bào)。研究作者建議，通過(guò)一些改進(jìn)，可以將實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)與水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)合使用，以最大程度地減少錯(cuò)誤警報(bào)并最大化警報(bào)時(shí)間。此外，一些策略性放置的地震傳感器可以潛在地監(jiān)視大面積的GLOF，而必須逐個(gè)湖地安裝水位監(jiān)測(cè)器。

作者指出，在地震GLOF監(jiān)測(cè)儀準(zhǔn)備部署之前，還需要進(jìn)行更多研究。該團(tuán)隊(duì)希望找到并探索地震儀捕獲到GLOF事件的其他實(shí)例，以更好地了解如何實(shí)時(shí)讀取和分析信號(hào)。他們還警告說(shuō)，普納卡洪水非常大，因此信號(hào)在數(shù)據(jù)中清晰可見(jiàn)。將來(lái)，他們希望更好地了解該技術(shù)是否可以可靠地檢測(cè)出較小的冰川湖爆發(fā)洪水，而洪水仍可能造成嚴(yán)重破壞。

通過(guò)重建Punakha洪水，研究人員還能夠測(cè)試預(yù)期洪水將如何流經(jīng)該地區(qū)的各種模型，表明地震數(shù)據(jù)可以幫助改善洪水模型。此外，本文還使用了GLOF前后的衛(wèi)星圖像來(lái)評(píng)估其對(duì)該地區(qū)的影響。

未參加這項(xiàng)研究的專家，包括地理學(xué)家西蒙·艾倫和冰川學(xué)家霍爾格·弗雷(均來(lái)自蘇黎世大學(xué))，都表示，這項(xiàng)研究是朝著基于地震學(xué)的預(yù)警系統(tǒng)邁出的有希望的第一步。艾倫說(shuō)，由于該技術(shù)到目前為止僅在一個(gè)湖上進(jìn)行了測(cè)試，因此需要更多的研究，并告誡說(shuō)，在喜馬拉雅山或其他地方維持實(shí)時(shí)地震監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)將帶來(lái)財(cái)務(wù)和技術(shù)挑戰(zhàn)。

“算法必須極其可靠，” Frey說(shuō)。“必須檢測(cè)所有事件，但同時(shí)必須避免所有錯(cuò)誤警報(bào)。” 他還強(qiáng)調(diào)指出，在設(shè)計(jì)和實(shí)施此類系統(tǒng)時(shí)，必須包括來(lái)自受影響社區(qū)的人員，這對(duì)于確定他們最終是否成功至關(guān)重要。

GFZ德國(guó)地球科學(xué)研究中心的地質(zhì)學(xué)家克里斯汀·庫(kù)克(Kristen Cook)說(shuō)：“這項(xiàng)研究很好地證明了對(duì)大型爆發(fā)洪水進(jìn)行遠(yuǎn)程地震探測(cè)的潛力。” “這種地震探測(cè)可能會(huì)產(chǎn)生重要的意義，這既可以及時(shí)回顧洪水模型，更好地了解爆發(fā)洪水的過(guò)程，也可以及時(shí)發(fā)展地震預(yù)警系統(tǒng)。爆發(fā)洪水是喜馬拉雅山脈的一大關(guān)注點(diǎn)，尤其是隨著沿河走廊的發(fā)展以及湖泊的增長(zhǎng)，因此，更強(qiáng)大的預(yù)警和更好的建模都將帶來(lái)巨大的社會(huì)效益。”

該研究的其他作者包括：哥倫比亞大學(xué)的Joerg Schaefer，Joshua Russell和Nicolas Young。來(lái)自猶他大學(xué)的Summer Burton Rupper;來(lái)自不丹水，氣候和環(huán)境政策中心的Norbu Wangdi;和緬因大學(xué)的Aaron Putnam。

通過(guò)下面的研究合著者Joerg Schaefer的簡(jiǎn)短問(wèn)答，了解有關(guān)該研究的更多信息。

這項(xiàng)研究的想法最初是如何發(fā)展的?

這一切始于我們?cè)贕LOF湖前保存完好的，幾乎完整的冰ine序列的工作。它們處在1994年GLOF的行列中，鈹測(cè)年表明它們很古老，大約有4000年的歷史。對(duì)于如此毀滅性的GLOF如何通過(guò)這些古老的冰川地貌而又不破壞它們，將它們洗凈，我感到困惑。我請(qǐng)研究生喬希·毛勒(Josh Maurer)檢查間諜衛(wèi)星圖像以及隨后的遙感圖像，以獲取洪水之前和之后的湖泊和山谷的圖片。他這樣做了，我們記錄了1994年GLOF的爆發(fā)和初期。我們了解到，洪水從一開(kāi)始就不是超級(jí)戲劇性的事，只占據(jù)了冰m終端的一小部分。這是一個(gè)驚人而令人恐懼的提醒，從這些高海拔開(kāi)始的GLOF在下坡時(shí)會(huì)通過(guò)重力吸收破壞性的能量。

Josh意識(shí)到了這種潛力，我們開(kāi)始懷疑GLOF信號(hào)是否在地震儀記錄中不可見(jiàn)。Josh與博士Josh Russell取得了聯(lián)系。拉蒙特(Lamont)地震學(xué)專業(yè)的學(xué)生，??他們一起工作，并應(yīng)用了一種稱為“基于互相關(guān)的地震分析”的技術(shù)，通過(guò)該技術(shù)，他們可以使用地震儀在距實(shí)際洪水100公里的地方跟蹤GLOF的演變。他們以驚人的清晰度發(fā)現(xiàn)了洪水信號(hào)，并將地震數(shù)據(jù)與目擊者報(bào)告和數(shù)值洪水模型中的下游測(cè)距站進(jìn)行了合成。

我們還使用了洪水前后的遠(yuǎn)程影像來(lái)估算下游山谷中的沉積物沉積，以評(píng)估破壞程度，并追蹤植被恢復(fù)的速度。

這可能是我很高興能參與其中的最具創(chuàng)新性的地球科學(xué)論文。我的主要職責(zé)是支持這些杰出的研究生的工作。

您在此項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)過(guò)程中遇到任何障礙嗎?如果是這樣，那是什么?您是如何克服它們的?

Josh和Josh在進(jìn)行互相關(guān)分析時(shí)遇到了許多問(wèn)題，但是他們作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)出色而有效地工作。一旦所有結(jié)果都擺在桌面上，我們便花了一些時(shí)間來(lái)整理來(lái)自許多不同學(xué)科的文章，以形成一個(gè)連貫的地球科學(xué)手稿，并意識(shí)到和闡述該技術(shù)在新一代GLOF預(yù)警系統(tǒng)中的潛力。

您如何看待其他冰川湖在這些方面的研究?jī)?yōu)先次序?

這種方法的最大優(yōu)勢(shì)之一就是區(qū)域適用性。例如，我們可以使用該工具包詢問(wèn)地震儀記錄系統(tǒng)中是否存在類似的“ GLOF型信號(hào)”。并且，使用喬什(Josh)的衛(wèi)星圖像處理技術(shù)，我們可以搜索該地區(qū)，尋找過(guò)去40年中該地區(qū)可能發(fā)生的類似洪水的來(lái)源。

能夠跟蹤湖泊的形成，生長(zhǎng)，特別是隨著時(shí)間的推移而增加的湖泊水平，是評(píng)估和確定該地區(qū)最危險(xiǎn)的湖泊的關(guān)鍵。在該地區(qū)不同的GLOF易發(fā)山谷中，地形和沉積物的可用性可能相似，但我們絕對(duì)應(yīng)該制作一張地圖，突出顯示與喜馬拉雅山上空GLOF危害相關(guān)的人類住區(qū)和對(duì)其生計(jì)至關(guān)重要的區(qū)域。