卫星如何帮助我们了解致命雪崩

Avalanche at Mont Blanc 2019-03-21
The Chamoli disaster site is a hotspot for avalanches.Image: Unsplash/ Krzysztof Kowalik
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  • 雪崩在喜马拉雅山区很常见,其中破坏性最强的是岩石-冰体雪崩,昌莫灾害造成200多人死亡。

  • 雪崩体向下游运动约13公里后转变为泥石流,在Rishiganga河和Dhauliganga河引发山洪暴发。

  • 卫星正被用于帮助监测未来灾害的可能性,并能够实时捕捉雪崩,以改进观测和研究。

2021年2月,最具破坏性的一次印度喜马拉雅岩石-冰体雪崩袭击了一个小镇,造成200多人不幸遇难,并摧毁了多座桥梁、道路和两座水力发电站。

这场灾害被称为昌莫灾害,其规模独一无二。尽管雪崩体由80%的岩石和仅20%的冰组成构成,雪崩体向下游运动约13公里后转变为泥石流,在Rishiganga河和Dhauliganga河引发山洪暴发。

这场灾害的规模引起了全球科学家的关注。在过去几个月中,已有十多篇研究文章发表,涵盖调查,内容涉及可能的成因以及此后山谷的变化。

遥感

由于该地区地形极端偏远,缺乏实地测量,因此所有已发表的研究都广泛使用了来自遥感卫星的地球观测(EO)数据。EO卫星上的特殊相机可捕捉从地球表面或大气层发射或反射的能量,因此遥感有助于快速有效地监测特定环境。

美国国家航空航天局等航天机构以及美国国家航空航天局和欧洲航天局以及Planet Labs等公司正在免费提供中高分辨率的地球图像,以鼓励独立研究和科学调查。事实上,Planet Lab的PlanetScope卫星能够实时捕捉到昌莫灾害实时。

这些卫星数量的增加及其能力的提升,正被证明对理解高山灾害极为有用。谷歌地球等在线地理可视化平台谷歌地球正在提供重复的高分辨率图像,从而实现快速有效的视觉分析。在我们的研究中,得益于丰富的遥感数据档案,我们得以模拟和重建昌莫灾害以及同一地点此前发生的一次冰体雪崩。

雪崩热点

我们的研究始于一项有趣的发现,其他研究也有相关报告其他研究:昌莫灾害发生地是雪崩的热点。通过扫描过去20年的卫星图像,我们在同一山谷中识别出两次冰体雪崩和多次雪崩。

2016年的雪崩使该地区在随后于2021年发生的灾害中变得更加脆弱,如下图所示。Image: Anshuman Bhardwaj/阿伯丁大学,

2000年初和2016年9月,悬挂冰川断裂引发的冰体雪崩规模巨大,约含1000万立方米冰川冰,将约3.5公里长的谷底填埋,碎屑堆积高度可达50米。然而,由于昌莫灾害发生在2016年9月冰体雪崩之后仅4.5年,这使整个情景更加引人入胜。

2021年的灾害由一次雪崩引起,其体积是2016年事件的2.5倍以上,但与2016年雪崩纯冰的成分相反,它由80%的岩石构成。

这两次规模庞大且成分截然不同的冰体雪崩,起源于相同海拔,并在五年内冲击同一山谷,这一序列是独一无二的。它为我们提供了一个前所未有的天然试验场,用以了解含冰量各异的频发雪崩,其冲出距离和破坏力可能存在怎样的差异。

2021年昌莫雪崩由80%的岩石和20%的冰组成,这使其更具致命性。Image: Anshuman Bhardwaj/阿伯丁大学

预测未来

我们采用综合方法,研究了2016年和2021年雪崩在事件发生前和发生期间的流动特征。我们观察到地表运动速率的短期和长期变化,其最高可达正常值的约五倍。

地表运动的估算已被证明在观测过去冰体雪崩的发展和轨迹方面行之有效。1973年,首次在一座不稳定的悬挂冰川上测量了运动,以预测其崩塌。2014年,意大利大霍拉斯山南坡的一座悬挂冰川“断裂”被准确预测,比雪崩发生早10天,这一基于实地监测的方法的成功得到了证实。首次,以预测其崩塌。准确预测,比雪崩发生早10天。

然而,这些高山地区的后勤问题意味着此类实地工作十分有限。我们的观测,特别是对2016年雪崩的观测,表明遥感运动估算不仅覆盖范围更广,而且可以成为一种及时、经济高效且更安全的方式,用于监测悬挂冰川,甚至可能预测大型危险冰体雪崩。

但遥感观测存在不确定性,任何未来可预测性肯定需要更多研究,以识别地表运动中具有统计显著性的趋势。

使用热力学模型,我们模拟了2016年9月的事件,以及该事件对山谷施加的最大压力。我们发现该压力为6000千帕(一种抗压强度的测量单位),足以通过增加可侵蚀沉积物使山谷剖面发生明显变化,而这可能加剧未来的灾害。

季节性雪崩也使山谷这一段保持足够的润滑。随后,我们在两种情景下模拟了2021年事件:第一种情景未设定过去残留雪崩堆积物的侵蚀特征,第二种情景则纳入了已界定的侵蚀区。

结果表明,过去冰体和雪崩遗留的山谷堆积物很可能助长了2021年岩石-冰体雪崩的体量和流动,这也解释了其对下游人口造成的异常远距离冲击。

尽管2000年和2016年过去的冰体雪崩并未对生命和财产造成直接损害,但它们是该山谷中反复发生的事件。然而,很难预测它们与其他冰川灾害(如昌莫灾害中发生的情况)相结合后的未来影响。

随着气候变化在全球加速,此类危及生命的情景也正以更高频率和更大不确定性出现在其他山区。借助频繁更新图像的卫星,理解这些高山灾害的任何规律都有助于在未来挽救许多生命并保护昂贵的基础设施。

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