的角度来看 水文

为第三极的洪水做准备

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科学2021年4月16日:
第372卷,第6539期,232-234页
DOI: 10.1126 / science.abh3558

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悟空湖是世界上海拔最高的淡水湖系统,位于亚洲尼泊尔。这个美丽、原始、神圣的湖泊很容易受到气候变化引起的自然灾害的影响。

照片:Feng Wei摄影/盖蒂图像

包括喜马拉雅山脉和邻近山脉在内的山脉是地球上最高的,平均海拔为4000米,面积约为595,000公里2。这一地区也被称为第三极或亚洲水塔,因为它拥有除极地地区以外最大的冰量。气温升高和人为干预增加了该地区水文敏感性的压力,并增加了发生重大洪水事件的风险。

在接下来的100年里,估计的1.5°C的变暖可能会提高冰川的熔融率,这已经通过气候变化脆弱(1)。这种情况从加速的冰川-冰质量损失、永久冻土退化、极端温度和降水事件的增加、滑坡、快速融雪以及季节性河流供水的重大变化(23.)。此外,印度夏季风是300 cm年-1每年降雨量在喜马拉雅山的朝南斜坡上(见图)。所有这些观察结果使该地区容易发生多种自然灾害,包括增加主要洪水事件的风险(3.4.)。对河流的直接人力干预,如水力发电厂的建设,以其他方式改变风险概况(5.)。

Rainfall in the Himalayas

Glacial lake areas [glacier data from the Randolph Glacier Inventory (6)] are affected by the regional rainfall, which has had local variations from 2000 to 2015 (data source: https://disc.gsfc.nasa.gov/datasets/TRMM_3B42_Daily_7/summary) (left). The increasing temperature in the Northern Hemisphere (top right) (data source: https://data.giss.nasa.gov/gistemp) is correlated with an increased number of extreme rainfall events (middle right) (10, 11) and an expansion in the number of glacial lakes, some that are susceptible to glacial lake outburst floods (GLOFs), across the region (bottom right) (12).

GRAPHIC: N. CARY/SCIENCE
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在喜马拉雅山的降雨

冰川湖面积[来自伦道夫冰川清单(6.)]受区域降水的影响,2000 - 2015年有局地变化(数据来源:https://disc.gsfc.nasa.gov/datasets/trmm_3b42_daily_7/summary.)(左)。北半球气温上升(右上)(数据来源:https://data.giss.nasa.gov/gistemp)与极端降雨事件数量的增加相关(右中)(10.11.)在整个地区(右下方)(右下方)(右下方)(右下方)(12.)。

图形:n卡里/科学

冰湖溃决洪水(GLOFs)和暴雨事件是人们日益关注的焦点。当天然水坝决堤或冰湖水位突然上升时,就会发生冰湖溃决。这些事件通常是由于暴雨,即每小时100毫米的暴雨造成的-1发生在~25公里的地理区域2。最近几十年来,这些极端事件增加了与它们相关的灾难(6.)。例如,Chorabari冰川谷(30°44′51.26″N, 79°03′38.79″E;2013年,海拔3808米的曼达基尼河谷(Mandakini River Valley)造成超过5000人死亡,并造成一连串令人震惊的破坏。不幸的是,由于新的湖泊不断形成,现有的湖泊在喜马拉雅山谷的冰川中不断扩大,更多的湖泊破裂事件还在等待发生。近50年来,仅喜马拉雅东部地区就出现了41个高海拔湖泊,第三极地区的现有湖泊也经历了50%的扩张。湖泊面积迅速扩大,以14.44公里的速度扩大2-11976年至2018年(7.)。因此,在不久的将来,喜马拉雅地区湖泊破裂事件的数量、范围和影响可能会增加。

在季风季节(六月至八月)时间框架期间,山区溪流中熔融水的云炎最常见于云爆发事件。然而,近期(2021年2月7日),在甘达河道的河道上突然激增,Dhauli Ganga在干燥的季节中表明,需要扩大此时间框架。上部Dhauli Ganga Basin的灾难与除降水事件外的过程相关联,例如雪崩,岩石滑坡或其他未识别的司机。因此,我们需要重新思考云爆和降雨的想法是喜马拉雅地区唯一的熔融浪涌的驱动因素。确定熔融水突然涌入下线水流背后的所有潜在专业和次要驱动因素对于了解该地区的危害概况至关重要。

随着我们对冰川水文学理解的加深,不同的假说将会出现。然而,最迫切的需要是深入研究缓解战略,因为气候变化和人为因素导致融水激增的风险增加。缓解战略应包括工程解决方案,如建设防洪水库;将水从高影响地区分流到其他地点的结构;雨水拘留盆地;修筑堤坝、堤防;采用梯田和其他良好耕作方式,以减少山坡径流量;并建立结构和发展技术来稳定山坡,以减少滑坡和泥石流。除了这些结构性的解决方案,需要通过公众意识项目、培训和教育,让社区了解山区水文的原因和驱动因素。这可能为实施一些洪水风险管理措施提供了一种公民科学的方法。 Many of these efforts have already been implemented over the past few decades (8.),但这些洪水事件的规模需要更先进的适应性措施。特别是,迫切需要一个有效的预警系统来警告当地社区即将到来的洪水危险。

因此,应同样重视发展一个具有遥测能力的水文气象、地震站和滑坡探测系统网络,以建立一个数据驱动的决策支持系统。特别是,来自记录暴雨事件的气象站的数据,监测湖泊和河流中水的储存和排放的超声波和雷达传感器,探测泥石流的地震检波器,先进的雪崩测绘技术应该实时传输,以支持决策系统,警告当地社区即将到来的危险。

这种策略的最大挑战是遥远的喜马拉雅地区缺乏蜂窝连接,这可以防止遥测支持,使其无法使用。相反,需要使用卫星系统(例如,窄带互联网)对冰川化喜马拉雅集水区的遥测监测,以便在下一个水文灾难中及时采取行动。具有卫星网络的监控设备的集成不仅将在缺乏完全蜂窝连接的远程位置提供遥测支持,而且还将在极端的地形如山谷,悬崖和陡坡等蜂窝死区中提供更大的连接覆盖。

实时数据将有助于在喜马拉雅山的冰川流域建立一个强大的早期洪水预警系统网络。实时监控技术将不仅有助于预测和警告即将发生的危险,防止人员伤亡,但实时数据的可用性将允许科学家远程监控安装仪器的性能和及时采取行动反对任何仪器故障,防止重要数据的损失。因此,这些丰富的数据集将有助于我们更好地了解气候变化对第三极的影响。第三极通常被视为全球地图上的“白点”——表明存在非常有限的连续实地水文气象数据(9.)。

引用和笔记

应答:这项工作得到了科学和技术部(Grant Iusstf / Waqm-Project Project-Iit Kanpur / 2017)和印度政府的地球科学部(Grant Moes / Pamc / H&C / 79/2016)-PC-II) to I.S.S. T.S. is thankful for a postdoctoral scholarship from the Indian Institute of Technology Kanpur. We thank V. Vinoj and K. Sri Harsha for their suggestions.
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