崔 鵬 郭曉軍 姜天海 張國濤,3 靳 文,3

1 中國科學院、水利部成都山地災害與環(huán)境研究所/中國科學院山地災害與地表過程重點實驗室 成都 610041

2 中國科學院青藏高原地球科學卓越中心 北京 100101 3 中國科學院大學 北京 100049

青藏高原及周邊地區(qū)被譽為“亞洲水塔”，是除極地冰蓋以外全球第二大冰川聚集地，也被稱為世界的“第三極”；其孕育了長江、黃河、雅魯藏布江（恒河）、瀾滄江（湄公河）、怒江（薩爾溫江）、印度河和伊洛瓦底江等多條亞洲重要河流，是青藏高原及周邊地區(qū)水資源最重要的發(fā)源地。同時，青藏高原也是全世界海拔落差最大、構造隆升與地震活動最強烈、地貌類型最復雜的地區(qū)，山洪、滑坡、泥石流等山地災害量大面廣、活動頻繁[1-3]。根據聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告[4]，過去百年全球氣溫顯著上升，并在近年來呈現出明顯加快的趨勢，青藏高原冰川退縮和冰雪消融加劇，冰湖面積擴大。近 50 年資料顯示，該區(qū)降水量也明顯增加，極端降水事件增多，氣候變化勢必導致亞洲水資源的變化[5-8]；同時，也會使得山地災害頻發(fā)，加大災害風險。

青藏高原地區(qū)受氣候變化影響的災害主要有洪水、泥石流、滑坡、冰崩、雪崩、冰湖潰決和凍土災害等。目前，對這些災害在內、外動力耦合作用下的孕災機制和成災機理認知有待深入，對災害的風險預估和防控也缺乏針對性的技術手段。我國在該地區(qū)已啟動或擬啟動一系列重大基礎設施、生態(tài)保護和民生工程項目，如川藏高速鐵路、高速公路、雅魯藏布江中下游梯級水電站等，這些重大工程的建設和運行均受到區(qū)域自然災害的影響。因此，開展青藏高原災害綜合考察，探索形成和成災機理研究，預測氣候變化條件下可能面臨的災害風險，提高災害預警和防控能力有助于提升自然災害防治能力和民生安全保障能力，推動“一帶一路”向高質量發(fā)展轉變，具有重要的科學和戰(zhàn)略意義。

1 氣候變化對孕災環(huán)境的影響

全球氣候變暖導致溫度升高、極端降雨頻發(fā)、雪線上移、冰川消融后退等環(huán)境變化，改變了高原地區(qū)水文地質條件和地表孕災環(huán)境，加劇了災害的頻率、規(guī)模和復雜性。孕災環(huán)境的改變主要體現在水源條件、固體物質條件、能量條件和孕災條件組合的變化。

1.1 水源條件

氣候變化條件下，極端降雨增多，氣溫升高導致冰雪融水徑流增大，冰湖更易潰決，凍土融水增多。

在高寒區(qū)與極高山區(qū)，液相水在不同類型災害形成中扮演不同的角色。對流體運動型災害（如洪水、泥石流和冰湖潰決等），液態(tài)水既是組成成分，又是驅動力，起決定性作用。對塊體運動型災害（如滑坡、崩塌、冰崩、雪崩等），液態(tài)水降低巖土物質的內摩擦角和黏聚力，增大巖土體自重，改變受力條件，造成崩滑災害；或滲入冰雪體的重力裂縫，造成裂縫兩側固態(tài)水融化使裂縫貫通，引發(fā)冰、雪體失穩(wěn)；也可掏蝕坡腳，增大臨空面，改變坡體或冰雪體的受力條件，導致重力主導型災害發(fā)生。

據統計，近年來青藏高原地區(qū)降雨基本呈增加趨勢（0.1—15 mm/10 a，圖 1a），氣溫整體上升（0.20℃—0.55℃/10 a，圖 1b），冰川普遍強烈退縮（退縮率約為 (0.2%—1.2%)/a，圖 1c），且近年退縮幅度逐漸加劇[9-13]。青藏高原冰湖個數與面積增加（冰湖擴張率約為 (0.3%—1.6%)/a，圖 1d），尤其在 2000 年后，湖泊總數增加 13% 以上，面積也顯著擴張，如阿爾金山、喀喇昆侖、昆侖山等地區(qū)年擴張速度均大于1%[14]。冰湖擴張一方面降低了冰川水儲量，致使可流動的液態(tài)水大大增加；另一方面，冰湖庫容增大了冰湖潰決的風險，也為洪水、泥石流等提供了更好的孕災環(huán)境。例如，自 20 世紀 30 年代以來，西藏境內就記載了 30 余次冰湖潰決事件[10,11]。

溫度升高導致凍土退化，使高寒區(qū)土壤的活動層深度增大，增加了地下水儲水空間，加速了地表水向地下水轉化，土體中液態(tài)水的含量易急劇上升。同時凍土退化也造成地表徑流增加，使得流水沖刷河岸和溝床物質動力增強，利于山洪、泥石流、崩塌等災害的發(fā)生。

1.2 固體物質條件

圖1 青藏高原不同地理單元的溫度、降水、冰川及冰湖變化速率[9-13]

冰川退縮、雪線上移、凍土消融等環(huán)境變化對災害形成中固體物質的影響主要體現在 2 個方面。

（1）增大了固體物質動儲量。通常氣溫年較差、日較差、極端較差越大，圍繞 0℃ 震蕩的時間越長，就越有利于風化作用和松散固體物質的形成。高寒區(qū)溫度升高不僅有利于巖石風化，增加松散物質，還使得冰雪覆蓋區(qū)減少，暴露大量冰雪侵蝕松散物質。據統計，2003—2010 年，青藏高原地區(qū)永久性積雪以每年 0.35% 的速度減少[15]，局部地區(qū)冰川和積雪覆蓋區(qū)變?yōu)槁懵兜?。失去積雪和冰川保護的坡體堆積物和冰磧物暴露于地表，這使得松散物質動儲量大量增加，在降雨和流水侵蝕作用下極易起動形成泥石流等災害。

（2）土體中各相水的轉化，改變了土體力學性質，使土體更易破壞。高寒區(qū)凍土、冰磧物與非高寒區(qū)松散物質的主要區(qū)別在于土體內固體水的存在。固態(tài)水具有較大的力學強度，而液態(tài)水幾乎沒有對災害防治有意義的力學強度，而且還會導致具有水敏性的松散土的強度大幅降低。氣候變暖已經引起了青藏高原凍土嚴重退化，凍土面積減少，多年凍土下界升高，季節(jié)性凍土活動層增加。常年凍土區(qū)和季節(jié)性凍土區(qū)域凍融交替活躍，致使青藏高原山地斜坡土體失穩(wěn)，產生滑坡體和坍塌。凍土退化為土壤補充一定水源，增加土壤孔隙水壓力，強度迅速減小，使得自然降雨導致地質災害的臨界閾值降低，增大山地災害暴發(fā)概率；另外，水分的補充，增加了土體的重力負擔，易形成滑坡、崩塌等災害。

1.3 能量條件

能量條件是災害體起動和運動的驅動力，直接反映災害的破壞能力。氣候變化對災害形成能量條件的影響主要體現在 2 個方面。

（1）位能-動能轉化條件改變。高寒區(qū)冰川“U”型谷密集分布，部分“U”型谷谷底為巨厚松散堆積物。溫度升高導致冰雪消融加速和徑流增加，河流侵蝕下切作用加劇，軟巖和巨厚堆積物區(qū)的“U”型谷在強烈侵蝕作用下迅速下切，增加岸坡的陡峭程度和相對高差，從而構成了有利于坡面水、土物質的位能向為動能轉化的條件；有些甚至形成較高的臨空面，直接增加了位能。

填料使用就地挖取的一般黏性土，土料應過篩，篩孔不宜大于20mm，不含有凍土塊、膨脹土和雜土，有機質含量小于5%，保持土料的最有含水率。

（2）熱能-動能轉化條件改變。氣溫升高導致冰雪融水加劇，固態(tài)水屬具有結構能的結晶體，熱能把固態(tài)水變?yōu)橐簯B(tài)水；液態(tài)水在斜坡上獲得動能，具有流動、侵蝕、搬運的能力，為災害形成提供能量和動力條件。同時，溫度升高也加劇凍土退化，將吸收的熱能轉化為結構能釋放，消融水進一步改變（減弱）土體結構強度，為災害的形成提供有利條件。

1.4 孕災條件組合

氣候變化導致孕災條件的組合類型多樣化，主要體現在 3 個方面。

（1）高溫與降雨組合。冰川、永久性積雪與凍土在高溫期間產生的消融水和降水結合后，能形成比單一的冰雪融水規(guī)模更大的冰雪體表面和內部水流，由此造成溝道兩岸侵蝕與溝底掏蝕加劇，成為泥石流、山洪、冰湖潰決等災害的促進因素。

（2）水土條件組合。高強度降雨或大量的冰雪、凍土融水與所處位能較好的易侵蝕松散固相物質結合后，能夠更快地驅動物質位能轉化為動能，增加災害的水動力條件和破壞能力。這進一步加劇災害形成的風險，大規(guī)模冰川泥石流的形成便是典型例子。

（3）形成方式組合。冰雪消融使得流水侵蝕作用不斷加強，溝谷加深，溝岸和山坡變陡，水土流失加劇，重力侵蝕發(fā)展，容易誘發(fā)崩塌、滑坡和坡面泥石流。進而，這一過程與水流的下切、側向和溯源侵蝕結合，形成水力-重力復合侵蝕，加大了大規(guī)模復合型災害形成的可能性。

2 氣候變化環(huán)境下災害發(fā)育特征

青藏高原新構造活動強烈，活動斷裂發(fā)育，地層巖性復雜，風化剝蝕顯著，巖體非常破碎，水汽交換劇烈，為自然災害提供了良好的發(fā)育條件。泥石流、崩塌、滑坡、冰湖潰決、洪水、冰崩雪崩等災害點多面廣（圖 2），暴發(fā)頻繁，成災嚴重[1-3]。

2.1 災害活動特征：大規(guī)模災害增加，災害鏈特征明顯

青藏高原地區(qū)自北向南包括祁連—柴達木、昆侖、巴顏喀拉、岡底斯、喜馬拉雅、羌塘—昌都等多個構造帶，包括喜馬拉雅山、喀喇昆侖山、昆侖山、阿爾泰山、祁連山、橫斷山等眾多山脈。除局部地區(qū)主要的山地災害特征有所不同外，總體空間特征具有高強度與高頻性、突發(fā)性、季節(jié)性、群發(fā)性、周期性等特征[14]。氣候變化使得孕災條件的上述變化，增加了該區(qū)域大規(guī)模災害發(fā)生頻次，也使得災害的鏈生性更為明顯。不同災種在一定條件下能夠相互激發(fā)和轉換，形成災害鏈，導致災害在時間和空間上雙重延拓，進而增大災害威脅。例如，2000年4月9日，易貢滑坡先堵斷主河易貢藏布形成堰塞湖，淹沒上游村莊。2 個月后，堰塞體潰決，不僅使易貢藏布下游幾十公里的道路被沖毀，更使印度境內 30 人死亡，100 多人失蹤，5 萬余人無家可歸。易貢滑坡的形成就和春季積雪消融密切相關。

2.2 不同海拔區(qū)災害的誘發(fā)因素和對氣候變化的響應各異

（1）海拔 3 500 m 以下地區(qū)。發(fā)育以暴雨誘發(fā)的山洪、泥石流、滑坡等，主要集中于橫斷山區(qū)、喜馬拉雅中東段、昆侖山西段等。這些區(qū)域季風氣候活躍，水汽交換劇烈，降雨充沛且集中在雨季；地形陡峭，高差大，位能條件好；構造活躍，地震頻發(fā)，固體松散物質豐富；人類活動影響也較大，交通干線等人類設施相對最為密集，災害也呈現沿交通干線密集分布的特征。降雨是災害發(fā)生的主要激發(fā)因素，未來極端暴雨的增多將對這些區(qū)域的災害造成顯著影響。

圖2 青藏高原自然災害分布圖

（2）海拔 3 500—4 000 m 地區(qū)。主要發(fā)育有冰川融水補給為主的冰川泥石流、山洪和滑坡等災害。主要集中于橫斷山地區(qū)、西藏東南部喜馬拉雅中東段、念青唐古拉山中東段等。該區(qū)域受印度季風控制，海洋性冰川發(fā)育，是氣候變化最為敏感的區(qū)域。該區(qū)域將受溫度升高和極端暴雨的共同影響。夏季持續(xù)的高溫致使冰川和積雪處于強烈的消融狀態(tài)，大量的冰雪融水從山坡及冰川上匯流到冰川谷地的冰磧物等松散堆積體中，在重力作用下沿溝谷下泄，形成冰川泥石流等災害。該區(qū)災害主要的誘發(fā)因素為降雨和溫度，特別是高溫和高強度降雨的耦合，是大規(guī)模災害和災害鏈形成的重要因素。未來氣候變化導致的升溫和極端降雨均是該區(qū)域災害危險性增大的重要因素。

（3）海拔 4 000 m 以上的高寒地區(qū)。該區(qū)域冰湖發(fā)育密布，冰川躍動、冰崩、冰湖潰決等為主要災害類型。主要集中在海洋性冰川地區(qū)的喜馬拉雅山東段、念青唐古拉山中東段，唐古拉山東段，以及亞大陸性冰川地區(qū)的喜馬拉雅山中段、喀喇昆侖山等區(qū)域。這些區(qū)域對溫度變化的響應較為敏感，如 2000 年以來，冰湖潰決災害發(fā)生頻率較以往明顯升高[10,11]，僅西藏東南部就記錄了 9 次冰湖潰決事件。冰川躍動可能沖入冰前湖引發(fā)洪水或泥石流，或引發(fā)湖體潰決形成災害鏈，主要分布于亞大陸性冰川區(qū)的天山和喀喇昆侖山區(qū)域[15]。冰崩往往推動松散的冰磧物到下游直接造成災害，或直接墜入冰湖引發(fā)冰湖潰決洪水和泥石流等災害。冰崩引發(fā)的災害主要分布在海洋性冰川區(qū)。例如，2018 年 10 月 17 日，西藏雅魯藏布江色東普溝發(fā)生冰崩堵江災害，崩落的冰塊在山谷里翻滾跌落推動松散冰磧物一路奔涌堵塞了雅魯藏布江河道形成堰塞湖，使得上、下游數萬群眾被迫撤離。該區(qū)域災害形成最敏感的因素是溫度，氣候變暖將會直接導致冰雪相關災害活動性的增加。

3 氣候變化下災害未來發(fā)展趨勢與風險

不同氣候變化情景模擬表明[16,17]，未來青藏高原地面氣溫將持續(xù)升高，極端降雨事件頻發(fā)且呈增加態(tài)勢。相對于基準期（1961—2005 年），2006—2035 年期間年平均氣溫將升高 1.1℃—1.4℃，年平均降水將增加 3.2%；21 世紀中、后期（2036—2099 年）水熱條件變化更加明顯，如在全球溫室氣體低排放情景（RCP2.6）下年均氣溫將升高 1.7℃—2.0℃，降雨將增加 6%—12%，在高排放情景（RCP8.5）下年均氣溫將升高 3.9℃—4.6℃，降雨將增加 12%—24%。此外，預計到 21 世紀末，在 RCP2.6 和 RCP8.5 情景下，冰川規(guī)模將分別減少 15%—55% 和 35%—85%。

氣溫和降雨變化將持續(xù)改變青藏高原地區(qū)的水熱組合條件。降雨增加可直接激發(fā)災害，也可增加對前期冰湖蓄水量的貢獻，進而提高其他極端事件（冰崩或冰雪消融）引發(fā)冰湖潰決發(fā)生的概率；高溫加劇區(qū)域內冰川、積雪及凍土的消融，明顯改變青藏高原山地災害的孕災環(huán)境，加快冰川面積萎縮，導致冰湖水量擴張，為冰湖安全庫容承載力造成巨大壓力，增加冰湖潰決和形成山洪、泥石流等災害的風險。

氣候變暖將導致冰雪融水徑流增加，加劇侵蝕、下切作用。加之青藏高原整體抬升強烈，將進一步利于松散固體物質的位能轉化為動能，轉化速率將加快，進而增加泥石流、山洪、滑坡等災害形成的概率。溫度-能量條件的疊加效應，增加災害誘發(fā)條件判識的難度和精度，災害形成和規(guī)模放大的非線性過程更為顯著，未來的災害風險將可能成倍增加。

此外，高海拔地區(qū)人口與經濟的增長、工程建設的增加等也會進一步提高該區(qū)域的風險。由于人口和經濟的高密度區(qū)與自然災害的高危險區(qū)在空間上大幅重疊，作為承災體的經濟和人口，體量越大，受災害損失的概率越大。未來的災害風險將隨著災害危險度和易損度的增加而顯著增加。

4 防災減災面臨的問題與對策

4.1 防災減災面臨的問題

（1）青藏高原系統性災害基礎數據薄弱。高寒地區(qū)經濟發(fā)展水平較低，監(jiān)測站點不足，專業(yè)技術力量缺乏。且受特殊地理、氣候條件的限制，目前的監(jiān)測技術和設備難以滿足防災減災基礎數據收集的需求。例如，西藏自治區(qū)全區(qū)僅 28 個縣開展了 1 : 50 000 地質災害詳查，2 000 多個面積大于 0.05 km2的冰湖危險性尚未全部查清，災害基礎調查存在較大缺口；觀測站網密度非常低，全區(qū)僅有雨量站 623 處，平均單站控制面積 1 926 km2，遠大于單站 60 km2的全國標準；水文站 112 處，平均單站控制面積 10 714 km2，大于單站 1 333 km2的全國標準。上述短板導致基礎資料數量不足、精度有限，迄今沒有全區(qū)尺度上系統、全面的自然災害基礎數據集，這嚴重制約了該區(qū)域災害的理論研究和防治技術發(fā)展。

（2）對災害影響的物理機制和過程認識不明。青藏高原范圍廣闊，災害類型多樣，孕災環(huán)境復雜，凍融作用和干濕環(huán)境疊加，地震活動頻繁，受氣候變化影響顯著，多種致災因子交織，成因非常復雜。復雜的成因加上薄弱的基礎數據，使得對災害形成發(fā)育的過程和機理認識受到局限，缺乏數據分析各因素的影響，細化過程研究。因此，目前對氣候變化和地震活動等內、外動力多因素耦合驅動下的泥石流、山洪、冰湖潰決與滑坡等災害的物理機制和過程認識不明，尚不能定量描述其物理過程，特別是災害孕育和演化過程，因此難以有效預測災害。

（3）氣候變化條件下未來災害趨勢和風險難以把控。災害的形成與演化過程受控于多種因素，受上述 2 個短板因素的影響，分析氣候變化對災害的影響，定量描述氣候變化的影響，建立氣候變化影響災害預測模型目前還是科學難點。因此，研究氣候變化大背景下災害的孕育和演化規(guī)律，定量分析氣候變化的災害效應，消除復雜因素作用下災害風險預測的不確定性，是亞洲水塔區(qū)災害研究的前沿課題。

4.2 減災對策與建議

針對上述防災減災工作和科學研究中存在的短板，提出 3 點建議。

（1）開展青藏高原綜合災害科學考察，建立全面系統的災害基礎數據庫。高寒地區(qū)自然災害研究水平較低的主要制約因素之一在于基礎數據有限。因此，應結合第二次青藏高原科考，盡快對全區(qū)進行全面、系統的災害考察，利用遙感、大數據、地理信息系統、干涉雷達、激光雷達等先進探測技術和數據分析技術，獲取第一手災害數據，建立集災害類型、成因、性質和環(huán)境因素（水文、生態(tài)、氣候、地質、地形、社會經濟）等于一體的基礎資料數據庫，為災害機理研究和防治技術研發(fā)提供基礎資料。

（2）加強災害機理研究，提高災害預防、控制技術。重點開展高寒地區(qū)超大規(guī)模災害的發(fā)育規(guī)律、形成過程機理、運動和成災機制的研究，厘清成災因素和災害發(fā)育的區(qū)域規(guī)律，解析災害動力學過程和災變機理，揭示多種因素耦合作用下的巨災演化機制。尤其要重點研究極端氣候變化對災害發(fā)育的影響，預測未來山地災害可能呈現出的趨勢和特點，提高災害風險評估和管理水平。在此基礎上，開發(fā)適宜高寒區(qū)特點的監(jiān)測預警和防治關鍵技術，提高災害觀測、監(jiān)測和治理技術水平。進而，形成高原災害風險防控的理論與技術體系，提高高原防災、抗災、救災的科技支撐能力。

（3）促成多國協調的災害防控信息共享和減災協同機制。青藏高原跨境災害的影響往往波及多個國家，而各國具有不同的災害管理、處置方式，國家之間災害信息共享機制和渠道也尚需完善，相關問題往往造成災害防控資源浪費和減災效率的折扣。為了有效防控跨境重大自然災害以及需要建立多國跨境減災協同機制，這包括災害基礎數據共享機制、災害監(jiān)測預警系統共建機制、重大災害協商決策機制、重大救援行動協調機制、救災資源協同調配機制，以及減災政策對接機制、科學研究合作機制等。通過國際合作和減災協助，提升周邊國家地區(qū)的自然災害應對能力，為“亞洲水塔”的綠色、安全、可持續(xù)發(fā)展以及“一帶一路”高質量建設提供科技支撐。