引言

说起湖泊大家可能并不陌生，在神州大陆上，孕育着姿态万千、风情万种的湖泊景观。有浩瀚万顷，水天相连的潘阳湖；有逢碧波荡漾，钟灵毓秀的洞庭湖；有湖光塔影、碧浪千层的太湖；有层恋叠嶂、烟雨朦胧的西湖。秀美的自然景观令古今中外的文人墨客，拍案叫绝，金词佳句，不计其数。

而远在祖国西部边疆，被誉为“世界屋脊”的青藏高原，因为其独特的地理、气候条件，孕育着许多神秘、宏伟且美丽的自然景观。其中的湖泊景观，与中原地区似温润少女，水墨书画的柔情不同，它们更加波澜壮阔。如天池美景，湖水清澈、晶莹如玉，似人间仙境。身处其中，方能感慨神池浩渺、天境悬空，别有一番风味。但是在美丽的外表之下，冰川湖泊有着不为人知的可怕之处。当它“心情不好”的时候，便会从高处俯冲而下，发出排山倒海般的咆哮，摧毁万物，令人发指。想知道故事的来龙去脉，得从亚洲冰湖的发源地“第三极”说起。

 “第三极”是指包括青藏高原、天山山脉、昆仑山山脉、兴都库什山脉、喀喇昆仑山脉、喜马拉雅山脉、念青唐古拉山脉等亚洲高山地区的集合[1]。是世界上第三大冰川聚集地，截止到2015年，中国第二次冰川编目[2]的最新统计结果表明，中国冰川共48571条，面积为51766.08km2，储冰量为4494.00±175.93km3。因为如此大的冰川储量，在冰川和高俊地形的共同作用下，第三极地区孕育了数以万计的冰川湖泊（简称冰湖）。

图1 第三极典型冰湖图片，上图为冰斗湖，下图为冰碛湖（源Google Earth）

图2 遥感影像上的冰湖轮廓（Landsat8OLI真彩色合成 2021.10）

什么是冰湖？

《冰冻圈科学词典》[3]将冰湖定义为有冰川作用、或者由冰川融水补给形成的湖泊。维基百科中将冰湖定义为末次冰期以来冰川在进退过程中侵蚀地表形成洼地，由冰川融水形成的湖泊。其他众多学者也根据自己的研究需求对冰湖的含义进行了描述。如吕儒仁等[18]将冰湖比作一种天然水库，积蓄着冰川从古至今的运动轨迹；曹学诚等[19]认为冰湖是由冰川作用或者冰川融水补给而形成的湖泊；唐升贵等[20]把冰湖描述成只在高原形成的，由于冰川退缩形成在冰川末端或者侧部的山地湖泊。直到现在，如何准确定义冰湖仍然众说纷纭，对于大多学者的观点，冰湖的产生离不开冰川的影响，同时与当地的气候变化密切相关。

有学者归纳第三极的冰湖特点与地理位置，细致的将冰湖划分为六个大类和八个亚类[11]，具体如表1所示，在接下来的介绍中，本文主要沿用表中的分类词汇。

表1 冰湖分类表（姚晓军等 2015）

第三极的冰湖分布与变化

在当今全球气候变暖的背景下，第三极冰川普遍退缩[3]。冰川面积退缩与冰湖的发育密切相关，特别是一些由冰川融水补给的冰湖面积迅速扩张，有的甚至决口，造成突发性洪水或泥石流灾害[4]。具有突发性强、流量大、洪峰高、影响范围广等特点，严重危害人们生命和财产安全，对自然和社会生态环境产生破坏性的后果。因此，冰湖演变特点与其溃决风险的科学研究受到重点关注。

青藏高原地区及周边山脉是我国冰川运动最为活跃的地区，区域内冰湖分布广泛，天山山脉西部和东部、喀喇昆仑山脉、西藏腹地、西藏东南部、喜玛拉雅山脉中部和东部、横断山脉等都是冰湖较为集中且持续发育的区域。冰湖所处海拔3000-5500m不等。截止至2015年，整个青藏高原内已被记录的冰湖数量、面积信息统计见表2。

从表中可以看到，第三极冰湖数量已经超过两万，且每条山脉的冰湖面积在近几十年内均有所增长，其中喜马拉雅东部和天山东部的冰湖面积增长超过2成，可能成为未来冰湖危险监测的重点区域。 

表2 1990-2015第三极区域冰湖（>0.01km2）变化表（Guoxiong zheng et al. 2018）

图3 青藏高原冰湖俯视图（来源 Google earth）

图4第三极冰湖分布及在全球冰川模型下的预测（Guoxiong Zheng et al. 2018）

什么是冰湖溃决洪水？

冰湖溃决洪水（Glacial Lake Outburst Flood，GLOF）是冰川或冰碛阻塞的湖水（也就是冰湖）释放时发生的一种溃决洪水，其严重危害着区域内人们的生命安全和财产安全，并对周围的自然环境造成严重的破坏。历史上，第三极地区就曾发生过多次严重的冰湖溃决灾害事件，仅仅是喜马拉雅山脉地区近60年来至少已发生了50余次冰湖溃决灾害，并且主要以冰碛湖的溃决为主[5]。而在整个第三极范围内，截止至2020年，有学者一共统计出了176记冰湖溃决洪水事件 [6]。

图5 喜马拉雅山脉GOLF事件分布图（Nie, Yong et al.2018）

历史冰湖溃决事件

1981年位于章藏布次周边的仁玛错冰湖发生溃决，形成了洪水与泥石流。冲击了下游的建筑与基础设施，导致尼泊尔境内上百人遇难或死亡[7]。天山地区的麦茨巴赫冰坝湖发生多次溃决，自1932以来共发生突发洪水50次，近乎年年溃决，甚至有的年份发生两次溃决，溃决频率接近90%[8]。2002年位于日喀则的冲堆普冰湖在5月和6月先后两次爆发突发性洪水并引发泥石流和山体滑坡，该地区大量基础设施遭到毁坏，经济损失高达七百万元[9]。2018年位于喀喇昆仑山区高海拔无人区的克亚吉尔冰川堰塞湖发生溃决，形成溃坝型洪水，导致叶尔羌河上游河道水位快速上涨[10]。2022年5月7日，巴基斯坦冰湖溃决洪水冲毁罕萨山谷喀喇昆仑公路沿线的哈桑纳巴德大桥，两座水电站及附近房屋。其中哈桑纳巴德大桥是巴基斯坦和中国之间的主要交通路线，以供大型车辆运行，哈桑纳巴德大桥坍塌意味着从红旗拉普口岸进行的中巴跨境贸易暂时受阻（https://phys.org/news/2022-05-bridge-collapse-pakistan-due-glacier.html）。据统计，近百年来，我国发生冰湖溃决共计47次，造成数百人死亡，数亿经济损失。

图6 冰湖溃决过程和触发条件（Westoby, Matt et al. 2014）

冰湖溃决触发条件

第三极的冰川随着全球气候变暖而不断萎缩，其末端发育的冰湖因为冰川融水的补给逐渐发育扩张，因为外界的各种不确定因素的干扰之下发生坝体的坍塌或者破裂，最终形成冰湖溃决洪水（GLOF）。对于不同类型的冰湖，其溃决前后的形态特征不一。冰湖溃决的易发性研究，研究对象多是冰碛型堤坝湖（冰碛湖），因为冰碛湖溃决后有明显的溃决特征，溃口鲜明，且几乎不会多次重复溃决，为冰湖的溃决的分析提供了良好的条件。

同时在喜马拉雅山脉的东部，冰碛湖溃决最为频繁，是冰湖溃决研究的重点湖泊类型，也是最有研究意义的湖泊类型。冰碛湖的诱因分为5类[12]，分别为冰崩-雪崩、滑坡-岩崩、强降水或上游来水、埋藏雪融化或管涌、地震所引起的冰湖溃决。坝体溃决机制有两种，一是涌浪突然冲击而导致坝体突然溃决；二是出水量增加而引起坝体的破裂。后者主要发生在含有死冰的冰碛湖溃决中，含有死冰的冰碛湖会受到死冰消融的影响，湖水流量逐渐增大，造成冰坝的溃决。基于冰碛湖的溃决诱因和坝体的溃决机制，本文总结了利于冰碛湖溃决的特征因素并将其分为三类，如表3所示：冰川导致的因素、冰湖自身的因素、二者结合因素的以及外界环境因素[12]-[15]。人们可以通过认知、探索这些影响冰湖溃决的因素，来更好的理解冰湖溃决的机理，当然这并不是绝对的，可能还有更多的诱因等着我们去发现。

图7 冰崩导致的冰碛湖溃决机理示意图（Westoby, Matt et al. 2014）

研究手段

冰湖灾害日益严重，对大范围的环境演变进行准确监测，实现对区域冰湖的变化监测以及冰湖潜在灾害风险评估。特别是我国青藏高原以及喜马拉雅山脉地区，其区域内的冰冻圈圈和水文环境十分脆弱，极易受到影响，有效的监测手段和及时的预防措施显得尤为重要。然而在地形地质复杂、气候条件多变以及冰湖快速变化的第三极地区，难以利用常规观测方法进行有效监测。海拔较高、气候恶劣、人迹罕至，且处于跨国界的政治敏感区域，很难实地考察冰川、冰湖并获得相关的数据和资料。

遥感技术具有宏观、快速、便捷、实时的特点，是认识和解决第三极冰湖特征和灾害评价科学问题的主要技术手段。可应用多光谱数据融合、图谱分析或者多波段计算等方法提取冰湖轮廓、分析冰湖演变情况。同时调查冰湖上游冰川特征，冰川与冰湖的位置关系，冰碛坝条件，并利用DEM模型和GIS手段分析下游河道与居民点，以此来筛选出潜在的危险冰湖。再对可能造成居民生命威胁和财产损失的冰湖展开实地调查，利用无人机、无人船等航空遥感和声纳探索技术来详细调查湖泊水深、冰碛坝体状况等因素，同时建立完整的冰湖监测与预警系统，实现对冰湖的实时监控[16]。

图8 高风险冰湖进行GIS水文模型的模拟（Guoxiong Zheng et al. 2018）

目前，Landsat系列、MODIS、SPOT、ASTER、IKONOS等光学遥感卫星已广泛用于亚洲高海拔区域的冰川以及环境变化监测。与此同时，一系列雷达遥感系统卫星的成功发射，如ERS-1/2、JERS-1、ENVISAT、RadarSat、ALOS、TerraSAR-X等，涌现了大量应用雷达遥感数据进行冰湖及其溃决灾害监测的研究[17]。 

图9 Kyagar glacier lack的灾害预警系统模型（Huss, Matthias et al. 2014）

结语

通过对这篇文章的阅读，相信读者对于第三极冰湖以及其溃决洪水灾害都有了一定的了解。然而截至目为止，很多关于冰湖危险性分析和预测的方法和手段仍然存在很大的争议。有的学者认为面积小于0.01或者0.02km2的冰湖不属于危险冰湖，不将其纳入风险评估范围。但是文献记载，哪怕是小面积的冰湖，仍有可能对下游居民和设施造成不可估量的伤害[21]。有的学者认为近期内面积增长过快的冰湖有着很大的潜在危险性，但是在第三极地区已知的GLOF事件中，仅有不到三分之一的冰湖在溃决前面积有过大量增长。有的学者认为在未来百年内，随着气候的变化，冰湖数量、面积、溃决风险将会有不同程度的提高，然而如藏东南、昆仑山脉地区近数十年内冰湖数量不增反减，且学者提出大部分冰湖将趋于稳定，冰湖溃决频率在未来并不会提高[14]。所以更加高效、经济、可信的研究手段和方法仍需要学界学者共同的努力。

参考文献

[1] Yao, Tandong, et al. Third pole environment (TPE). Environmental Development. 3. 52–64. 10.1016/j.envdev.2012.04.002.

[2]Guo W.Q., Liu S.Y., Xu J.L., et al. 2015. The contemporary glacier inventory of China: data,methods, and results. Journal of Glaciology, 61(226): 357-372

[3]秦大河. 冰冻圈科学概论[M]. 气象出版社, 2018.

[4]Harrison, et al. Climate change and the global pattern of moraine-dammed glacial lake outburst floods. The Cryosphere Discussions. 1-28. 10.5194/tc-2017-203.

[5]Nie, Yong & Liu, Qiao & Wang, Jida & Zhang, Yili & Sheng, Yongwei & Liu, Shiyin. (2018). An inventory of historical glacial lake outburst floods in the Himalayas based on remote sensing observations and geomorphological analysis. Geomorphology. 308. 10.1016/j.geomorph.2018.02.002.

[6]Zheng, Guoxiong & Bao, Anming & Allen, Simon & Ballesteros-Canovas, Juan & Yuan, Ye & Jiapaer, Guli. (2021). Numerous unreported glacial lake outburst floods in the Third Pole revealed by high-resolution satellite data and geomorphological evidence. Science Bulletin. 10.1016/j.scib.2021.01.014.

[7]中国科学院成都山地灾害与环境研究所,西藏自治区交通科学研究所.西藏泥石流与环境[M].成都:四川科技大学出版社,1999 :69-78

[8]刘时银,程国栋,刘景时.天山麦茨巴赫冰川湖突发洪水特征及其与气候关系的研究[J].冰川冻土,1998(01):31-36.

[9] 陈晓清等.聂拉木县冲堆2002年泥石流成因分析及防治对策[J].冰川冻土,2006,28(5):776-781.

[10]彭亮,敖志刚,陈建江,姜卉芳.喀喇昆仑山克亚吉尔冰川湖监测预警设计与应用[J].水资源与水工程学报,2014,25(05):124-126+131.

[11]姚晓军,刘时银,韩磊,孙美平.冰湖的界定与分类体系——面向冰湖编目和冰湖灾害研究[J].地理学报,2017,72(07):1173-1183.

[12]Westoby, Matt & Glasser, Neil & Brasington, James & Hambrey, Michael & Quincey, D.J. & Reynolds, John. (2014). Modelling outburst floods from moraine-dammed glacial lakes. Earth-Science Reviews. 134. 10.1016/j.earscirev.2014.03.009.

[13]张太刚,王伟财,高坛光,安宝晟,尚雪雪.亚洲高山区冰湖溃决洪水事件回顾[J].冰川冻土,2021,43(06):1673-1692.

[14]Veh, Georg & Korup, Oliver & Specht, Sebastian & Roessner, Sigrid & Walz, Ariane. (2019). Unchanged frequency of moraine-dammed glacial lake outburst floods in the Himalaya. Nature Climate Change. 10.1038/s41558-019-0437-5.

[15]余斌,何元勋,刘秧.冰碛湖溃决易发性的定量评价[J/OL].地球科学:1-16[2022-0424].

[16]Haemmig, Christoph & Huss, Matthias & Keusen, Hansrudolf & Hess, Josef & Wegmüller, Urs & Ao, Zhigang & Kulubayi, Wubuli. (2014). Hazard Assessment of Glacial Lake Outburst Floods from Kyagar Glacier, Karakoram Mountains, P.R. China.. Annals of Glaciology. 55. 34-44. 10.3189/2014AoG66A001.

[17] Li J ,  Sheng Y . An automated scheme for glacial lake dynamics mapping using Landsat imagery and digital elevation models: a case study in the Himalayas[J]. International Journal of Remote Sensing, 2012, 33(16):5194-5213.

[18]吕儒仁 等 主编. 西藏泥石流与环境[J]. 成都科技大学出版社, 1999.

[19]曹学诚,刘周周,李维胜.尼泊尔4·25地震震前冰湖制图与潜在危险性分析[J].冰川冻土,2016,38(03):573-583.

[20]唐升贵,刘发祥,赵振远.西藏念青唐古拉山东段冰湖的时空分布特征及其影响因素探讨[J].科技资讯,2014,12(16):35-36+38.DOI:10.16661/j.cnki.1672-3791.2014.16.013.