根據今天在《科學進展》上發(fā)表的一項研究，地面振動可能有助于改善有關冰川融化導致突然洪水的預警。

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。突如其來的洪水使21人喪生，毀壞了816英畝的農作物和6噸的儲存食品，并沖走了房屋和其他基礎設施。這項由哥倫比亞大學拉蒙特-多爾蒂地球觀測站的研究人員領導的新研究發(fā)現(xiàn)，當?shù)氐牡卣鹪O備在不知不覺中記錄了冰川湖爆發(fā)洪水前五個小時的情況。

在山區(qū)，冰川湖爆發(fā)的洪水變得越來越頻繁，破壞性也越來越大。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。當水壩移動或在其后方承受太大壓力時，湖水急速沖出，對下游社區(qū)構成威脅。隨著地球變暖，冰川湖變得越來越大，越來越普遍，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領導的研究中，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，大約是在大壩發(fā)生的那段時間。爆裂。他們假設，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。該團隊能夠利用地震數(shù)據重建洪水，因為洪水在下游90公里處到達，并在上午7點左右到達Punakha村。

當前，儀器監(jiān)測某些冰川湖中的當?shù)厮?，并在湖水位突然下降時向當?shù)厣鐓^(qū)發(fā)出警報，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，并且過去已經發(fā)出了錯誤警報。研究作者建議，通過一些改進，可以將實時地震監(jiān)測與水位監(jiān)測系統(tǒng)結合使用，以最大程度地減少錯誤警報并最大化警報時間。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，而必須逐個湖地安裝水位監(jiān)測器。

作者指出，在地震GLOF監(jiān)測儀準備部署之前，還需要進行更多研究。該團隊希望找到并探索地震儀捕獲到GLOF事件的其他實例，以更好地了解如何實時讀取和分析信號。他們還警告說，普納卡洪水非常大，因此信號在數(shù)據中清晰可見。將來，他們希望更好地了解該技術是否可以可靠地檢測出較小的冰川湖爆發(fā)洪水，而洪水仍可能造成嚴重破壞。

通過重建Punakha洪水，研究人員還能夠測試預期洪水將如何流經該地區(qū)的各種模型，表明地震數(shù)據可以幫助改善洪水模型。此外，本文還使用了GLOF前后的衛(wèi)星圖像來評估其對該地區(qū)的影響。

未參加這項研究的專家，包括地理學家西蒙·艾倫和冰川學家霍爾格·弗雷(均來自蘇黎世大學)，都表示，這項研究是朝著基于地震學的預警系統(tǒng)邁出的有希望的第一步。艾倫說，由于該技術到目前為止僅在一個湖上進行了測試，因此需要更多的研究，并告誡說，在喜馬拉雅山或其他地方維持實時地震監(jiān)測網絡將帶來財務和技術挑戰(zhàn)。

“算法必須極其可靠，” Frey說。“必須檢測所有事件，但同時必須避免所有錯誤警報。” 他還強調指出，在設計和實施此類系統(tǒng)時，必須包括來自受影響社區(qū)的人員，這對于確定他們最終是否成功至關重要。

GFZ德國地球科學研究中心的地質學家克里斯汀·庫克(Kristen Cook)說：“這項研究很好地證明了對大型爆發(fā)洪水進行遠程地震探測的潛力。” “這種地震探測可能會產生重要的意義，這既可以及時回顧洪水模型，更好地了解爆發(fā)洪水的過程，也可以及時發(fā)展地震預警系統(tǒng)。爆發(fā)洪水是喜馬拉雅山脈的一大關注點，尤其是隨著沿河走廊的發(fā)展以及湖泊的增長，因此，更強大的預警和更好的建模都將帶來巨大的社會效益。”

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

通過下面的研究合著者Joerg Schaefer的簡短問答，了解有關該研究的更多信息。

這項研究的想法最初是如何發(fā)展的?

這一切始于我們在GLOF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，鈹測年表明它們很古老，大約有4000年的歷史。對于如此毀滅性的GLOF如何通過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，洪水從一開始就不是超級戲劇性的事，只占據了冰m終端的一小部分。這是一個驚人而令人恐懼的提醒，從這些高海拔開始的GLOF在下坡時會通過重力吸收破壞性的能量。

Josh意識到了這種潛力，我們開始懷疑GLOF信號是否在地震儀記錄中不可見。Josh與博士Josh Russell取得了聯(lián)系。拉蒙特(Lamont)地震學專業(yè)的學生，??他們一起工作，并應用了一種稱為“基于互相關的地震分析”的技術，通過該技術，他們可以使用地震儀在距實際洪水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，并將地震數(shù)據與目擊者報告和數(shù)值洪水模型中的下游測距站進行了合成。

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

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

您在此項目的開發(fā)過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在進行互相關分析時遇到了許多問題，但是他們作為一個團隊出色而有效地工作。一旦所有結果都擺在桌面上，我們便花了一些時間來整理來自許多不同學科的文章，以形成一個連貫的地球科學手稿，并意識到和闡述該技術在新一代GLOF預警系統(tǒng)中的潛力。

您如何看待其他冰川湖在這些方面的研究優(yōu)先次序?

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

能夠跟蹤湖泊的形成，生長，特別是隨著時間的推移而增加的湖泊水平，是評估和確定該地區(qū)最危險的湖泊的關鍵。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，但我們絕對應該制作一張地圖，突出顯示與喜馬拉雅山上空GLOF危害相關的人類住區(qū)和對其生計至關重要的區(qū)域。