全球变暖驱动冰碛湖溃决洪水频率显著增加——基于1900-2020年全球609起事件的分析

《Nature Communications》：High frequency of moraine-dammed lake outburst floods driven by global warming

本研究针对全球变暖背景下冰碛湖溃决洪水(GLOF)发生频率是否增加的科学争议，通过构建1900-2020年全球609起冰碛湖溃决洪水事件数据库，揭示了GLOF频率与全球气温变化存在约20年滞后相关的规律。研究人员采用地理加权回归(GWR)和广义可加模型(GAM)等分析方法，证实全球变暖通过冰川退缩、冰湖扩张和边坡失稳等链式反应驱动GLOF频发，为高山区域灾害风险管理提供了关键科学依据。

　　

在全球变暖持续加剧的背景下，高山地区的冰碛湖溃决洪水（Glacial Lake Outburst Floods, GLOF）已成为威胁下游居民安全和基础设施的重大地质灾害。然而科学界长期存在一个关键争议：近年来GLOF的发生频率是否真的随着气候变暖而增加？早期研究基于不完整的灾害数据库，甚至得出GLOF频率下降或停滞的结论，这与冰川加速消融、冰湖持续扩张的直观认知形成鲜明对比。解决这一争议迫切需要更全面、更精确的全球GLOF事件数据库作为支撑。

由张泰纲、王伟才等研究人员在《Nature Communications》发表的最新研究，通过整合历史文献记载和地貌证据分析，构建了1900-2020年间全球609起冰碛湖溃决洪水的精细数据库，较此前最全面的数据库规模扩大32%。研究发现全球GLOF频率呈现明显的阶段性增长特征：1980年代前呈波动缓慢上升，年均发生4.5起；而1980年后进入加速增长期，年均发生量从1981-1990年的5.2起猛增至2011-2020年的15.2起。更值得注意的是，这种增长趋势与全球气温变化呈现约20年的滞后相关模式，揭示了气候变暖驱动GLOF发生的复杂响应机制。

研究方法方面，团队采用三阶段框架确保数据质量：首先整合全球GLOF数据库4.0版本及区域 inventories，通过KH系列和Landsat卫星影像验证每起事件的冰湖水位下降、坝体溃口、洪积扇等地貌痕迹；其次对256起时间记录模糊的GLOF进行卫星影像时序校准，将平均时间不确定性降至3.4年；最后通过系统性地貌评估新发现88起未报道的历史GLOF事件。基于此数据库，研究采用地理加权回归(GWR)分析GLOF活动性与冰湖扩张速率（1990-2020年）、冰岩崩塌频率（1900-2019年）的空间关联性，并利用广义可加模型(GAM)拟合GLOF频率的时间变化趋势。

GLOF分布与频率特征

空间分析显示，609起GLOF起源于全球512个不同的冰碛湖，主要集中分布在第三极（中亚、南亚西部和东部，占39.6%）、低纬度地区（21.7%）和南安第斯山脉（15.8%）。国家层面秘鲁、中国和智利是受影响最严重的国家，分别发生117、112和74起GLOF事件。尽管溃决湖仅占全球冰碛湖总数的0.8%，但区域差异显著，低纬度地区溃决比例高达6.3%，而欧美西部地区仅0.5%。

GLOF灾害影响评估

113起（18.6%）GLOF有详细灾害记录，自1900年以来已造成全球超13,000人死亡。1941年秘鲁Palcacocha湖和2013年印度Chorabari湖溃决均导致数千人伤亡。按灾害等级分类显示，2010年代151起GLOF中33起造成灾害（22%），较1970年代（18%）比例显著上升。值得注意的是，湖体规模与灾害严重程度无必然关联，20%的溃决事件导致湖泊完全干涸，且18起小型湖泊溃决仍引发大型灾难。

气候变暖对GLOF活动的驱动机制

通过CRU TS v4.05气候数据集与GLOF频率的多尺度滞后相关分析，发现气温与GLOF频率在全局尺度呈显著正相关（r>0.5, P<0.01），而降水影响不显著。研究提出"GLOF响应时间"概念解释约20年滞后现象：气候变暖首先引发冰川退缩（如1970年代以来全球冰川物质亏损率达1.3 m w.e. a^-1），继而促进冰湖扩张（1990-2020年全球冰湖面积增长43%），同时通过冻土退化、冰岩崩塌频率增加（滞后10-20年）等过程最终触发GLOF。

地理加权回归模型进一步揭示，南安第斯山脉、低纬度地区和喜马拉雅区域的GLOF活动与冰湖扩张、冰岩崩塌呈现最强空间关联。冰崩和岩崩是主要触发机制，在第三极、低纬度等区域占比达70%。2020年加拿大不列颠哥伦比亚省Elliot Creek的GLOF事件即由退化边坡产生的1.8×10⁶m³滑坡体触发，印证了变暖背景下边坡稳定性劣化的链式反应。

区域GLOF趋势异质性

1981年以来，第三极、低纬度地区和南安第斯山脉GLOF频率显著增加（P<0.05），而中欧地区因人工干预（如水电站建设、湖泊引流工程）呈下降趋势。阿拉斯加地区虽冰湖扩张最快，但仅记录5起GLOF，说明宽缓冰川谷地形能显著降低周边边坡影响。这种空间异质性凸显了除气候驱动外，区域地形和人类活动对GLOF发生的重要调制作用。

研究结论强调，GLOF是冰冻圈系统对气候变暖的滞后响应现象，其20年左右的响应时间对应于冰川-湖泊-触发因子的链式反应过程。修订后的全球数据库纠正了早期因事件误分类（如将冰岩崩塌误判为GLOF）、湖型混淆（冰碛湖与冰面湖未区分）和记录缺失导致的认知偏差。该成果为高山区域GLOF风险评估提供了更可靠的数据基础，指出在未来持续变暖情景下，通过工程措施（预警系统、坝体加固）与非工程措施（政策制定、社区韧性提升）相结合的综合风险管理策略至关重要。