基于幾何近似法構(gòu)建冰湖水深分布模型
在氣候變暖與冰川廣泛退縮的背景下，過去幾十年全球冰湖經(jīng)歷了快速形成和擴(kuò)張。不穩(wěn)定的壩體條件與圍岸環(huán)境對(duì)冰湖造成擾動(dòng)，全球已累計(jì)報(bào)道超過3000起源自冰磧湖和冰壩湖的潰決洪水事件，對(duì)下游基礎(chǔ)設(shè)施和人類社區(qū)造成嚴(yán)重影響。詳細(xì)的冰湖水深調(diào)查對(duì)于評(píng)估冰湖風(fēng)險(xiǎn)和模擬潛在潰決洪水非常重要。然而高海拔山區(qū)環(huán)境異常艱苦，很難對(duì)冰湖水深進(jìn)行全面和系統(tǒng)的實(shí)地測(cè)量。
為此，第二次青藏科考“亞洲水塔動(dòng)態(tài)變化與影響”任務(wù)“亞洲水塔變化及其廣域效應(yīng)”專題、中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所環(huán)境變化與多圈層過程團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了冰湖水深分布概念模型，可準(zhǔn)確估算冰湖水量、水深。其基本原理是冰湖體積-面積的冪律關(guān)系顯示冰湖的標(biāo)準(zhǔn)湖盆形狀應(yīng)近似于半球體或錐體。
圖1 冰湖水深分布概念模型與不同模型之間的連續(xù)過渡體
通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)全球冰湖測(cè)深數(shù)據(jù)，研究冰湖體積-面積和面積-最大深度經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，科研人員進(jìn)一步為冰壩湖、冰面湖、冰川末端接觸湖等5種不同類型冰湖定義了9種不同的概念模型。首先找到描述冰湖湖盆最適用的概念模型，再將其嵌套到實(shí)際的冰湖形狀中，估算得到湖盆內(nèi)任意點(diǎn)的水深。通過實(shí)測(cè)點(diǎn)與模擬點(diǎn)的對(duì)比評(píng)估，一致認(rèn)為基于幾何近似法構(gòu)建的冰湖水深分布概念模型具有較高適用性，從標(biāo)準(zhǔn)體嵌套到實(shí)際冰湖水深的過程中，產(chǎn)生的體積和水深誤差在±10%左右。
該研究構(gòu)建的冰湖水深分布模型對(duì)于理解冰湖的形成演化具有重要意義，有利于構(gòu)建冰川-冰湖相互作用模型。冰湖水深分布模型可促進(jìn)冰湖潰決洪水的全過程建模研究，如冰崩-涌浪-壩體侵蝕-下游洪水演進(jìn)的鏈?zhǔn)竭^程，提高模擬精度。
圖2 典型冰湖的水深分布模擬以及與實(shí)測(cè)水深的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)比較
上述研究成果以“A conceptual model for glacial lake bathymetric distribution”為題，近期在國(guó)際期刊《The Cryosphere》上發(fā)表。中國(guó)科學(xué)院青藏高原研究所與蘭州大學(xué)聯(lián)培博士生張?zhí)珓倿榈谝蛔髡撸鮽ヘ?cái)研究員為通訊作者，安寶晟正高級(jí)工程師為共同作者。該研究獲得第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究（2019QZKK0103）、中國(guó)科學(xué)院國(guó)際伙伴計(jì)劃（131C11KYSB20200029）等項(xiàng)目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.5194/tc-17-5137-2023