基于幾何近似法構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歷了快速形成和擴張。不穩定的壩體條件與圍岸環境對冰湖造成擾動，全球已累計報道超過3000起源自冰磧湖和冰壩湖的潰決洪水事件，對下游基礎設施和人類社區造成嚴重影響。詳細的冰湖水深調查對于評估冰湖風險和模擬潛在潰決洪水非常重要。然而高海拔山區環境異常艱苦，很難對冰湖水深進行全面和系統的實地測量。
為此，第二次青藏科考“亞洲水塔動態變化與影響”任務“亞洲水塔變化及其廣域效應”專題、中國科學院青藏高原研究所環境變化與多圈層過程團隊構建了冰湖水深分布概念模型，可準確估算冰湖水量、水深。其基本原理是冰湖體積-面積的冪律關系顯示冰湖的標準湖盆形狀應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過渡體
通過調查統計全球冰湖測深數據，研究冰湖體積-面積和面積-最大深度經驗關系，科研人員進一步為冰壩湖、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，再將其嵌套到實際的冰湖形狀中，估算得到湖盆內任意點的水深。通過實測點與模擬點的對比評估，一致認為基于幾何近似法構建的冰湖水深分布概念模型具有較高適用性，從標準體嵌套到實際冰湖水深的過程中，產生的體積和水深誤差在±10%左右。
該研究構建的冰湖水深分布模型對于理解冰湖的形成演化具有重要意義，有利于構建冰川-冰湖相互作用模型。冰湖水深分布模型可促進冰湖潰決洪水的全過程建模研究，如冰崩-涌浪-壩體侵蝕-下游洪水演進的鏈式過程，提高模擬精度。
圖2 典型冰湖的水深分布模擬以及與實測水深的點對點比較
上述研究成果以“A conceptual model for glacial lake bathymetric distribution”為題，近期在國際期刊《The Cryosphere》上發表。中國科學院青藏高原研究所與蘭州大學聯培博士生張太剛為第一作者，王偉財研究員為通訊作者，安寶晟正高級工程師為共同作者。該研究獲得第二次青藏高原綜合科學考察研究（2019QZKK0103）、中國科學院國際伙伴計劃（131C11KYSB20200029）等項目的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.5194/tc-17-5137-2023