殷志強(qiáng)，孟暉，連建發(fā)，趙無忌

1) 中國地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，北京，100081；2)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，北京，100029；3) 中國地質(zhì)大學(xué)(北京)，北京，100083

內(nèi)容提要：地質(zhì)災(zāi)害對(duì)氣候變化響應(yīng)關(guān)系是近年來研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn),文章以不同時(shí)間尺度的地質(zhì)災(zāi)害為研究對(duì)象,開展了不同時(shí)間尺度下地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素與氣候變化響應(yīng)關(guān)系研究，認(rèn)為氣候變化及氣候變化過程中的溫暖濕潤期與強(qiáng)降水期往往是地質(zhì)災(zāi)害的高群發(fā)期。主要取得了如下認(rèn)識(shí)：萬年與千年尺度上，黃河上游地區(qū)的5個(gè)滑坡集中發(fā)育期分別對(duì)應(yīng)于黃土高原馬蘭黃土中的兩層弱發(fā)育古土壤層L1-4和L1-2、末次冰期晚期/全新世過渡期、全新世適宜期和現(xiàn)代；百年尺度上，全國地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期響應(yīng)于中世紀(jì)暖期和19世紀(jì)晚期的季風(fēng)強(qiáng)盛期；十年尺度上，全國地質(zhì)災(zāi)害的群發(fā)期響應(yīng)于年均降水量；年際尺度上，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量與年累計(jì)極端降水量有很好的響應(yīng)關(guān)系，反映了氣候變化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的制約關(guān)系。月份尺度上，我國崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間主要集中在每年的雨季，地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)時(shí)段與各地的雨季具有較好的一致性。

我國是世界上地質(zhì)災(zāi)害危害最為嚴(yán)重的國家之一，僅中國大陸1640個(gè)山區(qū)丘陵縣(市)現(xiàn)有地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)達(dá)17×104處，地質(zhì)災(zāi)害隱患點(diǎn)近24×104處。這些地質(zhì)災(zāi)害點(diǎn)嚴(yán)重影響著山地丘陵區(qū)居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全，如2008年汶川地震誘發(fā)的大量滑坡、泥石流災(zāi)害，2009年重慶武隆雞尾山滑坡災(zāi)害，2010年的貴州關(guān)嶺滑坡與甘肅舟曲泥石流災(zāi)害，2011年廣西桂林市全州縣滑坡災(zāi)害，2012年新疆伊犁新源縣西溝滑坡災(zāi)害和2013年云南鎮(zhèn)雄山體滑坡、拉薩市墨竹工卡縣扎西崗鄉(xiāng)“3·29”滑坡災(zāi)害等均造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。如何減少地質(zhì)災(zāi)害造成的人員傷亡，降低災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失，是各級(jí)政府、專家學(xué)者、普通居民共同面臨的難題。

地質(zhì)災(zāi)害的形成因素分為背景因素和誘發(fā)因素兩類。背景因素主要包括滑坡、泥石流發(fā)生區(qū)的地形地貌、活動(dòng)構(gòu)造、水文地質(zhì)、巖土體性質(zhì)等，誘發(fā)因素主要包括氣候變化(溫度、降水)、地震和人類工程活動(dòng)等。其中背景因素對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的作用需要較長(zhǎng)時(shí)間尺度的演化來控制，筆者認(rèn)為其在一定的時(shí)間尺度內(nèi)是相對(duì)固定不變的。因此，在一定的地質(zhì)背景條件下，筆者將重點(diǎn)考慮地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的誘發(fā)因素。地震會(huì)誘發(fā)大量的滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害，但其觸發(fā)范圍往往沿地震斷裂帶展布，范圍有限，如2008年的汶川地震和2011年的玉樹地震，人類工程活動(dòng)誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害往往是小范圍和小規(guī)模的，唯有氣候變化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的影響面最廣泛，強(qiáng)降雨或持續(xù)降水時(shí)成為誘發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的主要因素，尤其是極端天氣氣候事件會(huì)誘發(fā)更大范圍危害更為嚴(yán)重的滑坡、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害。

地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生與氣候變化密切相關(guān)，是氣候變化引起地球表層系統(tǒng)調(diào)整的一種重要作用方式。氣候變化對(duì)滑坡發(fā)育機(jī)制的研究近年來受到各國科學(xué)家的重視，成為地質(zhì)災(zāi)害研究領(lǐng)域的重要科學(xué)問題(李建彪，2005；王令占等，2009；李曉等，2008；Burbank et al.，1996；張帆等，2007；Wang S J，2011)。氣候變化引起了地球表層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)調(diào)整，是滑坡災(zāi)害發(fā)生的外強(qiáng)迫因子，屬于外動(dòng)力作用，受氣候條件影響，滑坡災(zāi)害一方面隨降雨變化發(fā)生強(qiáng)弱交替的周期性變化，另一方面隨著近年來人類活動(dòng)的不斷增強(qiáng)，在強(qiáng)弱交替中滑坡活動(dòng)也呈不斷嚴(yán)重趨勢(shì)(陳劍等，2005)。為降低地質(zhì)災(zāi)害造成的損失，我國政府近年來投入了大量的人力、物力和財(cái)力，開展了地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查、監(jiān)測(cè)、預(yù)警、防治等基礎(chǔ)研究工作，筆者在國家地質(zhì)科研項(xiàng)目的支持下，分析了不同時(shí)間尺度上地質(zhì)災(zāi)害與氣候變化的響應(yīng)關(guān)系，厘清了氣候變化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害的誘發(fā)規(guī)律，旨在為我國山地丘陵區(qū)嚴(yán)重的地質(zhì)災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供技術(shù)支撐。

1 不同時(shí)間尺度下地質(zhì)災(zāi)害對(duì)氣候變化響應(yīng)研究

1.1 萬年與千年尺度

圖 1 黃河上游地貌特征及滑坡分布圖Fig. 1 The map of geomorphology and landslides distribution of the upper reaches of Yellow River

2008～2012年，筆者等利用電子自旋共振法(ESR)、光釋光法(OSL)和放射性碳同位素法(14C)在青藏高原東北緣的黃河上游地區(qū)開展了大量古滑坡(Ancient landslides)和老滑坡(Old landslides)的測(cè)年研究工作(殷志強(qiáng)等，2010，2013)，認(rèn)為距今125ka的晚更新世以來，黃河上游寺溝峽—拉干峽段在高原隆升和黃河侵蝕切割耦合作用下，至少有5次集中發(fā)育的特大型滑坡(Super large landslide)和巨型滑坡(Giant landslide)，時(shí)間上分別集中在53～49 ka BP、33～24ka BP、10～8ka BP、5～3.5ka BP和現(xiàn)代時(shí)期， 空間上以群科—尖扎盆地最為發(fā)育(圖1)。研究表明，這些滑坡的外動(dòng)力觸發(fā)因素和氣候變化密切相關(guān)，古氣候演化過程中引起降水量的多寡對(duì)區(qū)內(nèi)滑坡的形成發(fā)育具有強(qiáng)大的觸發(fā)作用，在基礎(chǔ)背景條件下誘發(fā)了滑坡的發(fā)生。研究表明在萬年與千年時(shí)間尺度上，氣候變化對(duì)滑坡發(fā)育具有顯著的觸發(fā)作用，是滑坡形成發(fā)育的外動(dòng)力誘發(fā)因子。

1.1.1 53～49 ka BP

青藏高原從58 ka BP的深海氧同位素3c階段開始，溫度快速升高(姚檀棟等，1997)。進(jìn)入末次冰期間冰階的異常高溫期(唐領(lǐng)余，2009)，降水量也隨之增大，高原的冰川融雪和降水對(duì)區(qū)內(nèi)黃河干流兩岸斜坡的侵蝕切割作用得到了空前加強(qiáng)，出現(xiàn)了500～700m的高陡邊坡，為特大型和巨型滑坡的發(fā)育提供了足夠的臨空基礎(chǔ)，在降雨事件和冰雪融水等動(dòng)力因素的觸發(fā)下，53～49 ka BP發(fā)生了一期古滑坡，時(shí)間上對(duì)應(yīng)于黃土—古土壤沉積的L1-4階段(Qin X G et al.，2008)(圖2)。

圖 2 黃河上游80ka以來滑坡發(fā)育年代與氣候變化曲線圖Fig.2 Landslide developmental age and their corresponding climate change curves since 80 ka BP of the reaches of Yellow River(a) 深海氧同位素曲線(Imbrie et al.,1990)；(b) 滑坡年代數(shù)據(jù)；(c) 古里雅冰芯曲線；S0 與S1分別為全新世古土壤和晚更新世古土壤層；L1-1、L1-3、L1-5為黃土地層；L1-2、L1-4為弱發(fā)育古土壤地層(a) Marine oxygen isotope curve; (b) Landslide chronology data; (c) Guliya ice core curve; S0 and S1 are the Holocene paleo-soil and Late Pleistocene soil layers respectively; L1-1， L1-3， L1-5 are the loess layers; L1-2 and L1-4 are the poorly developed soil layers

1.1.2 33～24ka BP

33～24 ka BP期間青藏高原呈現(xiàn)出氣候的異常溫暖濕潤，有人稱之為“高溫大降水期”或“很強(qiáng)的夏季風(fēng)事件” (施雅風(fēng)等，2002)，降水量明顯增多，古湖泊面積擴(kuò)大，達(dá)到了間冰期的程度，也對(duì)應(yīng)于黃土地層的L1-2弱暖期階段(Qin X G et al.，2008)。黃河干流的侵蝕切割作用又一次得到了加強(qiáng)，因此，在氣候的觸發(fā)作用下又發(fā)生了一期古滑坡，該期滑坡與前人在北美洲的阿根廷西北部地區(qū)滑坡群(Trauth and Strecher, 1999)、我國三峽庫區(qū)(陳劍等，2005)等地氣候變化對(duì)古滑坡形成發(fā)育的影響研究結(jié)果一致。

1.1.3 10～8ka BP

研究區(qū)和全球其他地區(qū)一樣在11 ka BP左右出現(xiàn)了新仙女木事件(Younger Dryas)，18O值降低，全球冰量增多(姚檀棟等，1997)。但在10.5ka BP冷事件結(jié)束后，青藏高原迅速升溫，進(jìn)入溫暖的全新世。隨著溫度升高，降水量和冰川融水迅速增加，黃河侵蝕切割速率得到了大幅度增強(qiáng)，期間，區(qū)內(nèi)普遍發(fā)育了一級(jí)氣候階地，同時(shí)，在溫暖潮濕的全新世早期區(qū)內(nèi)又發(fā)生了一次老滑坡，這一期滑坡事件在英國(Isben and Brunsden, 1997)、波蘭Carpathians(Alexandrowicz, 1993,1997)、西班牙Cantabrian(González et al., 1996)、瑞士(Gamper, 1993)、意大利Dolomites(Mauro et al., 2004)等地都有反映，指示這一期滑坡可能具有全球性。

1.1.4 5～3.5ka BP

5～3.5ka BP的全新世時(shí)期，研究區(qū)處于暖濕的氣候環(huán)境控制下。伴隨氣溫的整體升高以及短尺度的季風(fēng)氣候耦合，在降水的誘發(fā)作用下，一些古滑坡的前緣遭受岸坡侵蝕而發(fā)生解體，這期間高原再次進(jìn)入滑坡泥石流發(fā)育的高發(fā)期，巨型滑坡頻發(fā)，西部山谷區(qū)出現(xiàn)了多期老滑坡堵江形成堰塞湖的現(xiàn)象。和10～8ka BP這一期滑坡事件一樣，5～3.5ka BP的滑坡事件在英國、波蘭、西班牙、瑞士、意大利等地都有反映。

1.1.5 現(xiàn)代

研究區(qū)的現(xiàn)代滑坡多為短時(shí)強(qiáng)降雨、冰雪融水和凍融作用誘發(fā)，主要表現(xiàn)為已有滑坡的再解體或再滑動(dòng)，如1943年2月7日由于凍融作用誘發(fā)的黃河上游共和盆地的查納滑坡和2005年8月15日由于強(qiáng)降雨誘發(fā)的群科—尖扎盆地黃河右岸的爛泥灘滑坡。

圖 3 公元1290 年以來我國地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生頻數(shù)與夏季風(fēng)變化關(guān)系圖Fig.3 The relationship of geological disasters frequency and summer monsoon since AD 1290 in China

1.2 百年尺度

據(jù)黃長(zhǎng)生等(2002)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，公元1200～1950年的元朝至民國700多年間，我國各種史料記載的地質(zhì)災(zāi)害次數(shù)為359次。甘肅武都萬象洞溶洞的石筍記錄清晰記錄了公元950年以來的我國的夏季風(fēng)強(qiáng)弱變化(Zhang P Z et al., 2008)，研究發(fā)現(xiàn)，自公元1290年以來我國的7個(gè)地質(zhì)災(zāi)害集中發(fā)育期(公元1300～1330年、1530～1590年、1620～1640年、1700～1710年、1820～1850年、1880～1920年、1925～1930年)與夏季風(fēng)的強(qiáng)弱變化有較好的響應(yīng)關(guān)系(圖3)。因此，百年尺度上地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期響應(yīng)于夏季風(fēng)的強(qiáng)盛期。尤其是公元1300～1330年和1820～1850年兩個(gè)地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)育期間分別對(duì)應(yīng)于中世紀(jì)暖期和19世紀(jì)晚期的季風(fēng)強(qiáng)盛期。中世紀(jì)暖期(公元950～1340年)亞洲季風(fēng)增強(qiáng)，尤其是中世紀(jì)暖期后期夏季風(fēng)明顯增強(qiáng)，東南、西南季風(fēng)帶來的豐沛降水誘發(fā)了公元1300～1330年地質(zhì)災(zāi)害的集中發(fā)育。而在小冰期、晚元弱季風(fēng)期和晚明弱季風(fēng)期(Zhang P Z et al., 2008)，亞洲季風(fēng)帶來的降水少，氣候極端干旱，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量也相應(yīng)減少。

1.3 十年尺度

近50 a以來，我國地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間分布很不均勻，不同類型地質(zhì)災(zāi)害的時(shí)間變化規(guī)律也不同。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，公元1950～1997年的47 a間我國的崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害共有5個(gè)集中發(fā)育期，分別為公元1952～1954年、1958～1961年、1967～1973年、1980～1985年、1990～1996年，每個(gè)發(fā)育期的延續(xù)時(shí)間約為3～5a。且地質(zhì)災(zāi)害總數(shù)隨年份逐漸增多，各個(gè)集中發(fā)育期的災(zāi)害發(fā)生數(shù)量逐漸增多，這一趨勢(shì)與全國公元1951～2000年全國年降水量?有很好的響應(yīng)關(guān)系(圖4)，降水量大的年份往往是地質(zhì)災(zāi)害的多發(fā)年份，公元1949～2000年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害中，由強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨誘發(fā)的大型地質(zhì)災(zāi)害約占總數(shù)的75%。因此，從十年尺度上來看，全國地質(zhì)災(zāi)害的群發(fā)期響應(yīng)于年均降水量。

圖 4 我國公元1951～2000年地質(zhì)災(zāi)害頻次與年均降水量關(guān)系圖Fig.4 The relationship between geological disasters frequency and average annual rainfall in AD 1951～2000 in China

1.4 年際尺度

根據(jù)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，公元2001～2012年間，大陸因突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害累計(jì)死亡(失蹤)10595人，年均死亡(失蹤)883人；造成的直接經(jīng)濟(jì)損失累計(jì)487億元人民幣，年均約40.6億元???；特別是2010年，因地質(zhì)災(zāi)害造成的死亡(失蹤)人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失明顯高于其他年份(表1)。2001～2012年，我國地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量波動(dòng)較大，2006年發(fā)生數(shù)量最多，為102804起，其次為2002年。2006年，受“碧利斯”和“格美”臺(tái)風(fēng)帶來的強(qiáng)降水事件影響，該年發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量最多。2011年地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量較少，與該年的累積極端降水量為近12年來最低密切相關(guān)。2009年，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量較2008年有所下降，但2010年又出現(xiàn)嚴(yán)重反彈，可能原因是2010年是本世紀(jì)以來中國氣候最為異常的一年，極端降雨事件頻發(fā)，受此影響地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，災(zāi)情嚴(yán)重。例如，6月28日貴州省關(guān)嶺縣崗烏鎮(zhèn)大寨村受持續(xù)強(qiáng)降雨影響引發(fā)滑坡災(zāi)害，造成42人死亡、57人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失2860萬元；8月8日甘肅省舟曲縣受局地強(qiáng)降雨影響引發(fā)泥石流災(zāi)害，造成1501人死亡、264人失蹤；8月18日云南省貢山縣普拉底鄉(xiāng)受局地強(qiáng)降雨影響引發(fā)泥石流災(zāi)害，造成37人死亡、55人失蹤，直接經(jīng)濟(jì)損失1.4億元等。因此，在年際尺度上，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量的多寡與2001～2012年的累計(jì)極端降水量有很好的響應(yīng)關(guān)系???(圖5)。極端性天氣氣候事件誘發(fā)的強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨是誘發(fā)崩滑流災(zāi)害的主要因素(石菊松等，2012)，同時(shí)也反映了氣候變化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的制約關(guān)系。

表 1 我國地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)情多年對(duì)比Table 1 Comparison of geological hazards on numbers, casualties and property loss in past twelve years in China

圖 5 公元2000年以來中國大陸地質(zhì)災(zāi)害與累計(jì)極端降水量關(guān)系圖Fig. 5 The relationship between geological disasters and accumulated extreme annual precipitation since AD 2000 in China mainland

圖 6 我國地質(zhì)災(zāi)害數(shù)量與月降水量關(guān)系圖Fig. 6 The relationship of geological disasters and monthly rainfall in China

1.5 月際尺度

研究發(fā)現(xiàn)，在月份尺度上，我國崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間主要集中在每年的汛期(5～9月份)，占全年災(zāi)害發(fā)生總數(shù)的96%，其中主汛期(6～8月)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量占總數(shù)的86%。但各地略有差異，如東南沿海地區(qū)每年4～5月開始進(jìn)入雨季，之后是西南地區(qū)，再逐漸向內(nèi)陸推移，地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間規(guī)律與雨季的規(guī)律基本一致，東南沿海5月份進(jìn)入災(zāi)害高發(fā)期，西南地區(qū)6月份進(jìn)入，而內(nèi)陸地區(qū)7月份開始進(jìn)入災(zāi)害高發(fā)期。另外，西北地區(qū)由于冰川融化的作用，4～5月份泥石流和滑坡的發(fā)生率也相對(duì)較高。地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)空運(yùn)移規(guī)律與強(qiáng)降雨的運(yùn)移規(guī)律具有較好的相關(guān)性，一年內(nèi)，尤以7月份最為顯著(圖6)，每年7月份是我國降水量最多的月份，該月也是地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量最多的月份，約占全年的55%。因此，在一年內(nèi)，地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)時(shí)段與各地的雨季具有較好的一致性。

2 結(jié)論

文章開展了不同時(shí)間尺度下地質(zhì)災(zāi)害誘發(fā)因素與氣候變化響應(yīng)關(guān)系研究，主要取得了以下認(rèn)識(shí)，其將對(duì)地質(zhì)災(zāi)害科技防災(zāi)減災(zāi)具有一定意義。

(1)萬年與千年尺度上，晚更新世以來青藏高原東北緣的黃河上游地區(qū)古滑坡和老滑坡主要有5個(gè)集中發(fā)育期，分別為53～49ka BP、33～24 ka BP、10～8ka BP、5～3.5ka BP和現(xiàn)代，其主要發(fā)育于氣候變化的轉(zhuǎn)型期與溫暖濕潤期，如黃土高原馬蘭黃土中的兩層弱發(fā)育古土壤層L1-4和L1-2、末次冰期晚期/全新世過渡期和全新世適宜期。

(2)百年尺度上，全國地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)期響應(yīng)于亞洲夏季風(fēng)的強(qiáng)盛期，如1300～1330年和1820～1850年兩個(gè)地質(zhì)災(zāi)害高發(fā)育期分別響應(yīng)于中世紀(jì)暖期和19世紀(jì)晚期的季風(fēng)強(qiáng)盛期。

(3)十年尺度上，全國地質(zhì)災(zāi)害的群發(fā)期響應(yīng)于年均降水量，年均降水量高的年份地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量亦相應(yīng)增加。

(4)年際尺度上，2000年以來的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生數(shù)量與年累計(jì)極端降水量有很好的響應(yīng)關(guān)系。極端性天氣氣候事件引起的強(qiáng)降雨或連續(xù)降雨是誘發(fā)崩滑流災(zāi)害的主要因素，同時(shí)反映了氣候變化對(duì)地質(zhì)災(zāi)害發(fā)育的制約關(guān)系。

(5)月份尺度上，全國崩塌、滑坡、泥石流等突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生時(shí)間主要集中在每年的雨季，地質(zhì)災(zāi)害的高發(fā)時(shí)段與各地的雨季具有較好的一致性。

注釋/Notes

? 地質(zhì)礦產(chǎn)部.1998,1995～1998年全國地質(zhì)災(zāi)害通報(bào).

? 國土資源部.2000,1999～2000年國土資源綜合統(tǒng)計(jì)年報(bào).

? 國土資源部.2007,2001～2007年中國地質(zhì)環(huán)境公報(bào).

? 國土資源部.2012,2008～2012年全國地質(zhì)災(zāi)害通報(bào).

? 中國氣候基本要素?cái)?shù)據(jù).[http://ncc.cma.gov.cn/Website/index.php?ChannelID=3].

? 中國氣象局國家氣候中心氣候監(jiān)測(cè)與診斷數(shù)據(jù).[http://cmdp.ncc.cma.gov.cn/cn/monitoring.htm#basic].

? IPCC第四次氣候變化評(píng)估報(bào)告. 2007. [http://www.ipcc.ch].