秦啟勇,李雪梅,2,3,郝建盛,張 博,李秋萍,龔志遠(yuǎn)

(1. 蘭州交通大學(xué) 測(cè)繪與地理信息學(xué)院, 甘肅 蘭州 730070; 2. 甘肅省地理國(guó)情監(jiān)測(cè)工程實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730070;3. 地理國(guó)情監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心, 甘肅 蘭州 730070; 4. 中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100101)

0 引言

雪崩是發(fā)生在高寒山區(qū)一種具有突發(fā)性、潛在性、運(yùn)動(dòng)速度快、破壞力巨大和難以預(yù)測(cè)等特點(diǎn)的重大自然災(zāi)害[1-3]。雪崩經(jīng)常造成交通廊道中斷、危害人民生命安全,從而嚴(yán)重阻礙山區(qū)人民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[4-6]。近10 a僅在亞洲高山區(qū)雪崩直接致死的人數(shù)超過1 500人,其中在我國(guó)天山、喜馬拉雅山、祁連山、橫斷山、崗日嘎布、念青唐古拉山等地區(qū)每年都會(huì)造成交通干線癱瘓和人員傷亡[7]。因此,在當(dāng)前冰雪消融加劇和極端降水不斷增加的背景下,雪崩災(zāi)害的預(yù)防和管理至關(guān)重要,雪崩危險(xiǎn)評(píng)估是雪崩災(zāi)害防治管理的有效手段,正確合理地對(duì)雪崩災(zāi)害進(jìn)行劃分與評(píng)估,對(duì)雪崩減災(zāi)策略的制定具有重要的指導(dǎo)意義。

天山山脈作為中亞最大的山系,位于中亞和中國(guó)西北部,全長(zhǎng)約2 500 km,其中約1 700 km在中國(guó)新疆維吾爾自治區(qū)(位于中國(guó)新疆的天山,簡(jiǎn)稱為中國(guó)天山),由于西風(fēng)環(huán)流和獨(dú)特地形的影響,寒冷季節(jié)降雪量豐富,雪崩災(zāi)害頻發(fā)[8-9]。穿越天山西部的高速公路經(jīng)常在每年的1月份和3月份發(fā)生雪崩災(zāi)害,造成道路癱瘓和死亡事件。為了對(duì)天山雪崩災(zāi)害進(jìn)行防治,許多研究者根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦蔚孛策M(jìn)行災(zāi)害預(yù)防、治理研究和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等研究。如ZHANG等[10]分析了雪崩發(fā)生地的地形,提出了設(shè)置警示牌的建議;姜逢清等[11]通過對(duì)天山積雪與雪崩研究站附近公路雪崩地段內(nèi)雪崩發(fā)生頻率、崩塌量及雪崩對(duì)道路的危害程度等資料,編制了雪崩危害道路圖;仇家琪等[12]揭示了雪崩的破壞力與雪深之間的關(guān)系,安裝了減少雪崩破壞力的設(shè)施來保護(hù)道路。HAO等[9]揭示了天山西部雪崩活動(dòng)的誘發(fā)因素特征以及雪崩釋放概率與雪崩誘發(fā)因素之間的定量關(guān)系。雖然前人關(guān)于天山雪崩已經(jīng)開展了多項(xiàng)研究,但缺乏對(duì)整個(gè)天山雪崩整體性的災(zāi)害評(píng)估和預(yù)防策略的制定。根據(jù)雪崩的危險(xiǎn)程度采取正確的措施,是制定或改進(jìn)雪崩危險(xiǎn)評(píng)估對(duì)雪崩活動(dòng)影響的先決條件。由于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的獲取涉及高風(fēng)險(xiǎn)、高成本和區(qū)域限制,中國(guó)天山高海拔地區(qū)的雪崩數(shù)據(jù)難以獲取,而遙感數(shù)據(jù)具有覆蓋面廣、時(shí)效性強(qiáng)和周期短等特點(diǎn),將遙感數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合是研究雪崩災(zāi)害評(píng)估的有效工具。

由于不同氣候區(qū)雪崩特征和類型的多樣性以及隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化性,雪崩危險(xiǎn)在空間和時(shí)間上都有明顯的差異。區(qū)域性雪崩危險(xiǎn)時(shí)空特征評(píng)估有助于山區(qū)土地利用規(guī)劃和雪崩災(zāi)害管理。空間上的雪崩危險(xiǎn)與雪崩形成有關(guān)的因素評(píng)估,是由其不同因素的危險(xiǎn)性疊加構(gòu)成的[5]。WASTL等[13]根據(jù)歷史雪崩數(shù)據(jù)評(píng)估了雪崩危險(xiǎn)性,并區(qū)分出危險(xiǎn)性高于公認(rèn)水平的雪崩危險(xiǎn)區(qū)域,在以后調(diào)查和規(guī)劃防護(hù)措施時(shí)優(yōu)先考慮。SCHWEIZER等[1]根據(jù)觀察的13 918次雪崩數(shù)據(jù)集量化了達(dá)沃斯地區(qū)雪崩發(fā)生和雪崩危險(xiǎn)程度之間的關(guān)系;HAO等[7]根據(jù)歷史雪崩數(shù)據(jù)評(píng)估了4種類型雪崩的風(fēng)險(xiǎn),量化了不同類型雪崩的危害并描述了其在大陸性雪氣候區(qū)隨時(shí)間的變化情況。在一個(gè)雪季中,由于積雪、土壤和氣象條件的變化,導(dǎo)致了在某一地區(qū)的不同時(shí)間內(nèi),雪崩危險(xiǎn)會(huì)隨著時(shí)間的推移而變化。由于對(duì)雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間變化缺乏了解,難以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間制定正確的雪崩管理措施。了解區(qū)域雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間的變化是改進(jìn)雪崩危害管理的前提,雖然現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)區(qū)域雪崩災(zāi)害的空間評(píng)估做了概述[1,7,9,11,13],但缺乏雪崩災(zāi)害隨時(shí)間的變化研究,對(duì)雪崩災(zāi)害的時(shí)間分布特征還沒有充分的科學(xué)認(rèn)識(shí)。

針對(duì)上述弊端,本研究將遙感數(shù)據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合,研究分析中國(guó)天山雪崩危險(xiǎn)在空間分布格局以及隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化特征,以期為天山雪崩的災(zāi)害防治管理提供科學(xué)依據(jù)和新的認(rèn)知。

1 研究區(qū)概況

中國(guó)天山橫亙于新疆中部,東西綿延1 760 km,南北寬250～350 km,占天山山系總長(zhǎng)度的2/3。中國(guó)天山山勢(shì)雄偉,山體平均海拔4 000 m,其中托木爾峰為天山山脈最高峰,海拔達(dá)7 435.3 m[14]。天山降水豐富從而成為中國(guó)積雪最豐富的地區(qū)之一[15]。豐富的降雪為該地區(qū)提供淡水資源的同時(shí),也為該地區(qū)雪崩的形成提供了一定的條件,給周圍村民生命、財(cái)產(chǎn)和交通等造成威脅[16]。1967年建成的天山積雪雪崩研究站(TSSAR)位于鞏乃斯河谷中,海拔1 776 m,年降水量880 mm,固態(tài)降水量占年降水量的30%左右[17],冬季平均雪深53 cm,最大雪深接近160 cm[18]。為了分析中國(guó)天山雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間的變化,將中國(guó)天山分為3個(gè)部分:Ⅰ天山北部、Ⅱ天山南部和Ⅲ天山東部[19-20],如圖1(a)所示。自中哈邊境起,天山東部從西向東為博格達(dá)山、巴里坤山、托木爾提以及哈爾里克山,占14.58%;天山北部從西向東分別為阿拉套山、科古琴山、博羅科努山、依連哈比爾尕山,還包括別珍套山、喀拉峻大草原(1 305～3 957 m)、烏孫山、伊犁河谷等,占39.23%,其中分水嶺高度在科古琴山,往東逐漸升高,到依連哈比爾尕山最高。天山南部從西到東分別為喀拉鐵克山、托木爾峰、汗騰格里峰、哈爾克他烏山、那拉提山、巴音布魯克草原、霍拉山,占46.19%,如圖1(b)所示。

圖1 研究區(qū)示意圖 Fig. 1 Schematic diagram of the study area

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 積雪和地形地貌數(shù)據(jù)

采用由美國(guó)國(guó)家冰雪產(chǎn)品數(shù)據(jù)中心提供的MODIS積雪產(chǎn)品和1979—2020年中國(guó)雪深長(zhǎng)時(shí)間序列數(shù)據(jù)集[21]。MOD10A2在新疆地區(qū)積雪識(shí)別的總體準(zhǔn)確度在87.5%～94.0%,能更好地反映天山積雪的真實(shí)情況[22],雪深數(shù)據(jù)來源于國(guó)家冰雪數(shù)據(jù)中心(NSIDC)的被動(dòng)微波亮溫?cái)?shù)據(jù),該數(shù)據(jù)集在中國(guó)具有較高的精度和較低的偏差,可以成功調(diào)查中國(guó)青藏高原、新疆和東北地區(qū)的雪深[23]。

地形數(shù)據(jù)采用由地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供的空間分辨率90 m的DEM數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)用于提取模型分析所需的地形參數(shù),地形條件是唯一不變的本質(zhì)性衡量雪崩形成的因子,地形條件的優(yōu)劣,往往關(guān)系到雪崩是否發(fā)生以及規(guī)模。為使積雪和地形數(shù)據(jù)相匹配,將數(shù)據(jù)重采樣至相同的空間分辨率。

2.2 研究方法

根據(jù)張廷軍等[24]積雪劃分標(biāo)準(zhǔn),將積雪分為穩(wěn)定積雪區(qū)和季節(jié)性積雪區(qū),穩(wěn)定積雪區(qū)又稱永久積雪區(qū),季節(jié)性積雪區(qū)是積雪具有明顯的季節(jié)變化(冬季形成,夏季消失)。統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)天山積雪在6月中旬—8月中旬積雪面積幾乎保持不變,因此對(duì)2000—2019年6月中旬—8月中旬積雪數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯運(yùn)算(由于受云影響,將每年6月中旬—8月中旬進(jìn)行與運(yùn)算,然后對(duì)近20 a數(shù)據(jù)進(jìn)行或運(yùn)算),得出季節(jié)性積雪區(qū)和穩(wěn)定積雪區(qū)。

在此基礎(chǔ)上,又將天山劃分為無、低、中、高和極高5個(gè)等級(jí)危險(xiǎn)雪崩區(qū),其中極高雪崩區(qū)為穩(wěn)定積雪區(qū),將季節(jié)性積雪區(qū)根據(jù)地形和雪深數(shù)據(jù)在GIS環(huán)境中運(yùn)用層次分析法整合。本研究沒有考慮氣象等動(dòng)態(tài)因素,因?yàn)闊o法得到研究區(qū)廣泛的氣象數(shù)據(jù),地形參數(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)沒有變化,而雪深數(shù)據(jù)是唯一隨時(shí)間變化的參數(shù),有利于分析雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間的變化。因此本研究考慮了海拔、坡度、坡向、曲率、地面覆蓋和雪深6個(gè)因素,根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)[25-26],權(quán)重和評(píng)級(jí)依據(jù)專家的主觀意見和基于層次分析法的客觀分析確定,分配給各因素的數(shù)值被稱為權(quán)重,分配給各類因素的數(shù)值被稱為評(píng)級(jí)或內(nèi)部權(quán)重,具體參數(shù)內(nèi)涵和對(duì)雪崩的貢獻(xiàn)如下:

海拔高度是影響雪崩活動(dòng)的一個(gè)重要參數(shù),因?yàn)檠┑貧庀髼l件隨海拔的變化而變化[27]。低海拔地區(qū)由于降雪量較少、森林茂密及溫度較高而不易發(fā)生雪崩,高海拔地區(qū)降雪量較高和森林覆蓋較少,更有利于引起雪崩。將DEM按500 m間隔劃分為6個(gè)等級(jí),并根據(jù)文獻(xiàn)對(duì)不同等級(jí)給予權(quán)重,34.96%的研究區(qū)位于2 000 m以下,這些地區(qū)不容易受到雪崩的影響,而其余65.04%的研究區(qū)更容易受到雪崩影響,其中海拔4 000 m以上被給予1～9等級(jí)中的最高等級(jí)9。

坡度是雪崩危險(xiǎn)劃分的一個(gè)重要參數(shù),天山雪崩發(fā)生在坡度為 29°～48°范圍內(nèi),平均坡度為37.2°,2/3的雪崩發(fā)生在坡度為36°～42°之間的斜坡上[9]。因此,研究區(qū)的坡度被劃分為5個(gè)等級(jí),即[0°,15°)、[15°,25°)、[25°,34°)、[34°、45°)、[45°,90°],其中[34°,45°)被給予1～9等級(jí)中的最高等級(jí)9。

坡向決定了斜坡是在陽光直射下還是在陰影下,太陽直射的斜坡比陰影斜坡更穩(wěn)定,經(jīng)過一段時(shí)間積雪的積累陰影斜坡變得不穩(wěn)定[28]。根據(jù)雪崩發(fā)生的數(shù)據(jù)[27,29],將坡向劃分為9個(gè)等級(jí),N和NE方向的山坡被認(rèn)為比其他山坡更容易發(fā)生雪崩,并被賦予最高等級(jí),占總研究區(qū)面積的29.7%。

雪深在雪崩的形成和分界中起著重要作用。當(dāng)雪深達(dá)到一定程度時(shí),斜坡上的積雪在重力作用下使其穩(wěn)定性低,雪崩就會(huì)被觸發(fā)。

本研究應(yīng)用層次分析法AHP(analytic hierarchy process, AHP)[30-33]評(píng)估雪崩危險(xiǎn),具體步驟如下:

1)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax;

2)一致性指標(biāo)IC使用式(1)進(jìn)行估計(jì):

IC=(λmax-n)/(n-1)

(1)

式中,IC表示一致性指標(biāo),如果IC<0.1說明比較矩陣是一致的,否則需要修改比較矩陣;λmax表示最大的特征值;n表示比較因子的個(gè)數(shù)。

3)計(jì)算一致性比率RC使用式(2)來評(píng)估調(diào)查的可靠性,具體說明如式(2):

RC=IC/IR

(2)

式中:RC表示一致性比率;IR采用文獻(xiàn)[34]中計(jì)算1 000次的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)的取值;RC<0.1時(shí)結(jié)果是充分和合理的;RC>0.1時(shí)結(jié)果需調(diào)整;RC=0.1時(shí)結(jié)果較合理。

4)利用式(3)對(duì)雪崩危害指數(shù)AHI(avalanche hazard index, AHI)進(jìn)行計(jì)算,如式(3):

(3)

式中:Ri表示分配給每個(gè)因素評(píng)級(jí);Wi表示參數(shù)的權(quán)重;n表示因素的總數(shù); AHI是雪崩危險(xiǎn)指數(shù)。AHI地圖被進(jìn)一步分為4個(gè)危險(xiǎn)等級(jí),即無危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)。

3 結(jié)果與討論

3.1 中國(guó)天山雪崩危險(xiǎn)的空間格局

整體上,中國(guó)天山穩(wěn)定積雪區(qū)和季節(jié)性積雪區(qū)分別占 6.4%和 93.6%,天山北部、天山南部和天山東部分別占研究區(qū)的39.23%、46.19%和14.58%,如圖1(b)、1(c)所示。采用AHP計(jì)算AHI并進(jìn)行歸一化,將AHI劃分為[0,0.26)、[0.26,0.33)、[0.33,0.4)、[0.4,1]共4個(gè)區(qū)間,分別為無危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū),其中無危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)分別占研究區(qū)69.38%、16.33%、6.5%、1.39%和6.4%,如圖2(a)、2(c)所示。天山北部雪崩危險(xiǎn)區(qū)主要分布在其北部和東部,主要包括阿拉套山、別珍套山、烏孫山、博羅科努山和依連哈比爾尕山等,其中極高和高雪崩危險(xiǎn)區(qū)主要位于別珍套山、博羅科努山和依連哈比爾尕山,無雪崩區(qū)主要位于伊犁河谷和喀拉嶺大草原,烏孫山是低雪崩風(fēng)險(xiǎn)區(qū),別珍套山、博羅科努山和依連哈比爾尕山低海拔區(qū)以低和中度危險(xiǎn)區(qū)為主;天山南部雪崩危險(xiǎn)區(qū)主要分布在其西部和中部,主要包括喀拉鐵克山、托木爾峰、汗騰格里峰、哈爾克他烏山、霍拉山等;天山東部雪崩危險(xiǎn)區(qū)主要分布在其西部和東部,主要包括博格達(dá)山、 巴里坤山和哈爾里克山及托木爾提峰等, 其中極高和高雪崩危險(xiǎn)區(qū)主要分布在博格達(dá)峰和托木爾提峰;其中天山北部季節(jié)性積雪區(qū)和穩(wěn)定積雪區(qū)分別占36.65%和2%,天山南部季節(jié)性積雪區(qū)和穩(wěn)定積雪區(qū)分別占42.78%和4.13%,天山東部季節(jié)性積雪區(qū)和穩(wěn)定積雪區(qū)分別占14.17%和0.27%,穩(wěn)定積雪區(qū)從高到低依次為天山南部、天山北部、天山東部。統(tǒng)計(jì)天山北部、天山南部和天山東部雪崩危險(xiǎn)比例可知,天山北部的雪崩危險(xiǎn)從低到極高分別占73.42%、11.5%、4.2%、0.88%和10%;天山南部的雪崩危險(xiǎn)從低到極高分別占60.64%、14.77%、6.44%、1.49%和16.66%;天山東部的雪崩危險(xiǎn)從低到極高分別占86%、7.87%、2.17%、0.12%和3.84%,如圖2(b)所示。

圖2 雪崩危險(xiǎn)分布Fig. 2 Avalanche hazard distribution diagram

3.2 中國(guó)天山雪崩危險(xiǎn)的年內(nèi)變化格局

整體上,雪崩危險(xiǎn)在雪季中呈現(xiàn)單一峰值模式,雪崩危險(xiǎn),在2月份達(dá)到峰值;其中11月份雪崩低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)分別占23.35%、7.17%和0.15%;12月份雪崩低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)分別占5.69%、10.8%、12.24%和1.94%;1月份雪崩低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)分別占3.83%、10.88%、13.65%和2.30%;2月份雪崩低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)分別占2.82%、8.61%、13.51%和5.73%;3月份雪崩低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)分別占5.68%、10.79%、12.21%和2%;4月雪崩低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)分別占17.74%、11.41%和1.52%(表1)。低危險(xiǎn)區(qū)比例從11—2月份逐漸減少,2—4月份逐漸增大;中危險(xiǎn)區(qū)比例11—1月份增加,1—2月份減少,2月份之后增加;高危險(xiǎn)區(qū)比例11—1月份逐漸增大,11—12月份增幅最大,12—1月份幅度較小,1—4月份減少,其中1—3月份減少幅度較小,3—4月份減小幅度較大;極高危險(xiǎn)區(qū)比例11—2月份增加,1—2月份增加幅度較大,2—4月份較少。以上分析得出不同等級(jí)雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間變化有顯著差異,分析研究區(qū)11—4月雪深發(fā)現(xiàn),雪季初期11—12月份雪深急劇增加,雪季中期1—2月份雪深增加緩慢,2月份雪深達(dá)到最大,雪季結(jié)束3—4月份雪深急劇下降。雪崩危害程度從1月份開始明顯增加,在2月份達(dá)到峰值,然后下降。由于陽光照射雪水滲入使積雪與地面摩擦力減小同時(shí)隨著雪深增加,斜坡上的積雪在重力作用下使其穩(wěn)定性降低,雪崩危害隨雪深的增加而增大,2月份雪深達(dá)峰值,雪崩危害也達(dá)峰值,導(dǎo)致2月份雪崩頻發(fā),高雪崩破壞和釋放頻率,使2月份成為雪崩危害最嚴(yán)重的時(shí)期。如2015年2月22日,距離積雪站143.32 km 的新疆維吾爾自治區(qū)塔城地區(qū)沙灣縣境內(nèi)發(fā)生地震,導(dǎo)致出現(xiàn)大規(guī)模雪崩,嚴(yán)重阻礙交通;2017年2月19—20日發(fā)生強(qiáng)降雪導(dǎo)致發(fā)生8處雪崩。因此,應(yīng)在2月份加強(qiáng)雪崩的預(yù)防和管理,將危險(xiǎn)的影響降到最低,發(fā)出早期警告,以防止災(zāi)難性后果。

表1 中國(guó)天山各區(qū)雪崩風(fēng)險(xiǎn)年內(nèi)變化Table 1 Changes of avalanche risk in each region over time within a year in Chinese Tianshan Mountains %

續(xù)表

3.2.1 中國(guó)天山北部雪崩危險(xiǎn)的年內(nèi)變化格局

從圖3展示天山北部11月份雪崩危險(xiǎn)最低,雪崩危險(xiǎn)值在0～0.4之間,12月份別珍套山、博羅科努山和依連哈比爾尕山雪崩危險(xiǎn)明顯增加,雪崩危險(xiǎn)值在0～0.7 之間,1—2月份雪崩危險(xiǎn)達(dá)到最大,3月份雪崩危險(xiǎn)開始降低,至4月份雪崩危險(xiǎn)在0～0.5之間,整體上從11—4月份,雪崩風(fēng)險(xiǎn)先逐漸增加后減小,在一個(gè)雪季中別珍套山、博羅科努山和依連哈比爾尕山雪崩危險(xiǎn)變化最明顯。從表1可以看出,11月份雪崩低危險(xiǎn)區(qū)域和中危險(xiǎn)區(qū)占22.64%和3.94%;12月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占4.61%、13.30%、8.61%和0.07%;1月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占2.32%、14.76%、9.27%和0.24%;2月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占0.9%、11.08%、13.39%和1.21%;3月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占4.59%、13.2%、8.68%和0.12%;4月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到高分別占16.7%、9.44%和0.44%。從圖4可以看出,低危險(xiǎn)區(qū)比例從11—2月份逐漸減小,其中11—12月份變化幅度最大,2—4月份逐漸增大;中危險(xiǎn)區(qū)比例11—1月份逐漸增加,1—2月份減小,2—3月份增加,3—4月份又減小;高危險(xiǎn)區(qū)比例從11—2月份逐漸增加,2月份達(dá)峰值;極高危險(xiǎn)區(qū)比例在2月份達(dá)峰值,低危險(xiǎn)區(qū)隨時(shí)間變化呈V型,高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)呈上凸單峰型且在2月份均達(dá)峰值。

圖3 研究區(qū)不同等級(jí)雪崩危險(xiǎn)程度的年內(nèi)分布Fig. 3 Intra-annual distribution of avalanche danger for different levels of the study area

圖4 中國(guó)天山各區(qū)域雪崩等級(jí)變化比例Fig. 4 Proportion of the change of avalanche grade in each region in Chinese Tianshan Mountains

3.2.2 中國(guó)天山南部雪崩危險(xiǎn)的年內(nèi)變化格局

圖3展示天山南部11月份雪崩危險(xiǎn)值在0～0.5之間,霍拉山和哈爾克他烏山在12月份雪崩危險(xiǎn)值高于托木爾峰和汗騰格里峰,托木爾峰和汗騰格里峰雪崩危險(xiǎn)值在1月份高于霍拉山和哈爾克他烏山,2月份托木爾峰、汗騰格里峰、哈爾克他烏山、霍拉山的雪崩危險(xiǎn)值達(dá)到最大,3月份托木爾峰和汗騰格里峰雪崩危險(xiǎn)值低于霍拉山和哈爾克他烏山,4月份雪崩危險(xiǎn)值在0～0.6之間,4月份雪崩危險(xiǎn)值高于11月份雪崩危險(xiǎn)值。從表1可以看出,11月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到高分別占26.87%、12.16%和0.33%;12月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占6.43%、10.04%、18.75%和4.14%;1月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占5.04%、8.67%、20.88%和4.77%;2月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占4.51%、7.24%、16.56%和11.05%;3月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到極高分別占6.43%、10.09%、18.63%和4.22%;4月份雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到高分別占19.81%、16.64%和2.91%。從圖4可以看出,低危險(xiǎn)區(qū)比例從11—2月逐漸減少,其中11—12月份變化幅度較大,2—4月份逐漸增加;中危險(xiǎn)區(qū)比例從11—2月份逐漸減少,2月份之后增加;高危險(xiǎn)區(qū)比例11—1月份呈增加,且11—12月份變化幅度較大,1—2月份和3—4月份呈減少;極高危險(xiǎn)區(qū)11—2月份均增加,且1—2月份增加幅度較大,2—4月份呈減少,綜上低危險(xiǎn)區(qū)和中危險(xiǎn)區(qū)呈V型,在2月份達(dá)最低值,高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)呈單峰型,分別在1月份和2月份達(dá)峰值。

3.2.3 中國(guó)天山東部雪崩危險(xiǎn)的年內(nèi)變化格局

從表1可以看出,隨著時(shí)間的變化雪崩危險(xiǎn)等級(jí)也在變化,11月份只有低危險(xiǎn)區(qū)占14%雪崩危險(xiǎn);12月份低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)和高危險(xiǎn)區(qū)分別占6.26%、6.46%和1.28%;1月份從低危險(xiǎn)區(qū)到高危險(xiǎn)區(qū)分別占4.09%、7.41%和2.51%;2月份出現(xiàn)極高危險(xiǎn)區(qū),雪崩危險(xiǎn)等級(jí)從低到高分別占2.66%、6.26%、4.10%和0.98%;3月雪崩危險(xiǎn)等級(jí)逐漸降低,從低到高分別占6.26%、6.46%和1.28%;4月份雪崩危險(xiǎn)低危險(xiǎn)區(qū)和中危險(xiǎn)區(qū)分別占13.96%和0.04%。從圖4展示天山東部低危險(xiǎn)區(qū)比例從11—2月份逐漸減少,2月份之后又逐漸增加;中危險(xiǎn)區(qū)從11—1月份逐漸增加,其中11—12月份增加幅度較大,1月份以后逐漸減少;高危險(xiǎn)區(qū)從11—2月份逐漸增加,2月份以后逐漸減小;而極高危險(xiǎn)區(qū)出現(xiàn)在2月份,綜上,不同雪崩危險(xiǎn)等級(jí)隨時(shí)間變化均呈單峰型,其中低危險(xiǎn)區(qū)呈先減后增,而其他均呈先增后減,高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)在2月份達(dá)到峰值,低危險(xiǎn)區(qū)在2月份達(dá)最低值,積雪深度變化與雪崩危害成正比,雪深越深,雪崩危害也越高。為了驗(yàn)證得到的結(jié)果是否可靠,選擇138次雪崩位置附近的11個(gè)像元(記錄的138次雪崩是雪崩沉積物的位置),記錄11—4月共66個(gè)像元雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間的變化,在一個(gè)雪季中雪崩危險(xiǎn)呈單峰型趨勢(shì),如圖5所示。HAO等[7]根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)研究了雪崩危險(xiǎn)指數(shù),整體結(jié)論與文中研究結(jié)果一致。

圖5 雪崩危險(xiǎn)指數(shù)隨時(shí)間的變化趨勢(shì)Fig. 5 Variation trend of avalanche risk index with time

綜上所述,不同雪崩危險(xiǎn)等級(jí)在積雪季呈現(xiàn)單一的峰值模式,其中低危險(xiǎn)區(qū)均呈V型,在2月份達(dá)最低值,天山東部和天山北部高危險(xiǎn)區(qū)在2月份達(dá)峰值,而在天山南部在1月份達(dá)峰值,極高危險(xiǎn)區(qū)均在2月份達(dá)峰值,危害指數(shù)越高,雪崩頻發(fā)和破壞越高。積雪季中期1—2月份雪深增加,2月份深度最大,隨著雪深增加,斜坡上的積雪在重力作用下使其穩(wěn)定性降低,天山區(qū)域在2月份雪崩高危險(xiǎn)和極高危險(xiǎn)占比較高,導(dǎo)致雪崩在2月份頻發(fā),成為雪崩危害最嚴(yán)重的時(shí)期。在積雪季內(nèi),本研究只考慮了積雪深度隨時(shí)間的變化,不同研究區(qū)不同等級(jí)雪崩危險(xiǎn)也會(huì)發(fā)生波動(dòng),導(dǎo)致不同研究區(qū)不同等級(jí)雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間變化。而氣候的變化會(huì)隨著時(shí)間的推移影響不同研究區(qū)不同等級(jí)的雪崩危險(xiǎn),從而改變雪崩危險(xiǎn)的時(shí)間規(guī)律,這將使我們更難規(guī)避雪崩風(fēng)險(xiǎn)。因此,評(píng)估氣候變化對(duì)區(qū)域雪崩危險(xiǎn)隨時(shí)間變化的影響將是我們下一步的工作。

4 結(jié)論

文中通過層次分析法將地形和雪深等參數(shù)在地理信息系統(tǒng)中整合構(gòu)建雪崩危險(xiǎn)評(píng)估體系,識(shí)別雪崩危險(xiǎn)區(qū),在此基礎(chǔ)上分析中國(guó)天山雪崩危險(xiǎn)在空間分布格局以及隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化特征,主要結(jié)論如下:

1) 將中國(guó)天山雪崩危險(xiǎn)劃分為5個(gè)等級(jí),69.38%、16.33%、6.5%、1.39%和6.4%分別處于無危險(xiǎn)區(qū)、低危險(xiǎn)區(qū)、中危險(xiǎn)區(qū)、高危險(xiǎn)區(qū)和極高危險(xiǎn)區(qū)。

2) 中國(guó)天山總體雪崩危險(xiǎn)度在一段時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)出單一的峰值模式。雪崩危害隨雪深的增加而增大,2月份雪深達(dá)峰值,雪崩危害也達(dá)峰值,導(dǎo)致2月份雪崩頻發(fā),高雪崩破壞和釋放頻率,使2月份成為雪崩危害最嚴(yán)重的時(shí)期,從分區(qū)看,極高危險(xiǎn)均在2月達(dá)峰值,而天山東部和天山北部高危險(xiǎn)區(qū)在2月份達(dá)峰值,天山南部在1月份達(dá)峰值。因此,應(yīng)在1—2月份加強(qiáng)雪崩的預(yù)防和管理。