雪崩到底有多可怕？如何應對積雪雪崩？

　　來源：科學大院

　　玄奘法師的《大唐西域記》卷一中道：「山谷積雪，春夏含凍，由此路著，不得赭衣持瓠大叫。微有違犯，災禍立見」，這是玄奘途徑天山地區結木扎特河谷的一段見聞。禍從何來？ 古人以為驚擾沉睡的天神以致天神盛怒而降禍於此，實際上，就是讓高寒山區的人們談而色變、號稱「白色妖魔」的雪崩作祟。

　　雪崩有多可怕？

　　雪崩是一種常發生於積雪覆蓋山區的自然現象，它是山坡大量積雪為重力驅動傾瀉而下形成的，具有很強的突發性和破壞性。大部分人或許從未涉足於雪山之中，即使進入雪山也很少會直面雪崩，因此很難感受它的氣息。當然，從典籍和影視作品中，我們依然可以感受它那令人窒息的強大威力。

　　相關資料記載，1970年秘魯的大雪崩在不到3分鐘時間裡飛奔了14.5公里路程，速度達到每秒平均近90米。要知道，十二級颱風的風速也不過每秒32.5米。可以想像，當雪崩奔騰而下時，將產生猶如原子彈爆炸一樣的強大衝擊波，山崩地裂、萬物消匿。秒速為40~50米的雪崩能使受衝擊物體表面每平方米承受大約40~50噸的力量，足以使沿途樹木、房屋等瞬間變成碎片。圖1顯示的就是積雪正以時速80公里的速度狂瀉而下。

圖1 雪崩狂泄而下 圖/英國《每日郵報》

　　新疆的阿勒泰山、天山和昆崙山地區的交通和公共設施均受到雪崩的嚴重威脅。每年冬季和春季，貫通新疆南北的G217和貫通新疆東西的G218這兩條經濟命脈時常因雪崩導致交通中斷。地處喀喇昆崙山的中巴公路，由於雪崩災害導致每年只有5月到11月才能保持正常通行。此外，與新疆諸山脈相連通的帕米爾高原西側地區也飽受雪崩帶來的切膚之痛。

　　據報道，2012年4月7日，巴基斯坦發生嚴重雪崩，導致135人被埋。2015年3月初，阿富汗地區連續發生大規模雪崩，造成至少300人死亡，聯合國宣布為雪崩罹難者哀悼三日。2017年2月6日，阿富汗再次遭遇嚴重的雪崩災害，由區域強降雪誘發的雪崩導致該國交通網路癱瘓，使受到雪崩襲擊的人們無法得到及時救援，最終造成超過200人死亡，其中在努爾斯坦省的一個村子被雪崩掩埋導致最少50人死亡。2017年2月18日，哈薩克南部發生的雪崩又造成23人遇難。

　　新疆地區是「絲綢之路經濟帶」的核心區域之一，巴基斯坦、阿富汗以及哈薩克等中亞國家也均為「絲綢之路經濟帶」倡議中的重要樞紐，由此可見，雪崩災害嚴重阻礙了新疆經濟可持續發展，並對「絲綢之路經濟帶」的建設和可持續發展產生明顯負面影響。

圖2 雪崩阻斷G218並阻擋行駛車輛和人群

圖3  G217工程車輛清理雪崩發生後沉積於道路的積雪

　　導致新疆雪崩的兩大主因

　　在科技部科技基礎資源調查專項課題「中國典型積雪區積雪特性地面調查」以及中國科學院科技服務網路計劃項目「中巴經濟走廊自然災害風險評估與減災對策」的支持下，中國科學院新疆生態與地理研究所李蘭海研究員團隊完成了中天山環線的積雪特性及分布調查和對中巴經濟走廊的雪崩災害評估。

　　結果發現，我國天山西部地區的雪崩多發生在坡度28°~45°的積雪山區，其中48%的雪崩發生在坡度36°~40°的地區。導致雪崩的外界因素有很多，降雪、地震、大風、溫度劇增，甚至是汽車鳴笛、動物踩踏、滾石等都有可能導致災害發生。研究認為，誘發雪崩的兩大主因是強降雪天氣和氣溫劇升過程，49%的雪崩由強降雪誘發形成，27%的雪崩由春季溫度劇升引起的，剩下24%的雪崩由地震、大風等其他因素誘發而成。當72小時內降雪量超過20.4mm（新雪積累厚度超過大約32cm）該區域就有可能誘發大規模雪崩。溫度升高引起的雪崩主要發生在2月下旬到3月下旬，雪崩發生日的日平均溫度為0.5℃左右，同時發生日的前三天內溫度通常持續增加。

　　從11月到翌年2月低，溫度逐漸下降，雪深逐漸增加，這導致積雪自身的壓實，積雪本身力學強度也呈現遞增態勢。進入3月份後氣溫回升，表面積雪開始融化成水並下滲，自由水會導致積雪原有緻密結構解體，從而降低積雪本身的力學強度。也就是說，積雪也具有生命周期，經歷稚嫩的少年、強壯的中年、鬆散的老年，中年期積雪最穩定，在少年和老年期容易受外界因素干擾。天山西部地區的強降雪主要集中在12月到翌年1月，溫度劇升主要發生在3月份。這兩個時間段積雪的力學強度相對較弱，使得大規模雪崩發生的頻率呈現高-低-高的雙峰狀。第一個峰值出現在12月下旬，第二個波峰出現3月上旬。波谷則出現在2月初，該時間段雪崩發生的次數最小。這也就意味著在12月下旬和3月上旬需要重點防範雪崩的發生。

圖4 G218在2011-2016年雪崩發生相對頻率分布圖

　　雪崩的類型

　　雪崩的釋放過程通常經歷三個階段：首先，在一定的積雪條件下，外界因素導致部分雪層剪切斷裂、錯位，讓脆弱的積雪出現了小傷痕；然後，這種小傷痕會「感染」周邊的雪層，傷痕逐漸擴大，使得周圍雪層也發生錯位；最後，山坡上的積雪猶如多米諾骨牌一樣不斷塌裂，在平靜的山坡上形成一塊傷疤，傷疤最終脫落，雪崩也傾瀉而下。

　　雪崩類型根據積雪的物理特性和雪層的斷裂位置而定。根據積雪的含水量，可將雪崩分為干雪崩和濕雪崩。

　　當積雪含水率小於1%時，一般認為發生的是干雪崩。干雪崩發生時，由於積雪黏性較低，大量積雪顆粒在運動中互相碰撞，從而懸浮在空氣當中形成白色煙霧。因此，許多干雪崩發生時，伴隨著白色的滾滾濃煙。高速的煙霧會壓縮周圍的空氣，形成衝擊力強大氣浪，對樹木、房屋、公路基礎設施造成嚴重破壞。當氣浪的殺傷過後，真正的雪崩才尾隨而來，狂雪攜帶大量的枯木、碎石撲天蓋地而來。雪崩過後，恢復平靜，但放眼望去滿目狼藉。這類雪崩產生的沉積雪為粉末狀，密度在0.15~0.30g/cm3，雪晶體粒徑為0.5~3mm。

圖5 氣浪吹彎的樹木

圖6 雪崩發生後的殘骸

　　隨著溫度升高，積雪融化，融雪水會入滲到雪層中，使得雪層含水量增加。入滲的融雪水往往又容易再結凍成冰晶，改變積雪內部顆粒形狀。當含水率超過1%時，一般認為發生的是濕雪崩。濕雪崩主要發生在溫度升高階段，高溫誘發積雪表面局部產生坍塌，坍塌的積雪沿著斜坡滑落，速度不斷加快，沿途攜卷積雪逐漸形成雪球。因此，在雪崩發生前，往往在山坡上會出現大量的滾雪球。最終，積聚的大量滾雪球打破雪面的平靜下滑，從而引起雪崩。在下滑過程中，雪球的體積不斷增加，還會攜帶地表融化的泥土，以至於形成的塊狀雪崩沉積雪呈現多層構造，表層為土黃褐色，而內部為白色。濕雪崩的塊狀沉積雪是雪與冰晶、泥土的混合體，平均直徑為20~30cm，白色內層的直徑為5~10cm，密度為0.45~0.60g/cm3。濕雪崩由於含水率較高、密度較大、沿途夾帶泥土岩石等，破壞性高於干雪崩。過往車輛一旦遭遇，會產生致命後果。

圖7 2017年G218國道同一地點冬季發生的干雪崩和春季發生的濕雪崩

　　根據雪崩的雪層斷裂位置，還可將雪崩分為全層雪崩和表層雪崩。

　　全層雪崩的滑動面為地面，這種雪崩發生前底部積雪受到剪切破壞，一般由表層積雪融水下滲、降雨、地熱融化底部積雪等誘發形成。表層雪崩則指雪崩發生時積雪面之間出現相對滑動。山區的厚厚積雪其實不是鐵板一塊，而是由好多層性質不同的雪層構成。由於積雪自身的發育和壓實作用，往往在積雪中部會形成容易在外力作用下「受傷」的脆弱層。當在風、降雪等誘動下，脆弱層首先斷裂，導致上層積雪坍塌產生連鎖反應引起雪崩。在一個積雪周期內，由於氣溫和地溫的作用，積雪由干雪狀態演變成濕雪狀態，積雪內部結構也發生連續變化，導致首先發生的往往是全層干雪崩；隨著時間的推移，依次出現表層干雪崩、表層濕雪崩和全層濕雪崩。

　　如何應對積雪雪崩

　　區域雪崩威脅著我們的交通要道，大肆破壞基礎設施。尤其目前人類活動也逐漸向山區擴展，防治雪崩災害迫在眉睫。目前，我們結合衛星遙感技術和人工勘測，確定區域的雪崩頻發點和雪崩災害嚴重地區，為公路、鐵路和其他基礎設施的選線和建設提供參考從而規避雪崩嚴重地區。對於無法規避的雪崩受災點，我們通過建設防雪崩欄、導雪槽等工程設施盡量減少雪崩帶來的破壞和影響。

圖8 雪崩預警系統示意圖

　　在實際情況中，有些山區公路許多路段會暴露在雪崩頻發點之下，因此對雪崩發生的提前預警不失為減少雪崩傷害的一種有效的方法。目前，基於雪崩發生物理機理的預警系統也正在走嚮應用，在未來可讓人們提早預防雪崩的發生。中國科學院正在積極構建一套基於衛星遙感監測、地面積雪觀測和雪崩預警模型模擬的立體化雪崩預警和監測系統，為我國新疆地區和中亞地區的雪崩災害防治提供有效和可靠的技術力量。

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