雪崩

Encyclopédie environnement - avalanches - couverture

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  雪崩是指山坡上快速的雪流。从广义上讲,也可以是流动的其它物质;有时我们会讨论水下“雪崩”和石头“雪崩”。流动的动力是重力。雪崩的速度范围很广,从低速度(几米/秒)到接近自由落体的速度(超过30米/秒)。发生流动的高度也非常多变:从密集流高度的几米到稀释流的高度超过100米。覆盖的距离也非常多变:从小流量的几十米到几十万立方米体积大雪崩的几千米。

1.世界上的雪崩危险

  雪崩是山地区域的典型流动形式。只要地面坡度足够大(一般超过30°),且雪层厚度能够形成一定可移动的雪量,雪崩就能够被观测到。雪崩的威胁似乎远远低于其他自然灾害,如洪水或地震(约占全世界或西方国家产生损失的0.1%)。然而,鉴于它们在山区发生的频率和无处不在的特点,它们对所有的人类活动(运输、旅游、工业)、基础设施和城市化地区构成了严重的威胁。雪崩在法国平均每年会造成31人死亡。大多数受害者是在旅游活动中被雪崩带走的(主要是滑雪);在过去三十年中,雪崩很少会在路上或家中造成人员伤亡。上一次灾难发生在1999年的夏蒙尼,共有12人死亡。在阿富汗或巴基斯坦等欠发达国家发生雪崩时,高海拔区域的村庄受灾人数可能超过100人。

2.雪崩研究中的挑战

  关于雪崩的研究中主要有两个问题:

  第一个问题是雪崩的触发。研究这个问题的目的是确定在给定的雪和天气条件下,哪些地区可能是雪崩开始的地点。其触发的原因通常是积雪不稳定的结果(例如在大雪之后)。当积雪特别不稳定时,它也可能由于滑雪者的通过而意外形成,或者有目的地进行爆破造成(在滑雪场,以确保滑雪区域的安全)。因此,科学问题主要围绕着对未来短期内的现象进行预测。大多数受雪崩影响的西方国家都在冬季提供有关雪崩风险的每日资讯服务(这是法国气象局的任务之一)。

  第二个问题是关于雪崩的蔓延和停止。其目的是确定雪崩在特定地区能够蔓延多远,多频繁的大型雪崩才是可怕的,以及在阻止雪崩蔓延还有什么措施可以去尝试。这对于在雪崩威胁下的山区城市的城市化和建筑物规模来说都是一个非常重要的问题。大部分西方国家现在都有立法,根据所涉及的风险来监管建筑。在法国,这是风险预防计划的目标。虽然风险勘测是预防雪崩的一个重要因素,但还是不够的,因为构筑物能够建造在中等风险的区域,在这种情况下,通过土木工程措施(加固结构,停止或偏离大坝等)保护构筑物的安全是十分必要的。这是雪崩工程技术的目的。

3.雪崩产生的原因

  雪崩通常是根据其触发方式来研究和分类的。更好地了解其触发机制对于预测雪崩风险或培训登山者都是至关重要的。

  雪崩起始的地方通常有如下现象:连续的降雪形成了一个结构类似于拿破仑蛋糕的积雪层,其中的每一层都有可能构成一个滑动平面。降雪期间,近期降雪的重量可能超过低层雪的承重强度。积雪层的表面会以板块的形式断裂,因此被成为板块雪崩(plate avalanches)。确切的触发机制很复杂。目前大多数理论强调表面雪板和底层积雪之间的界面所起的作用:脆弱的雪层往往存在于那里,而它的崩溃将是触发雪崩的主要原因。滑雪者特别害怕的就是这种类型的雪崩,因为一个人的重量足以促使这个脆弱层的破裂,并在几秒钟内使大量的雪开始移动。虽然风促进了雪的运移和雪的粘结力,但在短期内(在几小时到几天的时间范围内),它通常是造成积雪不稳定的因素;然而,从长远来看(超过两到三天),雪的累积和强力的粘结力有利于增加积雪的稳定性。因此,风不是一个系统性的不稳定因素,它本身并不能解释由干雪组成的积雪层的不稳定性。

  并非所有的雪崩起始都必须以雪板(snow plate)的形式出现。当雪的粘结力较弱时,偶然也会出现雪崩:一小块雪移动并将其他雪块往下拖。随着雪崩的进展,它的宽度和体积都不断增长。这就是雪球效应(从中世纪旅行者的故事到丁丁在西藏,这些书中都有大量的将雪崩类比为一个巨大雪球的有趣描述)。

  有些雪崩在降雪很久之后才会发生。比如当积雪层因为降雨或者气温上升突然变得湿润。液态的水就出现了。由于它主要集中在雪晶之间的接触处,在表面张力的作用下,使雪具有一定的粘结力。在这个季节的早期,积雪层的夜间冷却导致了液态水的冻结。因此,冻融循环促成了雪粘结力的显著增加。低霜(甚至无霜)导致了液态水含量的增加。由于液态水过量,它成为了一个不利因素,从而在季节末形成雪的融化或春季雪崩。在某些情况下,液态水到达地面并润滑积雪的界面,使某些区域积雪的滑动速度显著增加。然后积雪会在地面局部破裂。如果这些裂缝不能恢复力的静态平衡,就会发生滑坡雪崩:整个积雪都开始滑动并崩解。我们讨论的是滑坡雪崩(landslide avalanche)。

4.雪崩的范围

环境百科全书-土壤-流动的雪崩
图1.流动的雪崩(1995年2月25日在萨瓦省佩塞楠克鲁瓦发生的雪崩)。

  照片传递了大量关于雪崩的信息,一部分雪崩冲向了兰奇的村舍,这有助于我们了解雪崩冲积的规模。这些信息反映了雪流的连续性:它不是一个紧凑的雪块在下降,而是通过形成一连串的“波浪”穿过早期的沉积层。这种类型的流动让人联想到火山岩浆的流动:缓慢(几米/秒),厚重(几米),非常粘稠。[图片来源:圣莫里斯堡,高山警队;PGHM Bourg-Saint-Maurice]雪流的形状是异常多样的。它部分受地形的影响。自然地形的坡度起着关键作用,因为重力是流动的驱动力:坡度越陡,潜在速度就越大。诸如雪的粘结程度或积雪层结构等可变因素对雪流的动态变化有很大影响。一旦雪崩开始,它可以继续裹挟更多的雪,特别是在陡峭斜坡和积雪层抵抗力不强的情况下。它还会导致环境空气变化,反过来促进雪的悬浮并形成雪云,这种云又称为气溶胶。

环境百科全书-土壤-气溶胶雪崩
图2.气溶胶雪崩(上阿尔卑斯省,Roux d’Abriès,2004年1月)。 这场雪崩是一场大雪后人为触发的。冰冷、干燥的雪迅速获得了很高的速度(几十米/秒)。它夹带大量空气,形成了几十米高的气溶胶。由于到达谷底时速度非常快,雪崩并没有扩散,反而沿着对面的斜坡上升。尽管速度很快,但它对树木造成的损害很小,因为悬浮在空气中的雪的密度很低(几kg/m3),因此冲击压力也很小(小于2kPa)。在图片中看不见的地方,还有一股密度更高的雪流,沿着坡度线移动,最终在河床上消逝。[图片来源:查韦·莫里斯]

  鉴于雪流的多样性,适合考虑两种理想形态:

  流动雪崩,一种运动轨迹与地形非常接近的密集的雪流(见图1)。

  气溶胶雪崩(aerosol avalanche),一种稀释的高速移动的雪流,其倾向于沿着较陡的坡度线移动(见图2)。

  大多数雪崩属于这两类中的一类。在某些情况下,它们同时具有这两类中的一些特征(有时称为混合雪崩)。

  流动雪崩的速度一般在5至25 米/秒的大范围内,有时能达到50 米/秒。其密度很高,在150至500 kg/m3之间。雪流高度一般在几米左右。当它们沿着地形移动,预测它们的轨迹是很简单的。复杂的是确定他们的停止过程中的停止速率和扩散的范围。大多数流动雪崩停在大于10°的斜坡上,但有些雪崩在平缓的斜坡(5°至10°之间)上能够移动很远的距离。气溶胶雪崩的速度很快,通常在60至100 米/秒之间。纯气溶胶是一团悬浮态的雪,其平均密度很低(几十kg/m3)。气溶胶的密度变化很大。事实上,在重力作用下,流向底部的颗粒物浓度更高。由于其超快的移动速度,气溶胶能够吸收大量周围环境中的空气,这使它能够大大增加自身高度,因此通常观察到的高度在10到100 m之间。气溶胶会从携带积雪,来抵消空气混合作用下的稀释。在没有限制的情况下,气溶胶持续扩张,直至自身失去动能。

 


译者:张洋           审校:崔岩山            责任编辑:胡玉娇

 


环境百科全书由环境和能源百科全书协会出版 (www.a3e.fr),该协会与格勒诺布尔阿尔卑斯大学和格勒诺布尔INP有合同关系,并由法国科学院赞助。

引用这篇文章: ANCEY Christophe (2022年9月4日), 雪崩, 环境百科全书,咨询于 2024年3月3日 [在线ISSN 2555-0950]网址: https://www.encyclopedie-environnement.org/zh/sol-zh/snow-avalanches/.

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