干旱區為何頻發泥石流？科學家采用多源數據精準評估

近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣事件頻發，旱區降雨模式發生顯著變化，短時強降雨事件明顯增多，冰雪融水的增加使得旱區水文條件更為復雜，這些變化導致干旱地區泥石流的發生頻率和規模持續增大，對當地居民的生命財產安全構成嚴重威脅。

傳統泥石流監測手段如人工實地調查、現場設備監測等，往往面臨著諸多挑戰。人工調查不僅耗費大量的人力、物力，而且在一些偏遠山區和交通不便的地區，數據采集難度極大。現場設備監測雖然能夠提供較為精確的數據，但設備成本高，維護難度大，且只能覆蓋有限的范圍。在一些經濟欠發達地區，很難大規模部署這些監測設備。因此，在偏遠山區和廣闊的干旱地區，獲取準確的泥石流數據變得異常困難。

為了應對這些挑戰，我們所（中國科學院成都山地災害與環境研究所）的科研人員一直在探索新的技術和方法，以實現對旱區泥石流活動性進行大范圍的快速定量評估。

近年來，衛星遙感技術和人工智能的發展為解決這一問題帶來了新的希望。衛星遙感能夠提供大面積的地表信息，而人工智能則在圖像識別和數據分析方面展現出強大的能力，將兩者結合起來，有望為干旱地區的泥石流預報預警提供一種高效、低成本的解決方案。

我們團隊（崔鵬院士團隊）便在這一領域取得了重要突破。我們開發了一種創新的泥石流評估方法，將衛星影像、數字高程模型（DEM）和AI圖像識別技術有機結合。這種方法能夠自動提取泥石流堆積扇和溝道的關鍵參數，為泥石流預報預警提供了全新的視角。

創新方法：當泥石流遇上人工智能

衛星影像和數字高程模型提供了豐富的地表信息，包括地形地貌、植被覆蓋、水系分布等。AI圖像識別則能夠從這些海量數據中精準地識別出泥石流的溝道、扇體等特征信息。通過深度學習算法，AI可以學習泥石流活動的典型特征，從而在衛星影像中快速準確地定位高頻泥石流易發區域。

在此基礎上，我們團隊構建了“規模-活動性復合指數（SAC）”，用于量化泥石流的活動程度。SAC指數綜合考慮了泥石流的規模和頻率兩個方面，通過主成分分析方法將多個泥石流活動性關鍵參數（包括溝道數量、扇體大小、最大臨界剪切應力和事件頻率等）集成到一個指數中，能夠全面反映泥石流的活動特征和潛在危害。

利用多源數據結合AI構建SAC指標模型示意圖

（圖片來源：中國科學院成都山地災害與環境研究所）

實地驗證：南天山的科學實驗場

為了驗證這種新方法的有效性，我們選擇了新疆南天山干旱半干旱地區作為研究區域（面積達6751平方公里），具有典型的內陸山區特征，泥石流災害頻發，且地理環境復雜多樣，是進行科學研究的理想場所。

根據SAC指數的空間分布，我們團隊發現了南天山地區的泥石流活動性存在顯著的區域差異。具體來說，南天山南部的泥石流活動性顯著高于北部地區，這種差異與冰川分布有著密切的關系。南部地區冰川融化產生的大量融水，為泥石流的發生提供了充足的水源。這些融水與山區的松散物質相結合，在重力作用下形成泥石流，沿著溝道快速下泄，對下游地區構成嚴重威脅。

此外，研究還發現，在一些特定的氣候和地形條件下，泥石流的活動性會進一步增強。例如，在暴雨天氣下，大量的降水加速冰川融化，使得山區的水文條件更加復雜，泥石流的發生頻率和規模都可能增大。而在一些地形陡峭、巖石破碎的區域，泥石流的破壞力也更為顯著。

研究區域地質環境概覽

（圖片來源：中國科學院成都山地災害與環境研究所）

應用價值：從實驗室到防災一線

這種基于衛星影像和AI技術的泥石流評估方法具有顯著的優勢和廣闊的應用前景。

首先，該方法具有高效性和低成本的特點。衛星遙感能夠快速覆蓋大面積區域，獲取豐富的地表信息。而AI技術的應用則大大提高了數據處理和分析的效率，能夠在短時間內完成對大量數據的處理和解讀。與傳統的人工調查和儀器監測相比，這種方法不僅節省了大量的人力、物力和時間成本，還能夠更及時地提供泥石流預警信息。

其次，這種方法具有很強的可推廣性。衛星影像和數字高程模型等數據來源相對容易獲取，且不受地理條件和人為因素的限制。因此，這種方法可以廣泛應用于其他干旱地區，為當地的泥石流預警和防災減災工作提供技術支持。

在實際應用中，這種方法可以為災害預測預警系統提供有力支持。通過定期獲取衛星影像并進行分析，及時發現泥石流的潛在風險區域，并提前發出預警信息。同時，它還可以為防災減災決策提供科學依據，幫助相關部門制定合理的泥石流防治策略和措施。

泥石流規模與活動特征分布

（圖片來源：中國科學院成都山地災害與環境研究所）

結語：科技守護生命線

我們提出的這種結合衛星影像和AI技術的區域泥石流活動性評估方法，為干旱地區的泥石流預測預警提供了一種全新的解決方案。它不僅提高了泥石流活動性評估的效率和準確性，還降低了成本，具有廣泛的應用前景。

在未來，隨著衛星遙感技術和AI技術的不斷發展和進步，我們有理由相信，這種技術將在災害防控領域發揮更加重要的作用。它將幫助我們更好地應對氣候變化帶來的挑戰，守護人民的生命財產安全。同時，這也提醒我們要更加關注前沿科技在實際應用中的轉化和推廣，讓科技的力量真正惠及社會。

參考文獻：

[1] Jiang Z, Wang J, Zhang G, et al. An innovative approach to evaluate debris flow scale-activity across diverse aridity zones: Fusion of image recognition and geomorphometric analysis [J]. Catena, 2025, 250

出品：科普中國

作者：楊飛 王姣 蔣禎妮（中國科學院成都山地災害與環境研究所）

監制：中國科普博覽