加州大学伯克利分校 凌晨3点，一场浅层滑坡演变成泥石流，卷走了加利福尼亚州索萨利托的一所房子
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在二月
14, 2019
一名妇女被埋在她家的废墟中，但只受了点轻伤
信用:索萨利托市 山体滑坡的威胁再次出现在新闻中，因为加州的冬季暴雨威胁着被大火烧毁的山坡，并带来致命的泥石流，冲进房屋，淹没道路
研究人员称，加州大学伯克利分校并不需要野火就能揭示滑坡的危险
使用机载激光测图的航空勘测——激光雷达(光探测和测距)——可以提供关于地形和植被的非常详细的信息，使科学家能够确定在预期的暴雨期间哪些滑坡易发区可能会坍塌
这对于预测浅层滑坡(仅涉及土壤覆盖层的滑坡)在下坡时移动和转化为破坏性泥石流的位置尤为重要
他们说，问题在于，这些信息还不能帮助预测山体滑坡的规模和潜在危险，这意味着疏散的目标人群可能比真正受到大规模滑坡和泥石流威胁的人群多得多
在本周发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇新论文中，科学家、加州大学伯克利分校的地质学家威廉·迪特里希和项目科学家迪诺·贝卢吉报告了他们根据滑坡的可能大小和潜在危险来标记滑坡易发区的最新尝试，希望能有更精确的预测
他们的模型考虑了山坡的物理方面——陡度、保持坡度的根结构和土壤成分——以及水顺坡流入土壤时遵循的路径
然而，尽管该模型在识别容易发生更大和潜在更危险的滑坡的区域方面更好，但研究人员发现了影响滑坡大小的因素，这些因素不容易从航空数据中确定，必须从地面进行评估——如果人们关心整个加利福尼亚州，这就是阿达·英特任务
关键的未知数是地下土壤和下面的基岩是什么样的，以及过去的滑坡对地面条件的影响
加州大学伯克利分校地球和行星科学教授迪特里希说:“我们的研究突出了过度预测的问题:我们有成功预测确实发生过的滑坡位置的模型，但它们最终预测了许多没有发生的地方，因为我们对地下一无所知。”
“我们的新发现特别指出，山坡物质的空间结构——土壤深度、根系强度、渗透性和整个山坡的可变性——在大小和分布中起着作用，因此也在危害本身中起着作用
我们正在碰壁——如果我们想在滑坡预测方面取得更大的进展，试图指明滑坡将在哪里、何时发生以及有多大，我们必须拥有很难获得但很重要的知识
" 目标疏散的关键模型 迪特里希和其他人几十年的研究已经产生了预测模型，预测在什么地方和什么样的降雨条件下斜坡会失效，这种模型在世界范围内与天气预测模型一起使用，以确定在即将到来的风暴中可能遭受滑坡的区域，并警告居民
但是，这些由所谓的“经验降雨阈值”触发的模型是保守的，政府机构通常最终会发布大面积的疏散警告，以保护生命和财产
迪特里希是埃尔河临界区观测站的负责人，该观测站是一个历时十年的项目，旨在分析水是如何从树冠层穿过土壤和基岩进入溪流的。迪特里希正试图改进基于斜坡物理的滑坡规模预测模型
使用激光雷达的机载激光成像不仅可以提供植被的亚米级细节，还可以提供植被下的地面细节，从而可以精确测量坡度，并很好地估计坡度上的植被类型
2017年2月一场暴雨后的山坡航拍照片，这场暴雨在16平方公里(6
4平方英里)地区，位于加利福尼亚州威廉姆斯西部的丘陵地带
在图像中，风景从左向右向下倾斜
每个疤痕的较深棕色上坡部分是滑坡，而较浅色调的下坡部分记录了滑坡在泥石流时移动的路径，在泥地中局部冲刷和掩埋草地
左下角的比例尺有11米(36英尺)长
信用:国家航空激光测绘中心 他说，暴雨期间斜坡会坍塌，因为土壤中的水压——孔隙压力——会将土壤颗粒推开，使它们具有浮力
浮力降低了保持土壤颗粒抵抗重力的摩擦力，一旦滑梯的质量足以折断保持土壤的根部，斜坡就会坍塌
浅层滑坡可能只涉及土壤的顶部，或者冲刷到基岩，将下面的所有东西推下山坡，产生致命的泥石流，每秒钟可达几米
太平洋沿岸每年都会下雨，房屋被冲走，大量的山体滑坡导致生命损失，尽管这种威胁是全球性的
正如两年前索萨利托的一次滑坡所表明的那样，滑坡可以产生于上坡一小段距离，并在撞击房屋之前以每秒米的泥石流速度移动
迪特里希说，最初滑坡的大小将影响水流的深度和速度，以及它向下坡进入峡谷的距离
通过早期的计算机模型，迪特里希和他的同事能够更精确地确定山坡上可能发生山体滑坡的地方
例如，在2015年，贝鲁奇和迪特里希使用他们的计算机模型，在一系列滑坡引发的暴雨期间，仅基于这些物理测量，预测了俄勒冈州库斯湾一个研究充分的山坡上的浅层滑坡
这些模型使用激光雷达数据来计算陡度，以及水将如何流向下坡并影响斜坡内的孔隙压力；该地区降雨的季节性历史，这有助于评估有多少地下水；和根强度的估计
在这篇新论文中，英国泰恩河畔纽卡斯尔大学的贝鲁奇和大卫·米尔边缘在两个非常不同的景观上测试了滑坡预测模型:俄勒冈州的一个非常陡峭、蚀刻很深、被森林覆盖的山坡，以及英格兰著名的湖区的一个平滑、长满草、坡度平缓的冰川谷
令人惊讶的是，他们发现小规模和大规模的浅层滑坡在两种地貌上的分布非常相似，如果他们考虑到一个额外的信息，即山坡强度在这些山坡上的可变性，就可以预测出这种分布
他们发现，如果土壤强度、根系强度和孔隙压力等条件在短距离内变化不充分，小滑坡会变成大滑坡
从本质上来说，小滑坡可以在斜坡上传播，并通过连接孤立的易滑坡区域而变得更大，即使它们被更坚固的斜坡分隔开
“这些易受浅层滑坡影响的区域，即使你能够定义它们，如果彼此足够接近，也可能会结合在一起
然后你可能会有一个大滑坡，包括一些强度低的小块，”贝鲁奇说
“这些强度较低的斑块可能被强度较大的区域分隔开——它们可能被茂密的森林覆盖，或者不那么陡峭或干燥——但如果它们没有被很好地分隔开，那么这些区域可能会结合在一起，形成巨大的滑坡
" 迪特里希补充说:“在山坡上，有树木和地形，我们可以看到它们并量化它们。”
“但是，从地表开始，一直到地下，我们需要的模型有很多，我们现在无法在大范围内量化:土壤深度和根系强度的空间变化，以及地下水流动的影响，地下水流动可能从下面的基岩中出现，并影响土壤孔隙压力
" 迪特里希说，在整个斜坡上获取如此详细的信息是一项艰巨的任务
在俄勒冈和湖区的斜坡上，研究人员步行或扫描整个地区，绘制植被、土壤成分和深度图，一米一米地通过滑道，然后费力地估计根部强度，所有这些对大多数斜坡来说都是不切实际的
迪特里希说:“这表明，为了预测滑坡的大小和大小分布，我们有一个很难跨越的重要障碍——但我们需要——它能够表征地下物质的性质。”
迪诺的论文说地下空间结构很重要
" 例如，研究人员先前的实地研究发现，断裂的基岩会导致局部地下水流，破坏原本稳定的斜坡，这是航空勘测无法观察到的
他们敦促对陡峭的山坡进行更深入的研究，以便能够预测这些地下特征
这可能包括更多的钻探、安装水文监测设备和应用其他地球物理工具，包括圆锥贯入仪，它可以用来绘制易受破坏的土壤
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