干旱区为何频发泥石流？科学家采用多源数据精准评估

近年来，随着全球气候变暖，极端天气事件频发，旱区降雨模式发生显著变化，短时强降雨事件明显增多，冰雪融水的增加使得旱区水文条件更为复杂，这些变化导致干旱地区泥石流的发生频率和规模持续增大，对当地居民的生命财产安全构成严重威胁。

传统泥石流监测手段如人工实地调查、现场设备监测等，往往面临着诸多挑战。人工调查不仅耗费大量的人力、物力，而且在一些偏远山区和交通不便的地区，数据采集难度极大。现场设备监测虽然能够提供较为精确的数据，但设备成本高，维护难度大，且只能覆盖有限的范围。在一些经济欠发达地区，很难大规模部署这些监测设备。因此，在偏远山区和广阔的干旱地区，获取准确的泥石流数据变得异常困难。

为了应对这些挑战，我们所（中国科学院成都山地灾害与环境研究所）的科研人员一直在探索新的技术和方法，以实现对旱区泥石流活动性进行大范围的快速定量评估。

近年来，卫星遥感技术和人工智能的发展为解决这一问题带来了新的希望。卫星遥感能够提供大面积的地表信息，而人工智能则在图像识别和数据分析方面展现出强大的能力，将两者结合起来，有望为干旱地区的泥石流预报预警提供一种高效、低成本的解决方案。

我们团队（崔鹏院士团队）便在这一领域取得了重要突破。我们开发了一种创新的泥石流评估方法，将卫星影像、数字高程模型（DEM）和AI图像识别技术有机结合。这种方法能够自动提取泥石流堆积扇和沟道的关键参数，为泥石流预报预警提供了全新的视角。

创新方法：当泥石流遇上人工智能

卫星影像和数字高程模型提供了丰富的地表信息，包括地形地貌、植被覆盖、水系分布等。AI图像识别则能够从这些海量数据中精准地识别出泥石流的沟道、扇体等特征信息。通过深度学习算法，AI可以学习泥石流活动的典型特征，从而在卫星影像中快速准确地定位高频泥石流易发区域。

在此基础上，我们团队构建了“规模-活动性复合指数（SAC）”，用于量化泥石流的活动程度。SAC指数综合考虑了泥石流的规模和频率两个方面，通过主成分分析方法将多个泥石流活动性关键参数（包括沟道数量、扇体大小、最大临界剪切应力和事件频率等）集成到一个指数中，能够全面反映泥石流的活动特征和潜在危害。

利用多源数据结合AI构建SAC指标模型示意图

（图片来源：中国科学院成都山地灾害与环境研究所）

实地验证：南天山的科学实验场

为了验证这种新方法的有效性，我们选择了新疆南天山干旱半干旱地区作为研究区域（面积达6751平方公里），具有典型的内陆山区特征，泥石流灾害频发，且地理环境复杂多样，是进行科学研究的理想场所。

根据SAC指数的空间分布，我们团队发现了南天山地区的泥石流活动性存在显著的区域差异。具体来说，南天山南部的泥石流活动性显著高于北部地区，这种差异与冰川分布有着密切的关系。南部地区冰川融化产生的大量融水，为泥石流的发生提供了充足的水源。这些融水与山区的松散物质相结合，在重力作用下形成泥石流，沿着沟道快速下泄，对下游地区构成严重威胁。

此外，研究还发现，在一些特定的气候和地形条件下，泥石流的活动性会进一步增强。例如，在暴雨天气下，大量的降水加速冰川融化，使得山区的水文条件更加复杂，泥石流的发生频率和规模都可能增大。而在一些地形陡峭、岩石破碎的区域，泥石流的破坏力也更为显著。

研究区域地质环境概览

（图片来源：中国科学院成都山地灾害与环境研究所）

应用价值：从实验室到防灾一线

这种基于卫星影像和AI技术的泥石流评估方法具有显著的优势和广阔的应用前景。

首先，该方法具有高效性和低成本的特点。卫星遥感能够快速覆盖大面积区域，获取丰富的地表信息。而AI技术的应用则大大提高了数据处理和分析的效率，能够在短时间内完成对大量数据的处理和解读。与传统的人工调查和仪器监测相比，这种方法不仅节省了大量的人力、物力和时间成本，还能够更及时地提供泥石流预警信息。

其次，这种方法具有很强的可推广性。卫星影像和数字高程模型等数据来源相对容易获取，且不受地理条件和人为因素的限制。因此，这种方法可以广泛应用于其他干旱地区，为当地的泥石流预警和防灾减灾工作提供技术支持。

在实际应用中，这种方法可以为灾害预测预警系统提供有力支持。通过定期获取卫星影像并进行分析，及时发现泥石流的潜在风险区域，并提前发出预警信息。同时，它还可以为防灾减灾决策提供科学依据，帮助相关部门制定合理的泥石流防治策略和措施。

泥石流规模与活动特征分布

（图片来源：中国科学院成都山地灾害与环境研究所）

结语：科技守护生命线

我们提出的这种结合卫星影像和AI技术的区域泥石流活动性评估方法，为干旱地区的泥石流预测预警提供了一种全新的解决方案。它不仅提高了泥石流活动性评估的效率和准确性，还降低了成本，具有广泛的应用前景。

在未来，随着卫星遥感技术和AI技术的不断发展和进步，我们有理由相信，这种技术将在灾害防控领域发挥更加重要的作用。它将帮助我们更好地应对气候变化带来的挑战，守护人民的生命财产安全。同时，这也提醒我们要更加关注前沿科技在实际应用中的转化和推广，让科技的力量真正惠及社会。

参考文献：

[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：科普中国

作者：杨飞 王姣 蒋祯妮（中国科学院成都山地灾害与环境研究所）

监制：中国科普博览