Development of a Regional Landslide Forecast Model for Slowly Moving Landslides in the Western Canada Sedimentary Basin

大地的挤压：为什么地面会移动以及我们如何预测它

想象一下，我们脚下的土地并不像岩石那样坚硬，而更像是一个巨大的、慢动作运动的海绵。在世界某些地区，特别是在加拿大西部沉积盆地之下，这种“海绵”是由古老的粘土和软岩层组成的，这些岩层在数千年中被冰川挤压。随着时间的推移，这些岩层开始非常缓慢地向山下滑动，就像由泥浆组成的冰川一样。这些并不是你在电影中看到的那些在几秒钟内崩塌的恐怖即时滑坡；它们是“深层滑坡”（Deep-Seated Landslides, DSLs）。它们的移动非常缓慢，以至于你可能多年都察觉不到，但它们是持续不断的。

我们为什么要关心这个问题？因为这种慢动作的挤压正发生在我们现代文明生活的区域。管道、道路和输电线路就建在这些正在滑动的斜坡之上。虽然建造这些设施的工程师知道地面可能会发生轻微移动，但这种移动是有极限的。如果地面移动过多或过快，管道可能会开裂，道路可能会隆起，从而造成数百万美元的维修费用。科学家们一直在问的一个大问题是：我们能否预测这些缓慢移动的巨兽何时会加速？ 如果我们知道地面即将变得更加“潮湿”和沉重，我们就可以在管道断裂前进行维修，从而节省资金并保障安全。这篇论文的主题就是利用降雨和降雪数据来构建一个地面的“水晶球”，用以猜测大地何时会开始加速滑动。

大地的天气预报：观察滑坡的新方法

由 BGC 工程公司和阿尔伯塔大学研究人员领导的研究团队决定停止猜测，转而开始测量天气与地面滑动之间的关系。他们意识到，就像海绵在吸收水分后会变得更重、更湿滑一样，这些深层滑坡在土壤变湿时也会加速。但他们不仅仅是观察当天的降雨，他们需要理解土壤的“记忆”——即去年、前年有多湿，以及春季的积雪是如何融化的。

为了实现这一点，他们收集了海量数据。他们查看了西加拿大境内 500 多个传感器（称为边坡测斜仪）埋设在这些滑坡内部的 30 多年的移动记录。这些传感器准确地告诉了他们每年地面移动的速度。随后，他们将这些移动数据与一个名为 ERA-5 的超级计算机地球天气模型进行了配对。这个模型就像一本记录着自 1950 年以来土壤湿度、积雪融化和降雨情况的全球性“天气日记”。通过将“海绵”的移动与它的“水份日记”进行对比，团队试图找到让滑坡加速的秘密配方。

移动大山的配方

研究人员发现，天气配方中有三个主要成分对于预测滑坡何时变得活跃最为重要：

1. 季节开始时土壤的湿度： 特别是到二月份时，地下深处（约 1 到 3 米深处）含有多少水分。
2. 前一年的趋势： 在过去的 12 个月里，土壤是在变湿还是在变干？
3. 季节期间的“总水量”冲击： 这是最关键的一点。它是指在滑坡季节（三月至十月）内，在连续 90 天的滚动窗口期内，降落在地面上的总水量（包括降雨和融雪）。

利用这三个成分，团队构建了一个名为**区域滑坡活动指数（RLAI）**的新工具。你可以把这个指数想象成地面的“红绿灯”，但它不仅仅只有红、黄、绿三种颜色，而是分为四个等级：低活动、典型活动、高活动和极高活动。

其运作方式如下：计算机获取天气数据并计算出一个名为**区域滑坡活动评分（RLAS）**的分数。

• 如果分数较低（低于 0.95），则为低活动年。大多数滑坡处于休眠状态或移动非常缓慢，就像一只慢吞吞的乌龟。
• 如果分数在 0.95 到 1.40 之间，则为典型活动年。一些滑坡可能会加速，但大多数仍保持着惯常的缓慢节奏。
• 如果分数在 1.40 到 1.80 之间，则为高活动年。这时地面会变得躁动不安。模型显示，该地区大约 71% 的滑坡会开始比平时移动得更快。
• 如果分数高于 1.80，则为极高活动年。这是“红色警报”区域。模型预测几乎所有的滑坡都会比平时移动得快得多，就像人群突然开始奔跑一样。

测试水晶球

团队并非凭空制定这些规则，而是根据历史进行了测试。他们回顾了发生过实际问题的特定年份，例如 2017 年、2020 年和 2021 年的大规模加速事件。他们运行了模型的“回溯测试”（即“后验模拟”过程），以观察模型是否能预测出这些问题时期。

结果令人振奋。例如，在 1997 年和 1998 年，模型在地面实际开始快速移动之前，就正确预测了“极高活动”年。在 2020 年，模型警告说很大一部分滑坡会加速，而事实也确实如此。作者指出，虽然模型并不完美——有时会将“典型”年误判为“高活动”年——但它很少错过重大事件。它在捕捉重大风险方面表现得更为出色。

展望未来：2026 年预测

论文最后展示了他们新系统的第一次真实世界测试：针对 2026 年滑坡季节的预测。由于他们无法预知未来的降雨量，因此使用了一种统计技巧。他们基于 75 年的天气历史进行了数千次计算机模拟（称为蒙特卡洛模拟），以推测可能出现的结果范围。

结果是一组显示地面快速移动概率的地图。在 2026 年 3 月，他们发布了一张显示“第 95 百分位数”预测的地图——基本上是仍然可能发生的“最坏情况”。随着季节的推进和真实降雨数据的输入，不确定性会逐渐缩小，预测也会变得更加精准。到季节结束时，他们将确切知道这一年的活动程度。

下一步计划

作者们感到兴奋，但也知道这仅仅是个开始。目前，该模型依赖于大约 641 个特定地点的数据。但他们计划使其变得更好。他们正在加入来自新传感器的观测数据，这些传感器每隔几小时就会测量一次移动情况，并且他们还在等待将于 2025 年发射的新卫星（NISAR）。这颗卫星能够从太空中“看到”地面的移动，即使是在没有地面传感器的地区也是如此。

论文明确指出，这并不是一个能阻止滑坡的魔杖。地面会继续移动。但通过为管道和道路所有者提供一种更好的方式来预测地面何时会变得躁动，他们可以在损坏发生前进行维修。这旨在将突发灾难转化为计划内的维护工作，从而节省数百万美元并保障基础设施的安全。作者建议，随着更多数据和更好模型的加入，他们最终可能不仅能预测整个区域是否变湿，还能精确预测某个特定滑坡何时会加速。不过目前来看，这个全新的“地面天气预报”在理解我们脚下这些缓慢、隐蔽的巨兽方面，迈出了巨大的一步。