新报告概述了预测海岸悬崖崩塌的潜力

加州大学圣地亚哥分校斯克里普斯海洋研究所的科学家们经过四年的研究，发布了一份新报告，旨在确定早期预警系统是否有可能在山体滑坡发生前将其探测到。这份名为《加州沿海山体滑坡早期预警研究》的报告发现，由地下传感器组成的网络可以提前数小时至数天可靠地预警即将发生的危险山体滑坡，但还需要开展更多工作，才能将这些发现正式转化为可操作的预警系统。 

 

加州海岸线约70%由不断侵蚀的海岸悬崖构成。这些悬崖上分布着重要的基础设施，例如公路、铁路、沿海通道、能源设施和建筑物，一旦发生悬崖崩塌，可能会对海滩游客造成致命的危险。 

 

2019年8月，在加利福尼亚州恩西尼塔斯市的格兰德维尤海滩，一段30英尺乘25英尺的悬崖崩塌，造成三名女性死亡。加州其他地区，如大苏尔、圣巴巴拉、雷耶斯角和旧金山，也发生过类似的致命事件。恩西尼塔斯的悲剧促使加州众议员塔莎·博尔纳（其选区包括圣地亚哥北部沿海地区）提出AB 66号法案，并通过州预算争取资金，以加强海岸监测，更好地了解悬崖崩塌的时间，并为开发潜在的早期滑坡预警系统提供建议。 

 

“悬崖崩塌对我的选区以及整个加州沿海地区的居民构成持续威胁，不仅可能造成人员伤亡，还会对重要基础设施造成数百万美元的损失，”州议员博尔纳（民主党，恩西尼塔斯选区）表示。“这项研究的完成，科学已经明确表明：面对海平面上升，我们可以利用悬崖崩塌预警系统来拯救生命、保护沿海经济和重要的交通网络。如果没有亚当·杨博士和斯克里普斯海洋研究所其他团队成员的贡献，这一切都不可能实现。”

 

悬崖遗址的仪器化

为了开展这项研究，斯克里普斯海洋研究所的海岸地貌学家亚当·杨和地球物理学家马克·祖姆伯格采取了双管齐下的方法。他们利用先进的地下监测技术，在关键地点安装了各种成本和灵敏度不同的传感器。他们还扩大了海岸激光雷达测量范围，利用先进的激光成像技术绘制地表高程图，从而精确追踪悬崖和海滩在崩塌前后的状态。 

 

这些地点包括恩西尼塔斯的灯塔海滩，这是一条位于间歇性移动的复杂滑坡地带的公共通道海滩；德尔马的铁路走廊，这是一条重要的沿海铁路走廊，俯瞰着不稳定悬崖下的海滩；以及圣埃利霍州立海滩，这是一条有侵蚀悬崖和悬崖顶露营地、公园设施和公共通道的海滩。 

 

“虽然其他人也曾报告过山体滑坡前的信号，但我们想知道在这种环境下会观察到什么，”祖姆伯格说道，他数十年来一直致力于研发用于精确测量地震的仪器。“科学家们长期以来一直在尝试预测地震。这项研究提供了一个独特的机会，让我们能够利用从地震研究中获得的经验，并将其应用于这些沿海灾害的预测。” 

 

所使用的传感器技术包括倾斜仪，这种仪器通常用于测量地震断层的运动。倾斜仪可以测量地面倾斜，精度可达10微米，测量范围为1米，大约相当于人类头发丝的1/8宽度。此外，还在比肯斯海滩和德尔马的悬崖边缘垂直安装了伸缩仪。这些传感器是光纤电缆，当地面发生形变时，电缆会伸长或压缩，其运动精度可达纳米级，即十亿分之一米。其他安装在特定地点的仪器包括：地震仪，用于监测悬崖面的震动；GPS定位标志，用于测量悬崖顶部位置的持续变化；以及安装在海滩上的波浪压力传感器，用于测量到达悬崖底部的波浪强度。 

 

在研究期间，研究团队追踪了五起崩塌事件——两起发生在德尔马，三起发生在圣埃利霍州立海滩。在所有案例中，传感器都在崩塌发生前数小时至数天内探测到悬崖的移动。滑坡的规模从几立方码到几百立方码不等，通常是从上层悬崖滑落到下方的海滩。

 

“我们的团队选择了一些我们预计可能发生悬崖活动的地点，但我们并不能保证一定会发生，”杨说道。“这五起事件提供了至关重要的数据，证实了这种监测方式能够实现预测。”

 

杨和祖姆伯格测量到的最严重的崩塌事件之一是2024年4月21日发生在德尔马的崩塌事件。在一次现场维护巡查中，团队发现悬崖顶部出现了一条新的细小裂缝，宽约0.1英寸，平行于悬崖边缘延伸30英尺。在接下来的几周里，传感器测量到裂缝每天扩大0.015英寸，这种速度肉眼无法察觉。在此期间，还发生了几次降雨。4月19日，倾斜传感器的测量结果显示裂缝扩张速度加快，科学团队认为这将导致悬崖即将崩塌，并立即通知了海岸管理人员。4月21日凌晨5点，悬崖崩塌，估计有200吨物质坠落到下方的海滩上。 

 

2022年5月，比肯斯海滩发生山体滑坡，导致海滩步道封闭。由于审批手续繁琐，最灵敏的传感器安装工作被推迟，因此时间序列数据要到2025年才能获取。报告总结认为，比肯斯海滩需要更长时间的观测，才能确定高灵敏度、高成本的传感器是否能有效预测该地点的滑坡灾害。

 

悬崖激光测绘

降雨和海浪是海岸悬崖侵蚀的主要驱动因素。海浪侵蚀悬崖底部，导致悬崖陡峭化和不稳定。降雨和地下水随后可能引发不稳定悬崖的滑坡。为了更好地了解降雨后悬崖崩塌的时间，研究团队于2022年至2025年间，每周对从托里松州立海滩到恩西尼塔斯沿线的悬崖进行激光雷达测绘。  

 

利用车载移动激光雷达系统和无人机摄影测量技术，科学家们获得了详细的空间地图，从而能够追踪悬崖的运动和变化。研究地点附近的雨量计提供了每日降雨观测数据。研究团队对这些数据进行了分析，初步确定了与海岸滑坡活动加剧相关的环境阈值，并为建立区域概率性海岸滑坡预警系统奠定了基础。例如，可以开发一个系统，在降雨量超过阈值时发出预警。本研究中使用的移动激光雷达仪器是由美国众议员迈克·莱文（加州第49选区）资助的社区项目基金购置的。 

 

预警系统：将数据转化为行动

鉴于预警信号已被探测到，该报告指出加利福尼亚州需要建立一套流程，以便地方应急响应部门在监测显示可能发生迫在眉睫的崩塌时能够采取行动。报告强调，海岸管理人员、救生员和海上安全部门、铁路运营商以及其他利益相关方需要制定行动计划，以便在探测到预警信号后立即采取应对措施。可能的措施包括临时关闭海滩、临时关闭悬崖顶部区域、有控制地移除可能发生崩塌的悬崖部分、在高风险地点增设警示标志、进行结构加固等等。 

 

建议加强公众教育，提高公众对悬崖危险的认识。这可以采取多种形式，例如公益广告、海滩快闪教育活动、社交媒体宣传、针对青少年和少年救生员项目的教育计划，以及救生员和州立公园工作人员培训计划。 

 

作为研究的一部分，研究人员还开发了一款体验式智能手机应用程序，用于预测托里松州立海滩的沙滩宽度。足够的沙滩宽度能够为游客提供足够的安全距离，远离悬崖。该预测使用了斯克里普斯海洋研究所最新的激光雷达沙滩调查数据，以及近岸波浪和潮汐高度预测数据。该工具可提前三天提供每小时的沙滩宽度预测，展示了如何利用这些数据来提高海滩安全。   

 

持续研究

 

该报告的研究区域仅限于圣地亚哥县北部。报告作者指出，加州其他许多沿海地区也存在安全和基础设施方面的威胁，值得进一步研究。例如，橙县、帕洛斯弗迪斯、圣巴巴拉县、大苏尔、圣克鲁斯、帕西菲卡等地都属于此类。  

 

作者们还希望延长圣地亚哥研究地点的考察期。美国众议员迈克·莱文（加州第49选区）已提交一份社区项目基金申请，旨在支持对现有研究地点进行一次性延期。该申请尚待2027财年最终支出方案的通过。

 

“一些最严重的滑坡事件发生频率不高，需要进行更多的长期观察才能更好地了解它们，”杨说道。 

 

虽然该报告的结论是预测是可能的，但随着收集到更多数据，确定最佳观测策略和测量工具（那些能够平衡灵敏度、部署覆盖范围和成本的工具）将会变得更加清晰。