哈大高鐵遼寧段高影響天氣條件分析及服務(wù)對策

趙淼　徐方姝　侯亞紅　明惠青　孫麗　息濤　關(guān)鍵華

【摘要】：運(yùn)用層次分析法和專家咨詢法，建立哈大高鐵遼寧段不良?xì)庀髼l件風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，并對構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)的因子賦予權(quán)重，確定暴雨、雪、大風(fēng)、雷電、大霧、高低溫等為影響哈大高鐵遼寧段運(yùn)營的主要影響因子。依據(jù)近50 a的氣象資料，運(yùn)用回歸方程對沿線不良?xì)庀髼l件進(jìn)行了分析，得出了沿線各種不良?xì)庀髼l件的天氣特征。針對不良?xì)庀髼l件對高鐵運(yùn)營的影響具有時(shí)段和路段差異性的特點(diǎn)，分析其對高鐵運(yùn)營可能造成的影響，確定服務(wù)關(guān)鍵期。為了減少各類不良?xì)庀髼l件給高鐵運(yùn)營帶來的危害，需做好觀測、預(yù)報(bào)、預(yù)警、服務(wù)的精細(xì)化，從而提高高鐵氣象服務(wù)水平。

【關(guān)鍵詞】：哈大高鐵；不良?xì)庀髼l件；服務(wù)關(guān)鍵期

【引言】：近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高鐵作為一種高速便捷的交通工具迅速發(fā)展。在全球變暖[1-4]的大背景下，極端天氣事件頻發(fā)，自然災(zāi)害對鐵路安全運(yùn)營的影響日益凸顯。眾多學(xué)者[5-9]已經(jīng)對不同地段鐵路沿線的不良?xì)庀髼l件進(jìn)行了分析并對如何做好服務(wù)工作展開探討，并取得積極成果。

哈大高速鐵路是我國目前在最北端的嚴(yán)寒地區(qū)設(shè)計(jì)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)最高的一條高速鐵路，

沿線有山區(qū)、平原、沿海，從南到北氣溫逐漸升高，年平均氣溫溫差2.9 ℃。極端最低氣溫最大溫差達(dá)14.5℃。因此分析該路段不良?xì)庀髼l件的分布、變化特征以期更加深入細(xì)致的開展沿線氣象服務(wù)工作，為交通部門防災(zāi)減災(zāi)提供決策支撐。

1 、 資料與方法

本文利用層次分析法和專家咨詢法，建立哈大高鐵遼寧段不良?xì)庀髼l件風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系和權(quán)重，確定主要影響因子。選取沿線沈陽、鐵嶺、遼陽、鞍山、營口、大連6個氣象站1961～2012年暴雨、雪、大風(fēng)、雷電、大霧、高低溫等常規(guī)氣象觀測資料，運(yùn)用線性回歸方程，即 y（t）=a0+a1t， y為各要素，t為時(shí)間，a為線性趨勢項(xiàng)，把 a X 10表示為各要素每10年的氣候傾向率。分析各要素近50 a 的變化規(guī)律。

2 、分析與結(jié)果

2.1層次分析法與專家調(diào)查法

利用哈大高鐵遼寧段不良?xì)庀笠?，運(yùn)用層次分析法和專家咨詢法，建立該路段風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系[11]，評價(jià)指標(biāo)體系分為：目標(biāo)層（A）、指標(biāo)因子層（B）（見圖1），指標(biāo)因子層從大霧（B1）、暴雨（B2）、雷暴（B3）、大風(fēng)（B4）、高低溫（B5）、雪（B6 ）6 方面考慮。

根據(jù)層次指標(biāo)體系采用專家咨詢法、成對比較法和1～9尺度，對上述6個因子的重要性兩兩（Ai：Aj）比較判斷（表1）。利用判斷矩陣表，先后向20 位專家展開調(diào)查，其中包括8 位氣象部門專家，12 位鐵路部門專家。通過計(jì)算確定了各指標(biāo)對目標(biāo)的權(quán)重（圖1），得到各影響因子對應(yīng)于目標(biāo)層的權(quán)向量，見公式（1） ：

2.2 哈大高鐵遼寧段不良?xì)庀髼l件的主要特征

2.2.1雨的特征

總體來看（圖2），近50a沿線暴雨日數(shù)變化趨于平穩(wěn)，年平均暴雨日數(shù)≥2 d的年份占71.2%，其中1994年為暴雨最多年份，達(dá)到5 d。鐵嶺、沈陽地區(qū)年平均暴雨日數(shù)1.6、1.7 d，營口地區(qū)2.2 d，其它地區(qū)為2.1 d。

2.2.2雪的特征

近50 a沿線年平均降雪日數(shù)呈下降趨勢，平均每10年下降1.6 d。除營口地區(qū)外（19.7 d），其他地區(qū)年平均降雪日數(shù)均在20 d以上；其中鐵嶺地區(qū)最多，28.8 d。月平均降雪日數(shù)沈陽、鐵嶺地區(qū)12月最多（5.7、6 d）；其他地區(qū)1月最多（4.3～6 d）。

2.2.3 大風(fēng)的特征

瞬時(shí)風(fēng)速大于17 m/s稱之為大風(fēng)。近50 a沿線年平均大風(fēng)日數(shù)總體呈下降趨勢（圖4），大連地區(qū)下降最為明顯，平均每10年下降17 d。其中近50 a沿線年平均大風(fēng)日數(shù)最多為大連地區(qū)（56.7 d）；遼陽最少（9.5 d）。但近5年沿線年平均大風(fēng)日數(shù)明顯減少，沈陽只有2 d，大連8 d（見圖5）。沿線地區(qū)3～5月為大風(fēng)的多發(fā)季節(jié)，占全年大風(fēng)日數(shù)的54%～70%。

2.2.4雷暴的特征

近50 a哈大高鐵遼寧段沿線年平均雷暴日數(shù)26 d，其中最多為鐵嶺地區(qū)30.4 d。表現(xiàn)出內(nèi)陸多于沿海的特征。根據(jù)《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》（GB50343～2004）中的規(guī)定，年平均雷暴日數(shù)大于20 d而不超過40 d的地區(qū)屬于多雷區(qū)[11]。沿線雷暴的平均初、終間日數(shù)在171.3 d～188.4 d之間，表現(xiàn)出由北向南逐漸遞增的趨勢。

由圖6可見：近50 a 哈大高鐵遼寧段沿線年雷暴日數(shù)總體呈下降趨勢，氣候傾向率為-0.59 d/10a。

2.2.5 霧的特征

通過對近50 a各氣象站大霧日數(shù)（20： 00時(shí)至翌日20： 00時(shí)出現(xiàn)大霧計(jì)為1個霧日。）統(tǒng)計(jì)得出，沿線年平均大霧日數(shù)大連地區(qū)最多39.6 d。春、夏季是大連地區(qū)大霧的高發(fā)季節(jié)，而其他地區(qū)高發(fā)季節(jié)為秋、冬季。

由圖（7）可見，大連地區(qū)年平均大霧日數(shù)明顯高于其他地區(qū)，總體來看各地大霧日數(shù)均呈下降趨勢，其中鞍山地區(qū)下降幅度最大，平均每10年下降2.4 d。

2.2.6 高溫、低溫的特征

對沿線近50 a高溫日數(shù)（日最高氣溫≥35 ℃）以及低溫日數(shù)（日最低氣溫≤-22 ℃）的歷史資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)， 結(jié)果表明：低溫日數(shù)從北向南逐漸遞減，鐵嶺地區(qū)出現(xiàn)低溫的日數(shù)最多，平均每年15.7 d。沿線年平均高溫日數(shù)大連、營口地區(qū)沒有，其它地區(qū)不足1 d。近50 a沿線極端最高、最低氣溫均出現(xiàn)在鐵嶺地區(qū)。

3、 不良?xì)庀髼l件對高鐵安全運(yùn)營的影響及應(yīng)對措施

3.1不良?xì)庀髼l件對高鐵運(yùn)營的影響

（1）大暴雨及連續(xù)暴雨天氣會導(dǎo)致路基積水、浸泡、松軟、漬澇，沿線還可能發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害如：泥石流、滑坡等，損傷路基等。

（2）大到暴雪天氣易使路面積雪，有可能將鐵路線覆蓋，還會造成視程障礙，對駕駛產(chǎn)生影響。另外積雪融化，當(dāng)氣溫下降時(shí)還會結(jié)冰，從而破壞鐵路設(shè)施。

（3）八級以上的大風(fēng)對高鐵線路、沿線的通訊設(shè)備可能造成損壞，影響鐵路通訊和信號的使用。

（4）雷暴天氣主要會導(dǎo)致避雷器爆炸，絕緣子擊穿及雷電引起變電所跳閘、電纜頭損壞。

（5）大霧天氣主要會導(dǎo)致絕緣閃絡(luò)、擊穿；能見度降低，駕駛員的視距變短，較濃的霧還會使駕駛員產(chǎn)生錯覺進(jìn)而影響駕駛員的觀察能力和判斷能力。

（6）夏季溫度的升高，導(dǎo)致無縫線路長鋼軌的縱向壓力增大，高速列車通過時(shí)也容易發(fā)生脹軌跑道翻車事故。

3.2 減少不良?xì)庀髼l件對高鐵安全運(yùn)營的應(yīng)對措施

針對各種不良?xì)庀髼l件給高鐵運(yùn)營帶來的嚴(yán)重危害，除強(qiáng)化管理、加強(qiáng)巡檢及對鐵路設(shè)施定期檢修外，還應(yīng)建立交通、氣象共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)氣象信息、鐵路運(yùn)營信息、交通安全信息共享，并以此為基礎(chǔ)，建立鐵路安全氣象預(yù)警業(yè)務(wù)，為鐵路調(diào)度、運(yùn)營提供決策依據(jù)。

（1）由于季節(jié)不同，災(zāi)害種類不同，影響的程度、影響的區(qū)域不同，氣象部門應(yīng)根據(jù)不同氣象條件下可能會對高鐵的運(yùn)行所造成的影響，及時(shí)發(fā)布預(yù)報(bào)、預(yù)警信息。

（2）以預(yù)報(bào)為核心，預(yù)警為先導(dǎo)，決策為根本，做好觀測、預(yù)報(bào)、預(yù)警、服務(wù)的精細(xì)化。

（3）要以先進(jìn)的信息技術(shù)為核心，做好氣象服務(wù)的平臺；以先進(jìn)技術(shù)為支撐做好監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警等服務(wù)工作。

（4）鐵路部門與氣象部門需要加強(qiáng)合作，開展科研課題，建立起互通互用的機(jī)制，提供氣象預(yù)警，幫助列車快速反應(yīng)、及時(shí)處置，盡可能地將氣象條件給電力線路帶來的危害降低到最低程度，以確保鐵路電力設(shè)施安全可靠運(yùn)行。

4 、 結(jié)論與討論

（1） 運(yùn)用層次分析法和專家咨詢法，建立哈大高鐵遼寧段風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系，并對構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)的因子賦予權(quán)重，確定大風(fēng)、雷電、暴雨、雪、大霧、高低溫為影響高鐵運(yùn)營的主要影響因子。

（2）依據(jù)近50 a的氣象資料，對哈大高鐵遼寧段沿線大風(fēng)、雷電、暴雨、雪、大霧、高低溫不良?xì)庀髼l件天氣進(jìn)行了分析，得出了沿線各種不良?xì)庀髼l件天氣特征。

（3）針對不良?xì)庀髼l件天氣對高鐵影響具有時(shí)期和路段差異性的特點(diǎn)， 分析了這些不良?xì)庀髼l件天氣對高速交通的影響程度，確定出大風(fēng)、雷電、暴雨、雪、大霧五種主要不良?xì)庀髼l件天氣服務(wù)關(guān)鍵期。

（4）做好高鐵氣象服務(wù)需進(jìn)一步開展氣象對高鐵影響機(jī)理的研究。建立交通、氣象共享機(jī)制，實(shí)現(xiàn)氣象信息、鐵路運(yùn)營信息、交通安全信息共享，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布預(yù)報(bào)預(yù)警信息并加強(qiáng)與鐵路管理部門的合作。

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