熱帶氣旋對田灣核電站的影響

張瑞光，劉瑞翔，李中林

（連云港市氣象局，連云港 222006）

熱帶氣旋（Tropical Cyclone，簡稱TC）是重要的天氣系統(tǒng)，由其產(chǎn)生的狂風(fēng)、暴雨及誘發(fā)的次生災(zāi)害具有巨大的破壞力。TC 對核電建設(shè)與運行會產(chǎn)生嚴(yán)重影響。田灣核電站地處連云港市沿海，曾受TC襲擾。

目前，我國已有許多對TC 的研究成果。曹曉崗等［1］研究了2000 年以來近海北上的TC 對華東沿海地區(qū)的風(fēng)雨影響，分析了TC 的路徑、強(qiáng)度以及結(jié)構(gòu)等特征。魯小琴等［2］研究了登陸華東的TC 的氣候特征，并對直接登陸華東與間接登陸華東的TC 強(qiáng)度變化進(jìn)行了比較。紀(jì)忠華等［3］認(rèn)為登陸我國東南沿海的TC年平均氣壓強(qiáng)度增強(qiáng)趨勢顯著。袁子鵬等［4］認(rèn)為登陸黃海、渤海的TC 只占西太平洋TC 總數(shù)極小部分，年際分布不均，月際分布呈雙峰特征，絕大部分登陸黃海、渤海的TC均達(dá)到TS以上強(qiáng)度。鄧廣華等［5］探討了TC活動與連云港市的暴雨、大風(fēng)天氣的關(guān)系。高曉梅等［6］對2012年第10號臺風(fēng)“達(dá)維”影響山東的暴雨落區(qū)分布及路徑特征進(jìn)行了分析。上述探討揭示了TC 的變化、移動影響及危害，引起了廣泛關(guān)注。陳文方等［7］認(rèn)為全球TC 災(zāi)害風(fēng)險隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、沿海地區(qū)人口和財富增長與聚集而持續(xù)上升，并從TC災(zāi)害風(fēng)險管理的角度出發(fā)，分別對國際上TC風(fēng)險評估中致災(zāi)因子危險性評估和承災(zāi)體脆弱性評估這兩個核心內(nèi)容的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。劉彤等［8］探討了我國的主要氣象災(zāi)害及其經(jīng)濟(jì)損失。張容焱等［9］研究了影響閩南核電廠的TC特征與移動路徑，并采用耿貝爾-Ⅰ型和皮爾遜-Ⅲ型對TC 進(jìn)行了估值計算。周小珊等［10］使用概率論方法和梯度風(fēng)公式估算紅沿河核電廠區(qū)可能最大TC的強(qiáng)度參數(shù)。這些文章研究了TC災(zāi)害問題并對個例進(jìn)行了風(fēng)險評估，提出預(yù)防TC災(zāi)害的決策和措施。

還有許多專家學(xué)者對TC 進(jìn)行了預(yù)警分析、災(zāi)害評估等有意義的研究［11-16］，這些成果對田灣核電站的災(zāi)害防御都有重要的指導(dǎo)意義。本文進(jìn)一步補(bǔ)充和探討了TC 對田灣核電站的影響，有利于做好災(zāi)害防御規(guī)劃。

1 資料和分析方法

本文氣象資料取自《熱帶氣旋年鑒》、浙江水利廳臺風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)與溫州臺風(fēng)網(wǎng)系統(tǒng)、沿海的田灣核電站場內(nèi)氣象站、西連島氣象站、高公島自動站、臺南鹽場自動站、徐圩鹽場自動站，以及市區(qū)的連云港氣象站、蒼梧綠園自動站的資料。參考查閱資料年限為1949—2018 年。

本文采用統(tǒng)計對比分析方法分析TC 典型個例的路徑和強(qiáng)度，主要了解TC 風(fēng)力對田灣核電站的影響。

2 TC影響分析

2.1 田灣核電地理位置

連云港市地處江蘇省蘇北沿海，與山東省日照市相鄰。田灣核電站位于連云港市中心的東北方、海上云臺山東南側(cè)的海岸邊。表1為各站點的經(jīng)緯度。圖1用三角形標(biāo)注了田灣核電站氣象站與其他各氣象站的位置，用線段顯示了TC 201210“達(dá)維”3 個整點觀測時間的路徑位置強(qiáng)度。

表1 氣象站經(jīng)緯度Table 1 The latitudes and longitudes of meteorological stations

圖1 氣象站點與TC“達(dá)維”路徑Fig.1 Locations of meteorological stations and the path of DAMREY typhoon

2.2 TC個例的影響強(qiáng)度比較

田灣核電站與西連島氣象觀測站相距約10 km，本文以西連島站的資料為代表，統(tǒng)計分析1949—2018 年期間影響田灣核電的TC 個例。本文選定關(guān)鍵區(qū)東經(jīng)115°～125°，北緯31°～39°，進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)的TC 風(fēng)圈最大風(fēng)速出現(xiàn)過17.2 m/s（風(fēng)力8級），被選作比較分析對象。1975年以前出現(xiàn)個例31個，1976年以后出現(xiàn)個例46個。

2.2.1 1976年以前個例

1976 年以前，西連島觀測站沒有最大風(fēng)速觀測數(shù)據(jù)，本文采取圖片進(jìn)行直觀比較分析。

1976 年之前，進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)的31 個TC 個例中，TC路徑距離連云港市最近點時，TC最大風(fēng)速達(dá)40 m/s，僅196408“芙勞西”1例；TC路徑距離連云港市最近點時最大風(fēng)速為35 m/s，有196005“寶莉”、196207“娜拉”與196303“雪莉”3例。

觀察圖2 中的TC 路徑，201210“達(dá)維”在40 m/s時，路徑距離連云港市位置最近，距離田灣核電站約125 km。其他個例路徑因距離連云港市較遠(yuǎn)，即使最大風(fēng)速達(dá)到40 m/s，對田灣核電站的影響也要小于201210“達(dá)維”的影響。

圖2 TC個例影響比較Fig.2 Comparison of effects between different TC cases

2.2.2 1976年以后（含1976年）個例

對于1976年以后的TC個例，本文利用西連島站觀測到的TC影響最大風(fēng)速進(jìn)行比較分析。

本文針對1976 年以后的46 個個例進(jìn)一步篩選，設(shè)定“近距大風(fēng)時點”，即進(jìn)入關(guān)鍵區(qū)的TC路徑在距離連云港市大約最近點的位置，且同時滿足TC 風(fēng)圈最大風(fēng)速大于或等于17.2 m/s 的整點觀測時間。本文根據(jù)連島站在“近距大風(fēng)時點”日期的前后3日內(nèi)所觀測到日最大風(fēng)速大于或等于17.2 m/s 的數(shù)據(jù)，匯總成表2，出現(xiàn)侵襲田灣核電站的個例合計26個。

表2 中，TC 個例出現(xiàn)在6 月下旬至9 月下旬，主要集中在7—9 月，其中8 月最多，占比50%。西連島受TC 影響的個例風(fēng)向中，順時針方向在NNW-E之間，多數(shù)為NNE-NE風(fēng)向，占比69.2%。西連島風(fēng)力數(shù)據(jù)顯示，個例多數(shù)為風(fēng)力8～9級（17.2～24.4 m/s）的熱帶風(fēng)暴，8級14例，9 級7 例，合計占比80.8%；風(fēng)力10 級（24.5～28.4 m/s）的強(qiáng)熱帶風(fēng)暴4 例，未出現(xiàn)風(fēng)力11 級（28.5～32.6 m/s）的強(qiáng)熱帶風(fēng)暴。值得注意的是，跳過風(fēng)力11 級，出現(xiàn)了1 例風(fēng)力12 級（32.7～36.9 m/s）的臺風(fēng)，最大風(fēng)速達(dá)到36.5 m/s，編號是201210“達(dá)維”。

表2 中“近距大風(fēng)時點”的日期、TC 風(fēng)圈最大風(fēng)速值與西連島前后3 日內(nèi)的日最大風(fēng)速值、出現(xiàn)日期不是對應(yīng)關(guān)系。主要原因是TC個例“近距大風(fēng)時點”的位置與連云港的距離各不相同，有的差距較大。數(shù)據(jù)整理過程中，即使“近距大風(fēng)時點”的風(fēng)速達(dá)到40 m/s（如201007TC），但由于距離西連島觀測站較遠(yuǎn)，西連島觀測站的觀測結(jié)果為風(fēng)力小于17.2 m/s，沒有列入表內(nèi)?！敖啻箫L(fēng)時點”的日期或其前后3 日不見得出現(xiàn)暴雨，與暴雨日期并不對應(yīng)。

表2 侵襲田灣核電的TC個例Table 2 The TC cases attacked Tianwan Nuclear Power Plant

圖3 顯示了26 例TC 對田灣核電站的侵襲影響主要來自順時針的NNE-SSW 方向，201210“達(dá)維”距離連云港市最近且最強(qiáng)。

2.3 TC個例的典型路徑

典型個例的選取注重TC 的移動路徑接近田灣核電站、強(qiáng)度大、移動方向不同這3個方面。

TC 可在田灣核電站（圖4 中三角標(biāo)注位置）周圍各方位出現(xiàn)并產(chǎn)生影響，圖4中是摘自表2 的201410“麥德姆”、201210“達(dá)維”、200509“麥莎”、198406“艾德”個例。

在多數(shù)情況下，TC 幾乎徑直在田灣核電站附近經(jīng)過，有的TC經(jīng)過時逐漸減弱，有的TC經(jīng)過后入海，因下墊面摩擦減弱有些許加強(qiáng)，還有的TC抵近填塞（如由東向西北的199907“保羅”、由南向北的198923“薇拉”）。

2.4 最強(qiáng)TC“達(dá)維”影響

影響田灣核電站距離最近、最猛烈的TC 是201210“達(dá)維”，發(fā)生在2012年8月2—3日。圖1 顯示大約在8 月3 日0 時，TC“達(dá)維”中心經(jīng)過市區(qū)連云港站與海邊西連島站之間地域的田灣核電站附近。表3 中，“達(dá)維”在8 月3 日0 時的中心氣壓是980.0 hPa，風(fēng)圈最大風(fēng)速是33.0 m/s，TC 級別為臺風(fēng)，10 級風(fēng)半徑為80 km。

圖3 連云港市位置與TC路徑Fig.3 The location of Lianyungang city and paths of TC cases

表3 “達(dá)維”位置與強(qiáng)度變化Table 3 The changes of position and intensity of DAMREY typhoon

在TC 影響過程中，表4～表6 可以了解各個站點風(fēng)向、風(fēng)速、氣壓隨時間的變化。

3 日0 時，田灣核電站地面氣象站的風(fēng)向風(fēng)速為：N 1.4m/s，氣壓982.9 hPa（見表4），接近TC 影響產(chǎn)生的日最低氣壓982.4 hPa（見表6）。田灣核電站氣象鐵塔觀測分層為10 m、30 m、70 m、100 m，在3 日0 時觀測風(fēng)向風(fēng)速分別是ENE 3.1 m/s、ENE 3.4 m/s、ENE 3.4 m/s、E 3.8 m/s。

此時，一方面田灣核電站的地面氣壓、地面或鐵塔風(fēng)速隨時間的變化呈V 型曲線，風(fēng)向隨時間的變化是由偏N向偏S轉(zhuǎn)折（見表4）；另一方面，田灣核電站的地面風(fēng)速明顯小于外圍西連島、徐圩鹽場、連云港觀測站的風(fēng)速，外圍3 個站的風(fēng)向呈氣旋性現(xiàn)象（見表4 和表5），田灣核電站氣壓接近最低氣壓（見表6）。以上表明3 日0 時田灣核電站處于TC 風(fēng)小、氣壓低的中心控制范圍內(nèi)。

表4 田灣核電氣象站氣象要素變化Table 4 The changes of meteorological factors in Tianwan Nuclear Power Plant

表5 氣象站氣象要素變化Table 5 The changes of meteorological factors in meteorological stations

TC“達(dá)維”中心經(jīng)過田灣核電站前，中心的外圍風(fēng)圈產(chǎn)生了較大侵襲沖擊。

田灣核電站不同點位的最大風(fēng)速為鐵塔（10m）NE 30.4 m/s、鐵塔（30m）NE 32.4 m/s、鐵塔（70m）NNE 35.2 m/s、鐵塔（100 m）NE 36.6 m/s。出 現(xiàn) 時 間是8 月2 日22 時48—49 分（見表6）。比TC中心到達(dá)田灣核電站早約1h。

田灣核電站出現(xiàn)最大風(fēng)速后，處于北面的西連島也隨后觀測到最大風(fēng)速NE 36.5 m/s，時間是2 日23 時35 分；極大風(fēng)速NE 44.4 m/s，時間是2 日23 時33 分。西連島的最大風(fēng)速比田灣核電站的最大風(fēng)速大，可能是因為下墊面、周圍環(huán)境及所處風(fēng)圈位置的不同［17］。

表6中，其他站點數(shù)據(jù)偏小，主要原因是田灣核電鐵塔與西連島的觀測受地理環(huán)境或建筑物的影響較小，且田灣核電站與西連島都處于TC移動方向右側(cè)的最大風(fēng)速區(qū)［18］。而田灣核電站地面氣象站在鐵塔東側(cè)偏南有一段距離，地面氣象站北側(cè)有建筑物，會影響到風(fēng)速。高公島站地處海岸山邊，也會影響到風(fēng)速。

表6 氣壓與風(fēng)速極值Table 6 The extreme values of pressure and wind speed

2.5 核電站分析評價估值的比較檢驗

針對TC 可能對田灣核電站的影響，科研人員在2009 年遵循核電廠安全導(dǎo)則《核電廠設(shè)計基準(zhǔn)熱帶氣旋》（HAD 101/11）推算出TC 風(fēng)力調(diào)查分析評價，2015 年補(bǔ)充調(diào)查分析后維持評價?？蒲腥藛T用概率論方法推算出百年一遇的TC 中心氣壓，再利用風(fēng)壓關(guān)系公式，及運動、高度、摩擦和填塞方面的修正，估算出地面百年一遇的TC 最大風(fēng)速是38.3 m/s。我們進(jìn)行TC“達(dá)維”風(fēng)力影響與分析評價估值比較后可見，即使田灣核電站鐵塔100 m的最大風(fēng)速是36.6 m/s，仍然低于百年一遇的估值38.3 m/s。

根據(jù)臺風(fēng)災(zāi)害成災(zāi)機(jī)理，基于承災(zāi)體的脆弱性對不同路徑、不同特征、不同強(qiáng)度等級TC造成的風(fēng)險進(jìn)行定量評估是必要的［19-21］。本文對歷史記載最強(qiáng)的TC“達(dá)維”進(jìn)行比較，說明田灣核電站的分析評價估值作為防范TC 災(zāi)害的參考依據(jù)具有指導(dǎo)意義。但要注意到，TC“達(dá)維”進(jìn)入影響田灣核電站的“關(guān)鍵區(qū)”后，出現(xiàn)過風(fēng)圈最大風(fēng)速為40 m/s（2日19時，120.70°E、34.30°N）的情況，該風(fēng)速超過了百年一遇的估值。百年大計，安全第一。在核電建設(shè)過程中，我們應(yīng)持續(xù)關(guān)注TC 影響，評估風(fēng)險，加強(qiáng)災(zāi)害防御。

3 結(jié)論與討論

TC 可能出現(xiàn)在田灣核電站的各個方位上并產(chǎn)生影響，既有TC 中心附近經(jīng)過的情況，也有TC抵近填塞消失的情況。

截至目前，影響田灣核電站的最強(qiáng)TC 是2012年第10號TC“達(dá)維”。

進(jìn)行近年歷史最強(qiáng)TC 影響的對比分析是必要的，不斷認(rèn)識極端TC 的影響，有利于核電的安全生產(chǎn)與規(guī)劃發(fā)展。