張呼高鐵內(nèi)蒙古段氣象災(zāi)害特征及對(duì)鐵路交通的影響分析

賈曉紅，魏 巍，杜 暉

(1.內(nèi)蒙古自治區(qū)氣象服務(wù)中心；2.呼和浩特市氣象局，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010051；3.廣東省氣象公共安全技術(shù)支持中心，廣東 廣州 510000)

隨著鐵路時(shí)代的發(fā)展，高速鐵路(簡稱“高鐵”)以其載客量高、耗時(shí)少、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，在交通運(yùn)輸中占有舉足輕重的地位。它屬于高架、封閉的系統(tǒng)，主要靠自動(dòng)化系統(tǒng)完成駕駛，相比普鐵，氣象條件對(duì)其運(yùn)行的影響較小，但在全球氣候變暖和極端天氣事件頻發(fā)的大背景下，雷暴、積雪、暴雨、大風(fēng)等氣象災(zāi)害對(duì)高鐵安全運(yùn)營的影響趨于嚴(yán)重，氣象災(zāi)害影響高鐵安全運(yùn)營的事件時(shí)有發(fā)生[1]。如2019年2月8日，受安徽境內(nèi)降雪影響，京滬高鐵，滬寧城際鐵路等數(shù)十趟高鐵延誤。2020年6月8日，受廣東境內(nèi)清遠(yuǎn)、惠州地區(qū)強(qiáng)降雨影響，武廣高鐵、京廣鐵路等途經(jīng)列車均有不同程度晚點(diǎn)，甚至停運(yùn)。當(dāng)高鐵運(yùn)行遭遇緊急情況或危險(xiǎn)天氣時(shí)，因?yàn)榭晒p弱和避免事故影響的時(shí)間很短，可供選擇的方式也很有限[2]，所以一旦出現(xiàn)任何差錯(cuò)，都將導(dǎo)致嚴(yán)重的后果，威脅乘客的生命安全，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，高鐵氣象服務(wù)的相關(guān)研究正處于探索階段，湖北、貴州、吉林等省率先取得了一些研究成果，主要集中在氣象災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面。張呼高鐵作為內(nèi)蒙古首條高鐵線路，不僅是內(nèi)蒙古西部進(jìn)京的快速客運(yùn)通道，也是國家鐵路網(wǎng)骨架京包、包蘭鐵路通道的重要組成部分。現(xiàn)階段對(duì)于高鐵氣象服務(wù)較少，因此，針對(duì)高鐵沿線氣象災(zāi)害特征開展研究對(duì)提供相關(guān)高鐵氣象服務(wù)以及確保高鐵安全運(yùn)營具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究資料

文中研究資料來自內(nèi)蒙古氣象信息中心，為張呼高鐵沿線5個(gè)氣象觀測站(興和、察右前旗、集寧、卓資和呼和浩特)的氣象數(shù)據(jù)，包括月雷暴日數(shù)、降雨日數(shù)、降雪日數(shù)、積雪日數(shù)、大風(fēng)日數(shù)等，其中雷暴數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為1960年～2013年，其他數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為1960年～2019年。

2 災(zāi)害性天氣特征及對(duì)鐵路交通的影響

2.1 雷暴

雷暴天氣可能直接造成電力設(shè)施的故障和損壞，影響高鐵的動(dòng)力系統(tǒng)，使列車不能正常運(yùn)行，災(zāi)害防范難度大，風(fēng)險(xiǎn)高。表1 為張呼高鐵沿線氣象災(zāi)害空間分布特征，由表1可知，高鐵沿線年平均雷暴日數(shù)38.26d，屬于中雷區(qū)。其中以興和段年平均雷暴日數(shù)最多為41.24d，達(dá)到多雷區(qū)等級(jí)；以呼和浩特段年平均雷暴日數(shù)最少為34.04d，處于中雷區(qū)等級(jí)。表2為張呼高鐵沿線氣象災(zāi)害時(shí)間分布特征，由表2可知，雷暴在3月～11月均有發(fā)生，主要集中在夏季，以7月發(fā)生最多，頻率和強(qiáng)度的影響更為顯著，高鐵運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)增加，是氣象災(zāi)害防御的關(guān)鍵月份。

表1 張呼高鐵沿線氣象災(zāi)害空間分布特征

表2 張呼高鐵沿線氣象災(zāi)害時(shí)間分布特征

2.2 降雨

高鐵受降雨的影響：①持續(xù)降雨可導(dǎo)致電力、通信及路軌等設(shè)施故障[1]；②短時(shí)強(qiáng)降雨可能造成路基被沖毀。相比普鐵，高鐵所受影響程度很小，主要考慮暴雨引發(fā)的山洪、泥石流等次生災(zāi)害。由表1和表2可知，張呼高鐵沿線年平均降雨日數(shù)為78.7d，以卓資段年平均降雨日數(shù)最多為86.87d，以呼和浩特段年平均降雨日數(shù)最少為70.15d。全年均有發(fā)生，主要集中在夏季，7月最多，此月也是近十年暴雨出現(xiàn)頻率最高的月份，要重點(diǎn)預(yù)防強(qiáng)降雨及其引發(fā)的次生災(zāi)害。

2.3 降雪(積雪)

降雪對(duì)高鐵的影響程度取決于降雪等級(jí)，一般來說，因線路上自動(dòng)融雪設(shè)備的安裝，小雪、中雪對(duì)高鐵的運(yùn)行沒有太大的影響，大雪、暴雪可能會(huì)影響到高鐵的準(zhǔn)時(shí)運(yùn)行。當(dāng)降雪較大且積雪較厚時(shí)可覆蓋鐵路線，如果積雪不及時(shí)清除，道岔在動(dòng)作時(shí)將會(huì)使積雪被擠壓成冰塊，造成尖軌不密貼的危險(xiǎn)。此外，降雪帶來的低溫會(huì)使得接觸網(wǎng)、道岔等設(shè)施受凍進(jìn)而影響供電、列車運(yùn)行方向。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，張呼高鐵沿線年平均降雪日數(shù)為32.89d，年平均積雪日數(shù)為41.29d，其中卓資段最多，呼和浩特段最少，與降雨日數(shù)分布一致。降雪和積雪基本上在10月至次年4月出現(xiàn)，3月降雪日數(shù)最多為6.49d，1月積雪日數(shù)最多為10.69d，降雪日數(shù)也較多，所以1月是高鐵沿線降雪(積雪)的關(guān)鍵服務(wù)期。

2.4 大風(fēng)

大風(fēng)是影響高鐵運(yùn)行最為嚴(yán)重的天氣之一，如冬季的寒潮大風(fēng)，夏季的短時(shí)雷雨大風(fēng)等都是鐵路部門重點(diǎn)防范的氣象災(zāi)害。大風(fēng)作用下，客運(yùn)專線動(dòng)車組空氣動(dòng)力性能變差，列車的空氣阻力、升力、橫向力增加，高鐵的橫向穩(wěn)定性也受到影響[3]。張呼高鐵沿線年平均大風(fēng)日數(shù)為25.61d，以興和段年平均大風(fēng)日數(shù)最多為38.58d，以察右前旗段年平均降雨日數(shù)最少為15.6d(見表1)。從時(shí)間分布上看，春季內(nèi)蒙古氣旋頻繁活動(dòng)，大風(fēng)出現(xiàn)多，其中5月最多(見表2)。

2.5 低能見度(霧、霾、沙塵暴等)

霧霾可能造成接觸網(wǎng)閃絡(luò)、絕緣子導(dǎo)電、線路短路跳閘等故障[4]。2013年1月，京廣高鐵D2031次列車行駛到河南信陽附近時(shí)由于發(fā)生了“霧閃”現(xiàn)象停車，致使千余名旅客滯留。實(shí)踐證明，能見度200m以上的天氣對(duì)高鐵影響不大，但是能見度200m以下的天氣(霧、霾、沙塵暴、降雨、降雪、揚(yáng)沙等)對(duì)列車運(yùn)行有一定影響，需要限速運(yùn)行。張呼高鐵沿線興和段出現(xiàn)霧、霾和沙塵暴日數(shù)最多(見表1)，從其日數(shù)月分布可得知分別在8月、12月和4月出現(xiàn)最多(見表2)。

2.6 低溫

低溫天氣下，對(duì)接觸網(wǎng)和軌道都有安全隱患，在高寒環(huán)境下，高鐵列車EPR電纜終端會(huì)頻繁出現(xiàn)擊穿故障的問題。當(dāng)有低溫大雪天氣時(shí)，鐵軌出現(xiàn)積雪和冰凍，尤其在進(jìn)出口的道岔，影響列車安全行駛。根據(jù)低溫對(duì)高鐵運(yùn)行的影響，統(tǒng)計(jì)最低氣溫-15℃的低溫日數(shù)，發(fā)現(xiàn)低溫天氣是張呼高鐵沿線出現(xiàn)最多的天氣之一，僅在降雨之后，需要重點(diǎn)防范的路段是卓資段，為88.35d，1月份最多。

2.7 冰雹

內(nèi)蒙古地形復(fù)雜，在太陽的強(qiáng)烈輻射下，由于下墊面的不均勻加熱很容易引起小范圍的強(qiáng)對(duì)流，在天氣系統(tǒng)影響、大氣不穩(wěn)定、地形等原因的綜合作用下，易產(chǎn)生冰雹天氣，冰雹的出現(xiàn)具有局地性強(qiáng)、時(shí)間短、強(qiáng)度大的特點(diǎn)，經(jīng)常伴隨狂風(fēng)驟雨，多發(fā)生在夏季，可造成能見度低、列車機(jī)械損傷、鐵路設(shè)施損壞等問題。由表1可知，集寧段是冰雹日高發(fā)區(qū)，年平均冰雹日數(shù)為3.93d。

3 結(jié)論和討論

通過近60a張呼高鐵沿線氣象災(zāi)害資料分析，氣象災(zāi)害空間分布差異較大，對(duì)高鐵運(yùn)行的影響各有不同。張呼高鐵內(nèi)蒙古段雷暴、強(qiáng)降水和低溫災(zāi)害發(fā)生頻次多，其中興和段是大風(fēng)和低能見度災(zāi)害多發(fā)區(qū)，卓資段是強(qiáng)降水和低溫災(zāi)害多發(fā)區(qū)，這些氣象災(zāi)害對(duì)高鐵運(yùn)行的影響十分顯著，是需要針對(duì)氣象災(zāi)害分布特征防范的重點(diǎn)區(qū)域。

統(tǒng)計(jì)分析張呼高鐵沿線主要?dú)庀鬄?zāi)害的重點(diǎn)防范時(shí)間，雷暴和降雨為7月，降雪(積雪)和低溫為1月，霧為8月，霾為12月，沙塵暴為4月，冰雹為6月。在不同月份有針對(duì)性地開展不同的高鐵氣象預(yù)報(bào)服務(wù)，能使服務(wù)產(chǎn)品更加專業(yè)化。

高鐵氣象災(zāi)害特征是以張呼高鐵沿線的氣象資料為基礎(chǔ)，未來可根據(jù)氣象災(zāi)害的分布特征不斷完善高鐵氣象監(jiān)測系統(tǒng)，收集高鐵沿線的氣象、地質(zhì)、地震資料，通過部門聯(lián)合研究，確定高鐵安全運(yùn)行的高影響氣象災(zāi)害預(yù)警指標(biāo)，減少因氣象災(zāi)害發(fā)生造成的損失，可為高鐵安全運(yùn)行和防災(zāi)減災(zāi)提供有效保障。