哈大高鐵遼寧段高影響天氣條件分析及服務對策

趙淼　徐方姝　侯亞紅　明惠青　孫麗　息濤　關鍵華

【摘要】：運用層次分析法和專家咨詢法，建立哈大高鐵遼寧段不良氣象條件風險評價指標體系，并對構成風險的因子賦予權重，確定暴雨、雪、大風、雷電、大霧、高低溫等為影響哈大高鐵遼寧段運營的主要影響因子。依據近50 a的氣象資料，運用回歸方程對沿線不良氣象條件進行了分析，得出了沿線各種不良氣象條件的天氣特征。針對不良氣象條件對高鐵運營的影響具有時段和路段差異性的特點，分析其對高鐵運營可能造成的影響，確定服務關鍵期。為了減少各類不良氣象條件給高鐵運營帶來的危害，需做好觀測、預報、預警、服務的精細化，從而提高高鐵氣象服務水平。

【關鍵詞】：哈大高鐵；不良氣象條件；服務關鍵期

【引言】：近年來，隨著社會經濟的不斷發展，高鐵作為一種高速便捷的交通工具迅速發展。在全球變暖[1-4]的大背景下，極端天氣事件頻發，自然災害對鐵路安全運營的影響日益凸顯。眾多學者[5-9]已經對不同地段鐵路沿線的不良氣象條件進行了分析并對如何做好服務工作展開探討，并取得積極成果。

哈大高速鐵路是我國目前在最北端的嚴寒地區設計建設標準最高的一條高速鐵路，

沿線有山區、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14.5℃。因此分析該路段不良氣象條件的分布、變化特征以期更加深入細致的開展沿線氣象服務工作，為交通部門防災減災提供決策支撐。

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氣象條件風險評價指標體系和權重，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、雷電、大霧、高低溫等常規氣象觀測資料，運用線性回歸方程，即 y（t）=a0+a1t， y為各要素，t為時間，a為線性趨勢項，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 的變化規律。

2 、分析與結果

2.1層次分析法與專家調查法

利用哈大高鐵遼寧段不良氣象要素，運用層次分析法和專家咨詢法，建立該路段風險評價指標體系[11]，評價指標體系分為：目標層（A）、指標因子層（B）（見圖1），指標因子層從大霧（B1）、暴雨（B2）、雷暴（B3）、大風（B4）、高低溫（B5）、雪（B6 ）6 方面考慮。

根據層次指標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 位專家展開調查，其中包括8 位氣象部門專家，12 位鐵路部門專家。通過計算確定了各指標對目標的權重（圖1），得到各影響因子對應于目標層的權向量，見公式（1） ：

2.2 哈大高鐵遼寧段不良氣象條件的主要特征

2.2.1雨的特征

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

2.2.2雪的特征

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

2.2.3 大風的特征

瞬時風速大于17 m/s稱之為大風。近50 a沿線年平均大風日數總體呈下降趨勢（圖4），大連地區下降最為明顯，平均每10年下降17 d。其中近50 a沿線年平均大風日數最多為大連地區（56.7 d）；遼陽最少（9.5 d）。但近5年沿線年平均大風日數明顯減少，沈陽只有2 d，大連8 d（見圖5）。沿線地區3～5月為大風的多發季節，占全年大風日數的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26 d，其中最多為鐵嶺地區30.4 d。表現出內陸多于沿海的特征。根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343～2004）中的規定，年平均雷暴日數大于20 d而不超過40 d的地區屬于多雷區[11]。沿線雷暴的平均初、終間日數在171.3 d～188.4 d之間，表現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（20： 00時至翌日20： 00時出現大霧計為1個霧日。）統計得出，沿線年平均大霧日數大連地區最多39.6 d。春、夏季是大連地區大霧的高發季節，而其他地區高發季節為秋、冬季。

由圖（7）可見，大連地區年平均大霧日數明顯高于其他地區，總體來看各地大霧日數均呈下降趨勢，其中鞍山地區下降幅度最大，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（日最高氣溫≥35 ℃）以及低溫日數（日最低氣溫≤-22 ℃）的歷史資料進行統計， 結果表明：低溫日數從北向南逐漸遞減，鐵嶺地區出現低溫的日數最多，平均每年15.7 d。沿線年平均高溫日數大連、營口地區沒有，其它地區不足1 d。近50 a沿線極端最高、最低氣溫均出現在鐵嶺地區。

3、 不良氣象條件對高鐵安全運營的影響及應對措施

3.1不良氣象條件對高鐵運營的影響

（1）大暴雨及連續暴雨天氣會導致路基積水、浸泡、松軟、漬澇，沿線還可能發生地質災害如：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，對駕駛產生影響。另外積雪融化，當氣溫下降時還會結冰，從而破壞鐵路設施。

（3）八級以上的大風對高鐵線路、沿線的通訊設備可能造成損壞，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）大霧天氣主要會導致絕緣閃絡、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生錯覺進而影響駕駛員的觀察能力和判斷能力。

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

3.2 減少不良氣象條件對高鐵安全運營的應對措施

針對各種不良氣象條件給高鐵運營帶來的嚴重危害，除強化管理、加強巡檢及對鐵路設施定期檢修外，還應建立交通、氣象共享機制，實現氣象信息、鐵路運營信息、交通安全信息共享，并以此為基礎，建立鐵路安全氣象預警業務，為鐵路調度、運營提供決策依據。

（1）由于季節不同，災害種類不同，影響的程度、影響的區域不同，氣象部門應根據不同氣象條件下可能會對高鐵的運行所造成的影響，及時發布預報、預警信息。

（2）以預報為核心，預警為先導，決策為根本，做好觀測、預報、預警、服務的精細化。

（3）要以先進的信息技術為核心，做好氣象服務的平臺；以先進技術為支撐做好監測、預報、預警等服務工作。

（4）鐵路部門與氣象部門需要加強合作，開展科研課題，建立起互通互用的機制，提供氣象預警，幫助列車快速反應、及時處置，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，以確保鐵路電力設施安全可靠運行。

4 、 結論與討論

（1） 運用層次分析法和專家咨詢法，建立哈大高鐵遼寧段風險評價指標體系，并對構成風險的因子賦予權重，確定大風、雷電、暴雨、雪、大霧、高低溫為影響高鐵運營的主要影響因子。

（2）依據近50 a的氣象資料，對哈大高鐵遼寧段沿線大風、雷電、暴雨、雪、大霧、高低溫不良氣象條件天氣進行了分析，得出了沿線各種不良氣象條件天氣特征。

（3）針對不良氣象條件天氣對高鐵影響具有時期和路段差異性的特點， 分析了這些不良氣象條件天氣對高速交通的影響程度，確定出大風、雷電、暴雨、雪、大霧五種主要不良氣象條件天氣服務關鍵期。

（4）做好高鐵氣象服務需進一步開展氣象對高鐵影響機理的研究。建立交通、氣象共享機制，實現氣象信息、鐵路運營信息、交通安全信息共享，及時準確發布預報預警信息并加強與鐵路管理部門的合作。

【參考文獻】：

[1]丁一匯，戴曉蘇.中國近百年來的溫度變化.氣象，1994，20（12）：19-26.

[2]任國玉，徐銘志，初子瑩等.近54年中國地面氣溫變化.氣候與環境研究，2005，10（4）：719-721.

[3] 孫風華，楊修群，路爽等.東北地區平均、最高、最低氣溫的時空變化特征及對比分析.氣象科學，2006，26（2）：158-161.

[4]趙春雨，劉勤明，李晶等.遼寧省近 48年來氣候變化研究[J].氣象，2000，26（5）：32-35.

[5]謝靜芳，施舍，王寶書等.哈大高速鐵路運營氣象服務需求探討[J].吉林氣象.2013.4 .：38-40

[6]王旭，劉旭升，張永瑞等.鐵路專業氣象服務探討[J].吉林農業.2012.12（274）：142

[7]拉巴卓瑪，普布貴吉.青藏鐵路沿線近40 年氣候變億和氣象災害特征[J]. 西藏科技2007.170 .（6）：66-67

[8]郭潔，晉冀蜀，蒲吉光等.鐵路氣象服務作用與效益調查評估[J]. 2007.100.（2）： 41-43

[9]劉麗霞.高速鐵路防災氣象監測系統設計[J]. 2 010. 1 8（ 9）：1979-1981

[10]史軍，穆海振，崔林麗等. 上海大霧氣候特征及風險區劃研究[J]. 2012：21（3）：102-104

[11] GB50343～2004 建筑物電子信息系統防雷技術規范 [S].北京：中國建筑工業出版社，2004.

[12]楊尚英.“西-寶”高速公路不良氣象條件分析及對策[J]. 防災科技學院學報.2008，10（4）：47-48.