氣象條件對天津港爆炸事故應急救援服務的影響分析

徐靈芝，呂江津，卜清軍，胡 潮，靳振華

(1.天津濱海新區氣象局 天津 300457；2.天津市氣象局 天津 300074)

0 引 言

2015年天津港“8·12”爆炸事故是發生在天津濱海新區的特別重大安全生產責任事故，造成了304幢建筑物、12,428輛商品汽車、7,533個集裝箱受損，165人遇難，798人受傷，依據《企業職工傷亡事故經濟損失統計標準》等標準和規定統計，核定直接經濟損失 68.66億元[1]。近年來城市應急研究取得一系列重要成果，學術界主要從應急預案體系和管理系統[2]、應急預案評價[3]以及災難風險理論研究[4]等方面進行了大量研究，而對應急救援過程中所涉及的大氣、環境等自然因素方面研究較少。此次天津港爆炸事故中瑞海公司儲存的危險貨物的化學組分，確定有129種化學物質發生爆炸燃燒或泄漏擴散，其特殊性對搶險救災工作提出了極高要求，特別是對風和降水等氣象要素異常敏感，對氣象服務要求極高，具體表現在：一是風力風向決定現場的濃煙和空氣中的有毒污染物擴散方向，對前期搶救工作的處置、周邊居民是否疏散和民眾的心理起到至關重要的作用；二是由于爆炸核心區范圍內存有大量有毒危化品，如氰化鈉遇水將產生劇毒氣體，降水甚至弱降水都會對現場救援和周圍民眾帶來生命危險，大雨或暴雨將會導致核心區污水外溢擴散和濱海新區地下排放擴散，進而污染地下水和海水。通過加強對爆炸核心區的實時氣象監測，實現救援相關部門監測預警信息共享，氣象服務為指揮搶險救災工作發揮了重要作用。本文僅從自然條件角度討論爆炸事故發生的原因以及救援過程中的氣象環境條件影響。

1 溫濕條件對爆炸事故發生的影響

國務院天津港“8·12”瑞海公司危險品倉庫特別重大火災爆炸事故調查組，經過現場勘驗和調查取證，查明事故的直接原因是瑞海公司危險品倉庫集裝箱內硝化棉由于濕潤劑散失出現局部干燥，在高溫天氣等因素的作用下加速分解放熱，積熱自燃，引起危險化學品長時間大面積燃燒，導致堆放于運抵區的硝酸銨等危險化學品發生爆炸[1]。調查組同時認定了此次安全生產事故的性質和責任，提出了對相關責任單位和責任人員的處理建議[5]。

監測顯示，天津港爆炸事故發生時刻(2015年8月12日23時30分)天氣為晴天，能見度9,734,m，國家基本站氣溫 29.3,℃，相對濕度 58%,，風向西南西，風速 2.1,m/s，整個夜間風向風力基本穩定，沒有出現雷電、降水等天氣現象。從氣象條件分析，自8月11日早晨08∶00時開始(見圖1)，海平面氣壓波動下降，12日白天陡然下降，到 17∶00時降至最低1,004.4,hPa；相對濕度存在日變化，11日最小相對濕度43%,，出現在13∶00時，12日最小相對濕度繼續減小，為 33%,，出現在 14：00時，也正是在此時，氣溫達到日最高 36.0,℃，此時距離爆炸發生時間相距9,h。由此可見，12日午后濕度小、氣溫高、氣壓低，這種干熱天氣成為爆炸當日天氣特點，也是造成爆炸事故發生的直接原因。

圖1 2015年 8月 11日 08∶00時～13日 08∶00時相對濕度、氣溫和氣壓要素時間序列Fig.1 Time series of relative humidity，air temperature and pressure elements from 08∶00 on August 11，2015 to 08∶00 on August 13，2015

分析 8月份逐日午夜 23∶00時氣象要素變化情況(見圖 2a)，氣溫平均值為 26.3,℃，而 12日 23∶00時為 29.5,℃，列全月第三高值，僅次于13日 29.8,℃和 17日 29.6,℃，可見 12日前半夜的氣溫在8月里是屬于偏高的；逐日 23∶00時相對濕度平均值為72%,，而 12 日 23∶00 時為 57%,，列全月第三低值，僅次于14日44%,和21日54%,，可見12日前半夜的相對濕度是屬于偏低的。這也表明，就濱海新區 8月份逐日夜間氣象條件看，12日這天的夜間屬于氣溫偏高、濕度偏低情況。縱觀 8月天氣(見圖 2b)，月平均最高氣溫 31.1,℃，12日白天最高氣溫達 36.0,℃，這也是 8月份全月的極端最高氣溫。從氣候資料分析可知，濱海新區歷年月平均最高氣溫出現在 7月，為30.2,℃，8月次之，為 29.8,℃，其原因為 8月份渤海灣西岸長期受副高北抬影響，濕度大，溫度比較難升高，歷史極值 7月份可達 40.9,℃，出現在 1999年，8月份極值為37.4,℃，出現在1997年；8月月平均相對濕度 67%,，12日最小相對濕度 28%,，列全月第二低值。由此可見，8月 12日成為全月極端高溫日，接近極端最小相對濕度日，地面 0,cm 地溫也達到非常高的水平。以上分析表明8月12日氣象條件非常容易造成爆炸事故發生，如未加防范，必將造成重大災害事故。

圖2 2015年8月逐日氣象要素時間序列Fig.2 Daily meteorological elements in August 2015

2 風向風速對爆炸事故救援的影響

搶險救災初期，爆炸核心區的明火在短時間內不能完全撲滅，同時還伴有濃煙，風向風速對空氣中的有毒或者污染物擴散起到決定性作用。經現場檢測與專家研判確定，本次事故關注的大氣環境特征污染物為硫化氫、氰化氫、三氯甲烷、氨氣和甲苯等揮發性有機物，救援初期現場指揮部門對風特別是風向的預報要求極高，因為隨著風向改變，一些有毒氣體擴散方向亦發生改變，將給爆炸核心區救援官兵以及周邊居民帶來新的危險，如果預報風向有利于污染物向內陸擴散，現場指揮部的工作重點將轉變為繼續撲滅爆炸點明火并清理現場，同時安排撤離或者疏散方圓5,km的居民。

8月 12日天津西北部存在低壓，濱海新區處于低壓前部，受西南偏西風控制，13日低壓逐步向東北方向移動，其強度緩慢減弱，14日濱海新區處于低壓底部控制，仍維持西南風，間有西北風，均由陸地吹向海面，沒有偏東分量的風，屬于安全風向。15日低壓開始北縮減弱，14時始濱海新區開始逐步受海上弱高壓外圍影響，預報風向將在下午開始轉變，由西南風轉為東南風，及時將這一預報信息通知現場指揮部，及早采取應對措施。實況由圖3可見，自12日晚爆炸至 14日中午，的確一直維持西南偏西風或西南偏南風，這均有利于污染物向海面擴散遠離居民區，直到15日下午14∶00時，風向轉為90,°正東風，此后出現了東南風或東北風，污染物開始向內陸擴散，現場指揮部得到氣象信息后決定，將指揮部遷移至下風向處，并將警戒區向外圍擴大3,km。及時有效的風場預報，為現場指揮部決策人員提供依據，將72,h搶險黃金期的工作重點放在核心區搶險上，風向轉變時，有充足的時間做好應對準備。從風速變化看，爆炸后5,d內，因沒有較強天氣系統影響，風速維持日變化，基本在1～5,m/s之間。

圖3 2015年 8月 12日 20∶00時至 16日 20∶00時風向風速時間序列Fig.3 Wind speed time series from 20∶00 on August 12，2015 to 20∶00 on August 16，2015

3 降水對爆炸事故救援的影響

3.1 小雨對事故救援的影響

爆炸發生前期，爆炸核心區及周邊地區存在大量的有毒危化品，同時有上千救援人員在核心區參與各種應急搶險工作，并且周邊還有大量的居民區。如有降水發生，危化品一旦遇水將會發生化學反應潮解，產生劇毒氣體，如氰化鈉遇水產生氰化氫氣體，皮膚傷口接觸、吸入可中毒死亡。因而對降水的預測面臨著與以往本質不同的挑戰，通常情況下將暴雨、短時強降水作為災害性強天氣，但此次爆炸事故關鍵點在于要明確降水是否能夠發生，因為即使是小雨也可能帶來巨大的人員傷亡和民眾恐慌，需要立即將核心區的救援人員及居民進行疏散撤離。

大氣環流背景為 8月 12日高空 500,hPa、700,hPa、850,hPa均有低渦，地面有中心為 997,hPa的低壓，13日貝加爾湖上空的低渦加強并向東移動，14日700,hPa槽線東移至內蒙中部，高空槽和溫度槽重疊，總體位置偏北，低渦南部槽線東移過程中，分裂為南、北兩部分，南部槽移動速度較快，位于天津的西部，地面為低壓帶控制。14日 20∶00時 700,hPa槽減弱移至天津，位置偏北，天津北部處于槽的末端，850,hPa槽線已經東移至渤海，濱海新區上空受偏北氣流控制。15日 08∶00時，700,hPa濱海新區上空轉為北風。根據 EC、日本傳真、T639等模式的形勢場預報，14日濱海新區將處于低渦底部控制，但北部低渦的位置存在不確定性，抬升指數(LI)在天津、河北南部預報值小于-5，溫度場預報 14日最高氣溫32,℃，不穩定能量條件較好，因而降水性質為雷陣雨。分析到水汽輸送條件不利，700,hPa、850,hPa兩高度層西南氣流較小，未達到急流標準，雷陣雨的降水量級預報為小雨。

短臨預報經歷了兩個階段，第一階段14日12∶24時，雷達監測北京與天津交界處出現 20,dBz弱回波(見圖 4a)向東南移動，此后弱回波減弱消散，降水可能性逐步減小，最終并未影響到爆炸點。但之后面臨的難題是，由于此時正值濱海新區盛汛期，局地、突發對流系統多發，就在 13∶36時，距離爆炸點南部50,km 處重新生成局地塊狀混合型強回波，中心值高達 50,dBz，產生降水并伴有雷電，一直維持到 14∶00時(見圖 4b)，通過分析回波演變情況，做出準確判斷，預計此回波將局地生成局地消亡，不會移動影響到爆炸點，同時判斷此次強回波距爆炸點很近，不穩定能量得到了一定釋放，爆炸點附近產生局地性強降水的可能性極小。現場指揮部明確指出，搶險救災黃金72,h分秒必爭，未出現降水前，所有搶救人員仍然奮斗在一線。第二階段在 14∶24時，隨著高空槽云系移近，生成新的弱回波(見圖 4c)，中心強度 30,dBz，呈西南-東北走向，逐步向東北方向移動逼近爆炸點，通過分析判斷爆炸點會受到西南側的回波影響，但回波在移動過程中呈減弱的趨勢，最后預測結論為未來3,h天氣多云轉陰，伴有零星小雨，雨量 1,mm以內，及時將預報結論報告現場指揮部，指揮部依據準確的氣象預報結論，采取了適當防護措施，未進行人員撤離，工作重點仍是核心區搶救。15∶36時天氣系統開始影響爆炸點，但回波已經減弱(見圖 4d)，現場出現了零星小雨，雨量0.1,mm。

圖4 2015年8月14日組合反射率因子回波(dBz)Fig.4 Composite reflectivity factor echo(dBz)，August 14，2015

3.2 強降水對事故救援的影響

經過半個月的救援處置后，工作重點轉移到現場污水處置，爆炸事故對距爆炸中心約 2.3,km范圍內的水體造成污染，主要污染物為氰化物，事故現場兩個爆坑內的積水嚴重污染，散落的化學品和爆炸產生的二次污染物隨消防用水、洗消水和雨水形成的地表徑流匯至地表積水區。爆炸核心區兩個大污水坑外圍設有圍埝防止污水外溢，如遇大雨或暴雨，將會影響核心區污水外溢擴散以及濱海新區地下水排放，形成二次污染，市政服務和現場指揮部要求提前做好降雨氣象服務工作。

8月31日08∶00時～9月1日08∶00時，天津市中南部地區 24,h降水達到暴雨，濱海新區南部大港出現了134,mm的大暴雨，爆炸點所在的濱海新區中部塘沽降水量 34,mm。天氣過程的主要影響系統是高空低渦、切變線和地面輻合線，自 8月 30日高空500,hPa在黑龍江附近就有低渦存在，并不斷向東南方向移動，31日08∶00時雷達顯示天津濱海新區西南側出現了大范圍積層云混合降水回波(見圖 5a)，強度普遍在 30,dBz以上，8∶48時在爆炸點西南側30,km 處，局地生成雷暴單體并迅速發展加強(見圖5b)，并不斷地增強形成帶狀(見圖 5c)，中心強度高達 55,dBz，并自西南向東北移動，逐漸影響爆炸核心區，形成強降水并伴有雷電，17∶00時后回波開始減弱，強度維持 30,dBz(見圖 5d)，形成持續性穩定降水，9月 1日 08∶00時低渦中心位于天津，中心強度更強，低層天津位于低渦的暖切變線附近，溫度露點差為2度，濕度非常有利。

4 結 語

本文通過對天津港“8·12”危化品爆炸事故發生及救援過程中的氣象條件進行分析總結，得到以下結論：

①8月 12日是全月極端高溫日，日最高氣溫36.0,℃，濕度小，最小相對濕度僅為 33%,，氣壓為1,004.4,hPa，這種干熱天氣特點是造成爆炸事故發生的直接原因。

②危化品爆炸事故導致有毒氣體或者污染物擴散，風向風速起到決定性作用。事故殘留的化學品與產生的二次污染物逾百種，對局部區域的大氣環境造成了不同程度的污染。分析表明自 12日晚爆炸至14日中午，持續的西南偏西風或西南偏南風有利于污染物向海面擴散從而遠離城市居民區。在事故發生后的 9,d內，71.3%,的時間為西南和正西風向，有利于污染物快速向海面飄散，8月 25日以后大氣中的特征污染物含量穩定達標。

圖5 2015年8月31日組合反射率因子回波(dBz)Fig.5 Composite reflectivity factor echo(dBz)on August 31，2015

③降水對爆炸事故救援的影響分為兩方面：一是小雨的影響，爆炸核心區及周邊地區存在大量的有毒危化品，如遇降水將會發生化學反應，產生劇毒氣體，將對上千在爆炸核心區參與應急搶險工作的救援人員以及周邊地區的居民帶來巨大的人員傷亡和恐慌，8月 14日爆炸點出現微量降水 0.1,mm，及時準確的預報為現場指揮部門牢牢把握 72,h搶險黃金期提供了重要決策依據；二是強降水的影響，事故現場兩個爆坑內的積水嚴重污染，兩個大污水坑外圍設置了圍埝防止污水外溢。