新疆主要高速公路氣象災害特征分析

艾冠男，潘新民，張新軍

（新疆氣象服務中心，新疆 烏魯木齊 830002）

隨著經濟的不斷快速發展，交通運輸已成為國民生產的重要組成部分[1-3]。近年來，極端災害性天氣頻發，給交通行業帶來了很大壓力[4-9]。研究表明，59%的重大交通事故與氣象因素有關；35.6%的公路交通阻斷是由于天氣原因造成[10]。新疆作為我國“一帶一路”的重要樞紐，其公路交通在國內和國際交通運輸網絡中的地位和作用日益凸顯。但災害性天氣對交通運輸行業帶來的壓力卻逐步增加，公眾對出行安全保障的要求也越來越高[11]。

近年來，對于公路交通氣象災害方面的研究已受到眾多專家及相關單位的高度重視[12-16]。郭春燕[17]通過研究明確了內蒙古高速公路易發的6 種氣象災害，但針對不同氣象災害的落區尚未定論。張靜等[18]通過專家評估法、統計分析法等分析了青海東部地區高速公路致災氣象因子的臨界值。王春玲等[19]通過ArcGIS 空間分析法和AHP 層次分析法對京津冀地區高速公路冰凍災害進行了風險區劃。針對新疆高速公路氣象災害的研究目前大多局限于單一災害，利用交通阻斷信息結合氣象數據對不同高速公路氣象災害種類的綜合分析和災害落區研究尚未討論。

G30、G3012、G217 線作為新疆主要高速公路網，途經山脈、沙漠、戈壁、綠洲等不同復雜地形，氣象災害種類繁多。本文基于高速公路阻斷數據，結合公路沿線10 km 以內氣象觀測站點資料，通過統計分析、專家分析、實地勘測、問卷調查等方法對上述高速公路的氣象災害種類進行研究，分析了災害的時空分布特征，以期為管理部門針對性加強氣象災害防范、完善應急搶險方案及大氣環境治理提供科學依據，旨在為減少因氣象災害造成的國民經濟損失，保障人民生命財產安全提供指示意義。

2022 年中國氣象局、公安部、交通運輸部聯合計劃開展省級惡劣天氣高影響路段優化提升工作，本文研究結論可對交通氣象災害風險區劃及觀測站網布局優化工作提供參考依據。

1 資料與方法

1.1 高速公路選擇

選取G30 連霍高速（霍爾果斯至哈密段）、G3012 吐和高速（吐魯番至喀什段）、G217 阿塔國道（阿勒泰至庫車段）為基本對象。

1.2 資料來源

采用的2010—2018 年高速公路交通阻斷數據由新疆交管部門提供，數據包含阻斷開始時間及恢復時間、影響路段、災害類型和詳細阻斷情況說明，共9 類氣象災害，800 余條數據。選用的高速公路沿線10 km 范圍內新疆常規氣象站點2010—2018 年逐日地面觀測資料（包含氣溫、最高氣溫、降水量、能見度、極大風速等常規氣象觀測要素）來源于新疆氣象信息中心。

1.3 數據處理方法

基于2010—2018 年交通阻斷數據，結合同期氣象歷史數據，采用統計分析法，篩選出因氣象因素造成的交通阻斷數據，確定新疆主要高速公路受災類型。

1.4 災害隱患點（段）挑選方法

采用專家評估法和實地勘測法，根據公路管理局相關專家對因氣象因素造成的事故多發路段進行評估，同時采用實地勘測法詳細了解道路實際情況，搜集高速公路基本信息、事故多發路段道路形態、土壤結構及植被覆蓋率等，確定災害隱患點（段）[20-21]。

1.5 致災氣象因子臨界值確定法

采用問卷調查法，專家由交管、氣象部門組成。調查公路交通監管運營部門氣象災害防御相關業務標準規范，結合交通阻斷信息資料、氣象歷史資料，得出本地化致災氣象因子臨界值[22-24]。

2 結果與分析

2.1 主要公路氣象災害及其區域分布特征

通過對G30、G3012、G217 線新疆境內路段氣象災害風險普查及災害數據分析得出，影響新疆高速公路主干線的氣象災害主要有8 種，分別為道路結冰（24.3%）、積雪（20.9%）、暴雨（15.5%）、大霧（13.5%）、大風（10.5%）、沙塵（4.7%）、高溫（4.7%）、次生災害（3.6%）及風吹雪（2.4%）。氣象災害在不同路段上有明顯的區域分布特征（圖1）。

圖1 新疆主要高速公路氣象災害的空間分布

G30 主要受道路結冰、積雪、大霧、大風、高溫災害影響。受道路結冰、積雪和大霧災害引起的交通管制路段主要集中在K3600～K3799 段（烏魯木齊至奎屯轄區），積雪易發路段與吳彥等[22]北疆公路積雪在烏魯木齊至烏蘇一線居多的結論契合。受大風災害引起的交通管制路段主要集中在K3421～K3472 段（三十里風區）、K2920～K3170 段（百里風區），與陳文友等[23]、張太西等[25]的風害風險區劃大致相同。高溫主要集中在K3310～K3472 段（吐魯番至鄯善轄區）。G30 作為北疆主要高速公路之一，與天山山脈大致平行，呈東西向，緯度和地形強迫抬升作用是導致天山中部及其兩側冬季降雪天氣明顯的原因之一[26-27]。路面溫度晝夜差異大，可能是導致路面結冰、積雪災害相對集中的原因之一。受天山山脈獨特的地形影響，在吐魯番地區和哈密地區形成了三十里和百里兩大風區，風區以偏北風為主導風向，并與東西走向的公路形成橫風效應，這是上述路段出現大風災害的主要原因。

G3012 主要受暴雨、沙塵、大風、高溫災害影響。受暴雨災害引起的交通管制主要集中在K720～K975 段（克州至阿克蘇轄區），以短時強對流引起的降水為主，與劉艷等[28]提出的新疆暴雨型洪水災害高風險區位于南疆西部山區和天山南坡中段的結論一致。沙塵、大風災害以分散性分布為主，交通管制主要以大風引起的沙塵為主。高溫主要集中在K80～K0 段（托克遜至吐魯番轄區）。G3012 大部位于塔克拉瑪干沙漠邊緣，沙塵以翻山的西北風和海平面氣壓差異引起的偏東風為主，大風強度弱于G30 風口。

G217 對交通安全影響最大的災害主要為暴雨、積雪、次生災害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）、大風。暴雨、次生災害主要集中在“獨庫”路段，“獨庫”路段積雪無固定發生季節，大風主要集中在克拉瑪依轄區。

綜上，新疆主要高速公路氣象災害區域化分布特征明顯，G30 主要受道路結冰、積雪、大霧、大風、高溫災害影響，G3012 主要受暴雨、沙塵、大風、高溫災害影響，G217 主要受暴雨、積雪、次生災害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）影響。高頻氣象災害也與新疆獨特地形和緯度有關。新疆特殊地形使得山區暴雨具有強度大、歷時短、發生概率高的特點，對山區公路成災率極高。G30 主體靠近且平行于天山山脈北坡，天山山脈對氣流有分流和阻擋抬升作用，會引發強垂直運動，促使水汽向上層輸送，使降水在山脈迎風坡一側有明顯增幅。受天山山脈獨特的地形影響，在吐魯番地區和哈密地區形成了三十里和百里兩大風區，風區以偏北風為主導風向，并與東西走向的公路形成橫風效應。受緯度等因素影響，新疆地處我國西北干旱、半干旱區，G3012 分布在塔克拉瑪干沙漠周圍，荒漠化土地居多，防沙能力較弱，導致常年頻繁受風沙災害。

2.2 氣象災害季節分布特征

在分析新疆主要高速公路受災類型的基礎上，對氣象災害的時間分布進行了統計分析。影響新疆主要高速公路的氣象災害具有明顯的季節分布特征（圖2）。冬季（12 月—次年1 月）災害發生頻次最多，以道路結冰、積雪、大霧為主；其次為春季（3—4月），大風、沙塵和道路結冰災害頻發；夏季（6—7月）以強降雨、高溫、次生氣象災害最為突出；秋季氣象災害相對較少。

圖2 新疆高速公路氣象災害的月變化

冬季道路結冰、積雪、大霧災害明顯。冬季的陰霧天氣是新疆比較特殊的氣象災害，凡出現霧或由霧抬升的低云（主要是層云、碎云，有時也有閉光高層云、層積云）維持半天以上，或者夜間出現的霧維持到第二天的12 時以后，能見度＜1 000 m 的霧稱為陰霧天氣[29]。北疆冬季持續時間長，積雪穩定深厚，同時受天山山脈地形影響，容易形成較為強烈的逆溫層，導致近地面層發生陰霧天氣且維持時間較長，多者持續10 d 以上，對行車安全影響極大。

春季大風災害頻發。由于春季天氣變化比較劇烈，冷空氣活動較為頻繁，受峽谷效應影響，G30 三十里、百里風區、G217 克拉瑪依轄區、G3012 阿圖什至庫車轄區在冷空氣入侵時以西北大風為主，冷空氣過后，G3012 阿圖什至庫車轄區以偏東風引起的沙塵災害為主。

夏季高溫、暴雨、次生災害特殊。吐魯番地區作為我國著名的“火洲”，因盆地地形，熱量易聚集于此，夏季地面最高氣溫局地可達45 ℃以上。G217“獨庫”段橫穿復雜天山山脈，受地形影響，夏季頻發短時強降水，同時帶來的泥石流、塌方、融雪性洪水等次生災害對交通造成的影響極大。

相對于其他地區，G30 災害性大風、冬季的陰霧是新疆比較特殊的氣象災害。

2.3 氣象災害隱患點（段）基本信息分析

通過氣象災害風險普查得知，G30、G3012、G217高速公路氣象災害風險隱患點（段）共計50 個，其中G217 分布最多，為22 個。50 個災害隱患點（段）的路基巖土類型以碎石土為主，占94%。災害隱患點（段）的道路形態以彎道為主，G217 隱患點（段）均為彎道。G30、G3012 植被覆蓋率較低，G217 整體植被覆蓋率表現出較明顯的區域化。

通過交管、氣象部門組成的專家調查，對現有致災氣象因子臨界值參考指標進行本地化初步訂正（表1）。

表1 高速公路致災氣象因子臨界值

3 結論

（1）G30、G3012、G217 線高速公路所受的氣象災害主要有道路結冰、積雪、暴雨、大霧、大風、沙塵、高溫、次生災害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）及風吹雪。

（2）G30、G3012、G217 線高速公路所受的氣象災害有明顯的區域化分布特征。G30 線高速公路以道路結冰、積雪、大霧、大風、高溫災害為主，且分別有易發區。G3012 線高速公路暴雨、高溫災害路段相對集中，沙塵、大風災害呈分散性分布。G217 線高速公路的強降雨及次生災害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）主要集中在“獨庫”路段山區。

（3）影響新疆主要高速公路的氣象災害具有明顯的季節分布特征。冬季氣象災害頻次最多，以公路積雪、大霧和路面結冰為主。其次為春季，主要為大風、沙塵和道路結冰。夏季以強降雨、大風及次生氣象災害最為突出。秋季氣象災害相對較少。

（4）相對于其他地區，G30 災害性大風、冬季的陰霧是新疆公路比較特殊的氣象災害。

（5）對致災氣象因子臨界值指標進行了本地化初步訂正。

結合本文研究結論，建議今后針對氣象災害風險區劃、氣象災害形成機理及發生發展規律的研究，在風險普查的基礎上需采用多部門數據共同分析，以期取得更精準和更具有科學代表性的研究成果。同時需加快新疆高速公路交通氣象監測和預警設施的建設，針對氣象災害易發路段增加可視化預報、預警顯示屏，完善氣象服務工作。

由于新疆鐵路沿線與公路大部基本并行，上述研究結論也可為新疆鐵路氣象災害防御提供參考，對提高新疆交通安全運營的服務能力和水平具有指示意義。但研究內容仍有不足，致災氣象因子臨界值和氣象災害預警機制有待深入研究。