張呼高鐵內蒙古段氣象災害特征及對鐵路交通的影響分析

賈曉紅，魏 巍，杜 暉

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

隨著鐵路時代的發展，高速鐵路(簡稱“高鐵”)以其載客量高、耗時少、安全性好等優點，在交通運輸中占有舉足輕重的地位。它屬于高架、封閉的系統，主要靠自動化系統完成駕駛，相比普鐵，氣象條件對其運行的影響較小，但在全球氣候變暖和極端天氣事件頻發的大背景下，雷暴、積雪、暴雨、大風等氣象災害對高鐵安全運營的影響趨于嚴重，氣象災害影響高鐵安全運營的事件時有發生[1]。如2019年2月8日，受安徽境內降雪影響，京滬高鐵，滬寧城際鐵路等數十趟高鐵延誤。2020年6月8日，受廣東境內清遠、惠州地區強降雨影響，武廣高鐵、京廣鐵路等途經列車均有不同程度晚點，甚至停運。當高鐵運行遭遇緊急情況或危險天氣時，因為可供減弱和避免事故影響的時間很短，可供選擇的方式也很有限[2]，所以一旦出現任何差錯，都將導致嚴重的后果，威脅乘客的生命安全，造成巨大的經濟損失。

目前，高鐵氣象服務的相關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，主要集中在氣象災害監測預警和風險評估等方面。張呼高鐵作為內蒙古首條高鐵線路，不僅是內蒙古西部進京的快速客運通道，也是國家鐵路網骨架京包、包蘭鐵路通道的重要組成部分。現階段對于高鐵氣象服務較少，因此，針對高鐵沿線氣象災害特征開展研究對提供相關高鐵氣象服務以及確保高鐵安全運營具有十分重要的現實意義。

1 研究資料

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

2 災害性天氣特征及對鐵路交通的影響

2.1 雷暴

雷暴天氣可能直接造成電力設施的故障和損壞，影響高鐵的動力系統，使列車不能正常運行，災害防范難度大，風險高。表1 為張呼高鐵沿線氣象災害空間分布特征，由表1可知，高鐵沿線年平均雷暴日數38.26d，屬于中雷區。其中以興和段年平均雷暴日數最多為41.24d，達到多雷區等級；以呼和浩特段年平均雷暴日數最少為34.04d，處于中雷區等級。表2為張呼高鐵沿線氣象災害時間分布特征，由表2可知，雷暴在3月～11月均有發生，主要集中在夏季，以7月發生最多，頻率和強度的影響更為顯著，高鐵運行的風險增加，是氣象災害防御的關鍵月份。

表1 張呼高鐵沿線氣象災害空間分布特征

表2 張呼高鐵沿線氣象災害時間分布特征

2.2 降雨

高鐵受降雨的影響：①持續降雨可導致電力、通信及路軌等設施故障[1]；②短時強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，主要考慮暴雨引發的山洪、泥石流等次生災害。由表1和表2可知，張呼高鐵沿線年平均降雨日數為78.7d，以卓資段年平均降雨日數最多為86.87d，以呼和浩特段年平均降雨日數最少為70.15d。全年均有發生，主要集中在夏季，7月最多，此月也是近十年暴雨出現頻率最高的月份，要重點預防強降雨及其引發的次生災害。

2.3 降雪(積雪)

降雪對高鐵的影響程度取決于降雪等級，一般來說，因線路上自動融雪設備的安裝，小雪、中雪對高鐵的運行沒有太大的影響，大雪、暴雪可能會影響到高鐵的準時運行。當降雪較大且積雪較厚時可覆蓋鐵路線，如果積雪不及時清除，道岔在動作時將會使積雪被擠壓成冰塊，造成尖軌不密貼的危險。此外，降雪帶來的低溫會使得接觸網、道岔等設施受凍進而影響供電、列車運行方向。經統計，張呼高鐵沿線年平均降雪日數為32.89d，年平均積雪日數為41.29d，其中卓資段最多，呼和浩特段最少，與降雨日數分布一致。降雪和積雪基本上在10月至次年4月出現，3月降雪日數最多為6.49d，1月積雪日數最多為10.69d，降雪日數也較多，所以1月是高鐵沿線降雪(積雪)的關鍵服務期。

2.4 大風

大風是影響高鐵運行最為嚴重的天氣之一，如冬季的寒潮大風，夏季的短時雷雨大風等都是鐵路部門重點防范的氣象災害。大風作用下，客運專線動車組空氣動力性能變差，列車的空氣阻力、升力、橫向力增加，高鐵的橫向穩定性也受到影響[3]。張呼高鐵沿線年平均大風日數為25.61d，以興和段年平均大風日數最多為38.58d，以察右前旗段年平均降雨日數最少為15.6d(見表1)。從時間分布上看，春季內蒙古氣旋頻繁活動，大風出現多，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閃絡、絕緣子導電、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由于發生了“霧閃”現象停車，致使千余名旅客滯留。實踐證明，能見度200m以上的天氣對高鐵影響不大，但是能見度200m以下的天氣(霧、霾、沙塵暴、降雨、降雪、揚沙等)對列車運行有一定影響，需要限速運行。張呼高鐵沿線興和段出現霧、霾和沙塵暴日數最多(見表1)，從其日數月分布可得知分別在8月、12月和4月出現最多(見表2)。

2.6 低溫

低溫天氣下，對接觸網和軌道都有安全隱患，在高寒環境下，高鐵列車EPR電纜終端會頻繁出現擊穿故障的問題。當有低溫大雪天氣時，鐵軌出現積雪和冰凍，尤其在進出口的道岔，影響列車安全行駛。根據低溫對高鐵運行的影響，統計最低氣溫-15℃的低溫日數，發現低溫天氣是張呼高鐵沿線出現最多的天氣之一，僅在降雨之后，需要重點防范的路段是卓資段，為88.35d，1月份最多。

2.7 冰雹

內蒙古地形復雜，在太陽的強烈輻射下，由于下墊面的不均勻加熱很容易引起小范圍的強對流，在天氣系統影響、大氣不穩定、地形等原因的綜合作用下，易產生冰雹天氣，冰雹的出現具有局地性強、時間短、強度大的特點，經常伴隨狂風驟雨，多發生在夏季，可造成能見度低、列車機械損傷、鐵路設施損壞等問題。由表1可知，集寧段是冰雹日高發區，年平均冰雹日數為3.93d。

3 結論和討論

通過近60a張呼高鐵沿線氣象災害資料分析，氣象災害空間分布差異較大，對高鐵運行的影響各有不同。張呼高鐵內蒙古段雷暴、強降水和低溫災害發生頻次多，其中興和段是大風和低能見度災害多發區，卓資段是強降水和低溫災害多發區，這些氣象災害對高鐵運行的影響十分顯著，是需要針對氣象災害分布特征防范的重點區域。

統計分析張呼高鐵沿線主要氣象災害的重點防范時間，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。在不同月份有針對性地開展不同的高鐵氣象預報服務，能使服務產品更加專業化。

高鐵氣象災害特征是以張呼高鐵沿線的氣象資料為基礎，未來可根據氣象災害的分布特征不斷完善高鐵氣象監測系統，收集高鐵沿線的氣象、地質、地震資料，通過部門聯合研究，確定高鐵安全運行的高影響氣象災害預警指標，減少因氣象災害發生造成的損失，可為高鐵安全運行和防災減災提供有效保障。