新疆主要高速公路氣象災(zāi)害特征分析

艾冠男，潘新民，張新軍

（新疆氣象服務(wù)中心，新疆 烏魯木齊 830002）

隨著經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，交通運輸已成為國民生產(chǎn)的重要組成部分[1-3]。近年來，極端災(zāi)害性天氣頻發(fā)，給交通行業(yè)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(guān)；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(nèi)和國際交通運輸網(wǎng)絡(luò)中的地位和作用日益凸顯。但災(zāi)害性天氣對交通運輸行業(yè)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(zāi)害方面的研究已受到眾多專家及相關(guān)單位的高度重視[12-16]。郭春燕[17]通過研究明確了內(nèi)蒙古高速公路易發(fā)的6 種氣象災(zāi)害，但針對不同氣象災(zāi)害的落區(qū)尚未定論。張靜等[18]通過專家評估法、統(tǒng)計分析法等分析了青海東部地區(qū)高速公路致災(zāi)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(qū)高速公路冰凍災(zāi)害進行了風(fēng)險區(qū)劃。針對新疆高速公路氣象災(zāi)害的研究目前大多局限于單一災(zāi)害，利用交通阻斷信息結(jié)合氣象數(shù)據(jù)對不同高速公路氣象災(zāi)害種類的綜合分析和災(zāi)害落區(qū)研究尚未討論。

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

2022 年中國氣象局、公安部、交通運輸部聯(lián)合計劃開展省級惡劣天氣高影響路段優(yōu)化提升工作，本文研究結(jié)論可對交通氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃及觀測站網(wǎng)布局優(yōu)化工作提供參考依據(jù)。

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(shù)據(jù)由新疆交管部門提供，數(shù)據(jù)包含阻斷開始時間及恢復(fù)時間、影響路段、災(zāi)害類型和詳細阻斷情況說明，共9 類氣象災(zāi)害，800 余條數(shù)據(jù)。選用的高速公路沿線10 km 范圍內(nèi)新疆常規(guī)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(fēng)速等常規(guī)氣象觀測要素）來源于新疆氣象信息中心。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

基于2010—2018 年交通阻斷數(shù)據(jù)，結(jié)合同期氣象歷史數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計分析法，篩選出因氣象因素造成的交通阻斷數(shù)據(jù)，確定新疆主要高速公路受災(zāi)類型。

1.4 災(zāi)害隱患點（段）挑選方法

采用專家評估法和實地勘測法，根據(jù)公路管理局相關(guān)專家對因氣象因素造成的事故多發(fā)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(fā)路段道路形態(tài)、土壤結(jié)構(gòu)及植被覆蓋率等，確定災(zāi)害隱患點（段）[20-21]。

1.5 致災(zāi)氣象因子臨界值確定法

采用問卷調(diào)查法，專家由交管、氣象部門組成。調(diào)查公路交通監(jiān)管運營部門氣象災(zāi)害防御相關(guān)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合交通阻斷信息資料、氣象歷史資料，得出本地化致災(zāi)氣象因子臨界值[22-24]。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要公路氣象災(zāi)害及其區(qū)域分布特征

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

圖1 新疆主要高速公路氣象災(zāi)害的空間分布

G30 主要受道路結(jié)冰、積雪、大霧、大風(fēng)、高溫災(zāi)害影響。受道路結(jié)冰、積雪和大霧災(zāi)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(qū)），積雪易發(fā)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(jié)論契合。受大風(fēng)災(zāi)害引起的交通管制路段主要集中在K3421～K3472 段（三十里風(fēng)區(qū)）、K2920～K3170 段（百里風(fēng)區(qū)），與陳文友等[23]、張?zhí)鞯萚25]的風(fēng)害風(fēng)險區(qū)劃大致相同。高溫主要集中在K3310～K3472 段（吐魯番至鄯善轄區(qū)）。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(dǎo)致天山中部及其兩側(cè)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(dǎo)致路面結(jié)冰、積雪災(zāi)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(qū)和哈密地區(qū)形成了三十里和百里兩大風(fēng)區(qū)，風(fēng)區(qū)以偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，并與東西走向的公路形成橫風(fēng)效應(yīng)，這是上述路段出現(xiàn)大風(fēng)災(zāi)害的主要原因。

G3012 主要受暴雨、沙塵、大風(fēng)、高溫災(zāi)害影響。受暴雨災(zāi)害引起的交通管制主要集中在K720～K975 段（克州至阿克蘇轄區(qū)），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(zāi)害高風(fēng)險區(qū)位于南疆西部山區(qū)和天山南坡中段的結(jié)論一致。沙塵、大風(fēng)災(zāi)害以分散性分布為主，交通管制主要以大風(fēng)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(qū)）。G3012 大部位于塔克拉瑪干沙漠邊緣，沙塵以翻山的西北風(fēng)和海平面氣壓差異引起的偏東風(fēng)為主，大風(fēng)強度弱于G30 風(fēng)口。

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

綜上，新疆主要高速公路氣象災(zāi)害區(qū)域化分布特征明顯，G30 主要受道路結(jié)冰、積雪、大霧、大風(fēng)、高溫災(zāi)害影響，G3012 主要受暴雨、沙塵、大風(fēng)、高溫災(zāi)害影響，G217 主要受暴雨、積雪、次生災(zāi)害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）影響。高頻氣象災(zāi)害也與新疆獨特地形和緯度有關(guān)。新疆特殊地形使得山區(qū)暴雨具有強度大、歷時短、發(fā)生概率高的特點，對山區(qū)公路成災(zāi)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(fā)強垂直運動，促使水汽向上層輸送，使降水在山脈迎風(fēng)坡一側(cè)有明顯增幅。受天山山脈獨特的地形影響，在吐魯番地區(qū)和哈密地區(qū)形成了三十里和百里兩大風(fēng)區(qū)，風(fēng)區(qū)以偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向，并與東西走向的公路形成橫風(fēng)效應(yīng)。受緯度等因素影響，新疆地處我國西北干旱、半干旱區(qū)，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(dǎo)致常年頻繁受風(fēng)沙災(zāi)害。

2.2 氣象災(zāi)害季節(jié)分布特征

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

圖2 新疆高速公路氣象災(zāi)害的月變化

冬季道路結(jié)冰、積雪、大霧災(zāi)害明顯。冬季的陰霧天氣是新疆比較特殊的氣象災(zāi)害，凡出現(xiàn)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(xiàn)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(xù)時間長，積雪穩(wěn)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(dǎo)致近地面層發(fā)生陰霧天氣且維持時間較長，多者持續(xù)10 d 以上，對行車安全影響極大。

春季大風(fēng)災(zāi)害頻發(fā)。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(yīng)影響，G30 三十里、百里風(fēng)區(qū)、G217 克拉瑪依轄區(qū)、G3012 阿圖什至庫車轄區(qū)在冷空氣入侵時以西北大風(fēng)為主，冷空氣過后，G3012 阿圖什至庫車轄區(qū)以偏東風(fēng)引起的沙塵災(zāi)害為主。

夏季高溫、暴雨、次生災(zāi)害特殊。吐魯番地區(qū)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(fù)雜天山山脈，受地形影響，夏季頻發(fā)短時強降水，同時帶來的泥石流、塌方、融雪性洪水等次生災(zāi)害對交通造成的影響極大。

相對于其他地區(qū)，G30 災(zāi)害性大風(fēng)、冬季的陰霧是新疆比較特殊的氣象災(zāi)害。

2.3 氣象災(zāi)害隱患點（段）基本信息分析

通過氣象災(zāi)害風(fēng)險普查得知，G30、G3012、G217高速公路氣象災(zāi)害風(fēng)險隱患點（段）共計50 個，其中G217 分布最多，為22 個。50 個災(zāi)害隱患點（段）的路基巖土類型以碎石土為主，占94%。災(zāi)害隱患點（段）的道路形態(tài)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(xiàn)出較明顯的區(qū)域化。

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

表1 高速公路致災(zāi)氣象因子臨界值

3 結(jié)論

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

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

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

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

（5）對致災(zāi)氣象因子臨界值指標(biāo)進行了本地化初步訂正。

結(jié)合本文研究結(jié)論，建議今后針對氣象災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃、氣象災(zāi)害形成機理及發(fā)生發(fā)展規(guī)律的研究，在風(fēng)險普查的基礎(chǔ)上需采用多部門數(shù)據(jù)共同分析，以期取得更精準(zhǔn)和更具有科學(xué)代表性的研究成果。同時需加快新疆高速公路交通氣象監(jiān)測和預(yù)警設(shè)施的建設(shè)，針對氣象災(zāi)害易發(fā)路段增加可視化預(yù)報、預(yù)警顯示屏，完善氣象服務(wù)工作。

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