黃南地區(qū)氣象災(zāi)害特征分析及公路降雨預(yù)警研究

丁立善 張長(zhǎng)棟 石榮善

(1.青海省防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 西寧 810001;2.青海省雜多縣氣象局玉樹 815300;3.青海省河南縣氣象局 黃南 811500)

隨著西北暖濕化日益顯著，造成西北氣象災(zāi)害次數(shù)增加、強(qiáng)度增大，對(duì)本地化的氣象災(zāi)害進(jìn)行分析可以針對(duì)性開展氣象服務(wù)，通過建立有效的公路預(yù)警指標(biāo)，可及時(shí)地減少氣象災(zāi)害對(duì)公路通行的危害。早在20世紀(jì)80年代代歐洲就建立了實(shí)時(shí)公路預(yù)報(bào)系統(tǒng)，我國(guó)公路氣象服務(wù)起步較晚，但發(fā)展速度較快，主要得益于氣象觀測(cè)技術(shù)的進(jìn)步和我國(guó)公路交通建設(shè)的快速發(fā)展[1]。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)公路的氣象災(zāi)害進(jìn)行了研究，張曉美等[2]研究指出青海省公路交通的氣象災(zāi)害主要是強(qiáng)降雨和公路積雪，張金滿等[3]開展了災(zāi)害性天氣交通事故特征及霧天公路通行預(yù)警指標(biāo)體系的研究，德慶卓嘎等[4]開展了公路交通地質(zhì)災(zāi)害氣象預(yù)警， 保廣裕等[5]對(duì)青海省公路沿線強(qiáng)降雪天氣災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了區(qū)劃研究，金欣等[6]對(duì)海東市G6京藏高速公路(馬場(chǎng)垣至平安段)進(jìn)行了氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查與防范對(duì)策的研究。氣象災(zāi)害影響黃南地區(qū)的公路安全通行時(shí)有發(fā)生，如暴雨、強(qiáng)降水引發(fā)的落石、滑坡、泥石流、洪澇，導(dǎo)致公路的通行條件下降，影響著公路交通的安全和保障，如2010年9月21日同仁氣象站測(cè)降水量達(dá)到76.1mm,24h達(dá)到黃色暴雨量級(jí)，引發(fā)洪水、泥石流，致使省道203公路同仁境內(nèi)出現(xiàn)約400余米公路被泥石流掩埋，公路中斷3h，經(jīng)交通部門的組織搶修，于21日凌晨1時(shí)50分左右公路基本恢復(fù)通車。因此通過研究本地化的氣象災(zāi)害的時(shí)空特征發(fā)生及其規(guī)律，采用在公路沿線已建立的氣象自動(dòng)站針對(duì)性的開展公路氣象服務(wù)，建立氣象災(zāi)害公路防范機(jī)制，實(shí)現(xiàn)公路的安全通行就顯得十分必要。在黃南地區(qū)降雨、降雪是造成交通事故最嚴(yán)重的災(zāi)害性天氣[7]，因此加強(qiáng)對(duì)氣象災(zāi)害的分析研究，并制定相應(yīng)的對(duì)策，可以保障公路安全通行，并提高本地化專業(yè)氣象服務(wù)的水平。

1 區(qū)域概況與資料

黃南藏族自治州是青海省的8個(gè)地級(jí)行政區(qū)之一，位于青海省東南部，因地處黃河之南而得名[8]。黃南地區(qū)地形復(fù)雜，呈北低南高，海拔在1956～4946m之間。黃南地區(qū)交通方式單一，澤庫(kù)機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目和西成高鐵項(xiàng)目還在建設(shè)中，目前交通方式主要依靠張汶高速公路G0611(平安—同仁)、省道S203(平安—河南)，所以黃南地區(qū)公路的通行直接影響著黃南人民的生產(chǎn)生活，因此針對(duì)本地化的公路建立氣象公路預(yù)警保障工作就顯得十分重要。

本文采用的氣象災(zāi)害資料是根據(jù)各縣年報(bào)表中統(tǒng)計(jì)而來(lái)的2009-2019年的災(zāi)情信息。災(zāi)情信息主要來(lái)源為氣象部門收集民政局、交通局、應(yīng)急管理局等部門獲取后記錄在每月A文件中，在年底的時(shí)候統(tǒng)一制作J文件中備注保存，降水資料為通過CIMISS氣象數(shù)據(jù)統(tǒng)一服務(wù)接口下載的每日降水量得到，所以數(shù)據(jù)可靠。

2 氣象災(zāi)害特征分析

2.1 氣象災(zāi)害特征

根據(jù)2018年執(zhí)行的《全國(guó)氣象災(zāi)情收集上報(bào)技術(shù)規(guī)范》[9]對(duì)黃南地區(qū)2009-2019年氣象災(zāi)害信息統(tǒng)計(jì)分析可得黃南地區(qū)氣象災(zāi)害圖如圖1所示，分析可得黃南地區(qū)的氣象災(zāi)害有9類，分別是暴雨洪澇、冰雹、雪災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害、大風(fēng)、雷電、其他、干旱和沙塵暴，共有114條災(zāi)情信息記錄，年均10.4條。從氣象災(zāi)害類別的占比分析可得，暴雨洪澇占41.2%，其余為冰雹21.9%、雪災(zāi)9.6%、地質(zhì)災(zāi)害8.7%、大風(fēng)7.0%、雷電7.0%、其他2.6%、干旱0.9%、沙塵暴0.9%，由此分析可得，黃南地區(qū)的主要?dú)庀鬄?zāi)害類別是暴雨洪澇、冰雹、雪災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害，主要?dú)庀鬄?zāi)害類別占比高達(dá)81.4%且主要災(zāi)害容易造成公路、損壞、受阻中斷。

圖1 黃南地區(qū)氣象災(zāi)害圖

2.2 氣象災(zāi)害時(shí)空分布特征

按月統(tǒng)計(jì)2009-2019年黃南地區(qū)氣象災(zāi)害如圖2(a)可得，氣象災(zāi)害主要發(fā)生在5-9月，占比高達(dá)84.2%，其中7月和8月是高發(fā)期，主要是暴雨洪澇、地質(zhì)災(zāi)害、冰雹、雷電，其中2月是雪災(zāi)的高發(fā)期，比較特殊的是12月未有災(zāi)情發(fā)生。按空間分析黃南地區(qū)氣象災(zāi)害如圖2(b)可得，氣象災(zāi)害依次是為河南、同仁、尖扎、澤庫(kù)，河南縣最多高達(dá)55次，澤庫(kù)最少為6次，其余為同仁31次，尖扎21次，河南是氣象災(zāi)害高發(fā)地。

圖2 黃南地區(qū)氣象災(zāi)害時(shí)空分布特征圖

2.3 公路氣象災(zāi)害時(shí)空分布特征

黃南地區(qū)影響公路通行的主要因素是降水誘發(fā)的暴雨洪澇、地質(zhì)災(zāi)害、雪災(zāi)及其伴生災(zāi)害洪水、滑坡、泥石流、積雪、道路結(jié)冰等。2009-2019年發(fā)生的114條災(zāi)情信息記錄中有36條公路氣象災(zāi)害，其中暴雨洪澇為24次，雪災(zāi)8次，地質(zhì)災(zāi)害4次，如圖3(a)所示按月統(tǒng)計(jì)分析可得，主要集中在5-9月，占全年的83.3%，其中7月和8月是高發(fā)期，氣象災(zāi)害影響公路通行主要以暴雨洪澇、地質(zhì)災(zāi)害等造成，其余為降雪應(yīng)發(fā)的雪災(zāi)造成，集中在10-4月，占全年的16.7%，氣象災(zāi)害影響公路通行主要以積雪、道路結(jié)冰等造成。如圖3(b)所示從空間上分析公路氣象災(zāi)害可得，氣象災(zāi)害影響公路通行與氣象災(zāi)害發(fā)生的次數(shù)不同，氣象災(zāi)害影響公路通行依次是為同仁14次、河南11次、尖扎5次、澤庫(kù)6次，同仁是公路氣象災(zāi)害最高發(fā)地。

圖3 黃南地區(qū)公路氣象災(zāi)害

3 降雨公路預(yù)警指標(biāo)研究

每年5-9月的降雨是造成黃南地區(qū)公路通行的主要?dú)庀笠蛩?，所以以降雨天氣現(xiàn)象為例，針對(duì)降雨開展黃南公路通行的預(yù)警研究。

3.1 主干道的預(yù)警站點(diǎn)選取

以黃南地區(qū)主要公路張汶高速公路G0611(平安—同仁段)、省道S203(平安—河南段)主干道，通過對(duì)黃南地區(qū)已建使用的國(guó)家站、天氣站、交通站、區(qū)域站中選取預(yù)警站點(diǎn)，研究篩選確定4個(gè)國(guó)家站、8個(gè)沿線區(qū)域站，每個(gè)縣1個(gè)國(guó)家氣象站，2個(gè)具有代表性的區(qū)域站如圖4所示。

圖4 黃南地區(qū)主干道預(yù)警站點(diǎn)圖

3.2 預(yù)警建立

降雨天氣過程對(duì)公路通行的影響與降水的強(qiáng)度、大小、范圍和地質(zhì)條件密切相關(guān)。因此本文以霧天、冰雪天公路通行預(yù)警指標(biāo)體系[3，10]和2009-2019年降雨引發(fā)的公路通行情況，建立黃南地區(qū)的降雨公路通行條件預(yù)警。

V為降雨公路預(yù)警，綜合定義為：

(1)

其中:

(1)Ai為降雨情況描述，依據(jù)預(yù)警站點(diǎn)單站可能或已出現(xiàn)青海省暴雨災(zāi)害等級(jí)暴雨的降水量情況判斷取值，分為A1、A2、A3、A4共4類，分別對(duì)應(yīng)暴雨紅色(24h≥131mm)、橙色(91mm≤24h≤130mm)、黃色(51mm≤24h≤90mm)和藍(lán)色(25mm≤24h≤50mm)預(yù)警信號(hào)[11]；

(2)Bi為影響范圍，依據(jù)預(yù)警站點(diǎn)出現(xiàn)暴雨的站點(diǎn)數(shù)量判斷取值，B1、B2、B3、B4共4類分別為B1=(10～12站)、B2=(7～9站)、B3=(4～6站)、B4=(1～3站)；

(3)Ci為地質(zhì)條件，考慮氣象災(zāi)害對(duì)公路影響和地質(zhì)條件相關(guān)將河谷山地C1和草原微丘C2，2 類，即同仁和尖扎為河谷山地為C1，河南和澤庫(kù)為草原微丘為C2;

(4)a1、a2、a3為指標(biāo)權(quán)重。

運(yùn)用專家評(píng)判法對(duì)降雨天氣公路的通行條件預(yù)警各項(xiàng)指標(biāo)賦值、賦權(quán)重，將其均值作為黃南地區(qū)雨天公路通行預(yù)警的權(quán)重系數(shù)和指標(biāo)(表1)。同時(shí)根據(jù)降雨情況及其影響范圍和地質(zhì)因素，將黃南地區(qū)降雨公路預(yù)警級(jí)別按由弱到強(qiáng)分為3個(gè)等級(jí):當(dāng)0

表1 黃南地區(qū)雨天公路通行預(yù)警指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和指標(biāo)

3.3 預(yù)警的檢驗(yàn)

通過降雨公路預(yù)警綜合指標(biāo)定義對(duì)2009-2019年降雨造成24次公路氣象災(zāi)害信息進(jìn)行預(yù)警指標(biāo)檢驗(yàn)，4次未能通過檢驗(yàn)，20次通過檢驗(yàn)，其中黃色預(yù)警11個(gè)，橙色預(yù)警9個(gè)，紅色預(yù)警0個(gè)。

4 結(jié)論

(1)黃南地區(qū)的氣象災(zāi)害類別有9類，主要?dú)庀鬄?zāi)害類別是暴雨洪澇、冰雹、雪災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害。

(2)按時(shí)間分析氣象災(zāi)害主要發(fā)生在5-9月，占比高達(dá)72.8%，2月是雪災(zāi)的高發(fā)期，比較特殊的是12月未有災(zāi)情發(fā)生，按空間分析河南是氣象災(zāi)害高發(fā)地。

(3)公路氣象災(zāi)害與氣象災(zāi)害發(fā)生時(shí)間一致，但空間上分析公路氣象災(zāi)害與氣象災(zāi)害發(fā)生的高發(fā)地不同，公路氣象災(zāi)害高發(fā)地是同仁。

(4)建立的黃南降雨公路通行預(yù)警體系，其預(yù)警級(jí)別由弱到強(qiáng)為3級(jí)，通過對(duì)24次降雨引發(fā)的公路氣象災(zāi)害進(jìn)行檢驗(yàn)，預(yù)警效果較好，可以用于黃南地區(qū)降雨公路的氣象業(yè)務(wù)服務(wù)中。