黃南地區氣象災害特征分析及公路降雨預警研究

丁立善 張長棟 石榮善

(1.青海省防災減災重點實驗室 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，造成西北氣象災害次數增加、強度增大，對本地化的氣象災害進行分析可以針對性開展氣象服務，通過建立有效的公路預警指標，可及時地減少氣象災害對公路通行的危害。早在20世紀80年代代歐洲就建立了實時公路預報系統，我國公路氣象服務起步較晚，但發展速度較快，主要得益于氣象觀測技術的進步和我國公路交通建設的快速發展[1]。國內學者也對公路的氣象災害進行了研究，張曉美等[2]研究指出青海省公路交通的氣象災害主要是強降雨和公路積雪，張金滿等[3]開展了災害性天氣交通事故特征及霧天公路通行預警指標體系的研究，德慶卓嘎等[4]開展了公路交通地質災害氣象預警， 保廣裕等[5]對青海省公路沿線強降雪天氣災害風險進行了區劃研究，金欣等[6]對海東市G6京藏高速公路(馬場垣至平安段)進行了氣象災害風險普查與防范對策的研究。氣象災害影響黃南地區的公路安全通行時有發生，如暴雨、強降水引發的落石、滑坡、泥石流、洪澇，導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日同仁氣象站測降水量達到76.1mm,24h達到黃色暴雨量級，引發洪水、泥石流，致使省道203公路同仁境內出現約400余米公路被泥石流掩埋，公路中斷3h，經交通部門的組織搶修，于21日凌晨1時50分左右公路基本恢復通車。因此通過研究本地化的氣象災害的時空特征發生及其規律，采用在公路沿線已建立的氣象自動站針對性的開展公路氣象服務，建立氣象災害公路防范機制，實現公路的安全通行就顯得十分必要。在黃南地區降雨、降雪是造成交通事故最嚴重的災害性天氣[7]，因此加強對氣象災害的分析研究，并制定相應的對策，可以保障公路安全通行，并提高本地化專業氣象服務的水平。

1 區域概況與資料

黃南藏族自治州是青海省的8個地級行政區之一，位于青海省東南部，因地處黃河之南而得名[8]。黃南地區地形復雜，呈北低南高，海拔在1956～4946m之間。黃南地區交通方式單一，澤庫機場項目和西成高鐵項目還在建設中，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)，所以黃南地區公路的通行直接影響著黃南人民的生產生活，因此針對本地化的公路建立氣象公路預警保障工作就顯得十分重要。

本文采用的氣象災害資料是根據各縣年報表中統計而來的2009-2019年的災情信息。災情信息主要來源為氣象部門收集民政局、交通局、應急管理局等部門獲取后記錄在每月A文件中，在年底的時候統一制作J文件中備注保存，降水資料為通過CIMISS氣象數據統一服務接口下載的每日降水量得到，所以數據可靠。

2 氣象災害特征分析

2.1 氣象災害特征

根據2018年執行的《全國氣象災情收集上報技術規范》[9]對黃南地區2009-2019年氣象災害信息統計分析可得黃南地區氣象災害圖如圖1所示，分析可得黃南地區的氣象災害有9類，分別是暴雨洪澇、冰雹、雪災、地質災害、大風、雷電、其他、干旱和沙塵暴，共有114條災情信息記錄，年均10.4條。從氣象災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9.6%、地質災害8.7%、大風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，黃南地區的主要氣象災害類別是暴雨洪澇、冰雹、雪災、地質災害，主要氣象災害類別占比高達81.4%且主要災害容易造成公路、損壞、受阻中斷。

圖1 黃南地區氣象災害圖

2.2 氣象災害時空分布特征

按月統計2009-2019年黃南地區氣象災害如圖2(a)可得，氣象災害主要發生在5-9月，占比高達84.2%，其中7月和8月是高發期，主要是暴雨洪澇、地質災害、冰雹、雷電，其中2月是雪災的高發期，比較特殊的是12月未有災情發生。按空間分析黃南地區氣象災害如圖2(b)可得，氣象災害依次是為河南、同仁、尖扎、澤庫，河南縣最多高達55次，澤庫最少為6次，其余為同仁31次，尖扎21次，河南是氣象災害高發地。

圖2 黃南地區氣象災害時空分布特征圖

2.3 公路氣象災害時空分布特征

黃南地區影響公路通行的主要因素是降水誘發的暴雨洪澇、地質災害、雪災及其伴生災害洪水、滑坡、泥石流、積雪、道路結冰等。2009-2019年發生的114條災情信息記錄中有36條公路氣象災害，其中暴雨洪澇為24次，雪災8次，地質災害4次，如圖3(a)所示按月統計分析可得，主要集中在5-9月，占全年的83.3%，其中7月和8月是高發期，氣象災害影響公路通行主要以暴雨洪澇、地質災害等造成，其余為降雪應發的雪災造成，集中在10-4月，占全年的16.7%，氣象災害影響公路通行主要以積雪、道路結冰等造成。如圖3(b)所示從空間上分析公路氣象災害可得，氣象災害影響公路通行與氣象災害發生的次數不同，氣象災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6次，同仁是公路氣象災害最高發地。

圖3 黃南地區公路氣象災害

3 降雨公路預警指標研究

每年5-9月的降雨是造成黃南地區公路通行的主要氣象因素，所以以降雨天氣現象為例，針對降雨開展黃南公路通行的預警研究。

3.1 主干道的預警站點選取

以黃南地區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，通過對黃南地區已建使用的國家站、天氣站、交通站、區域站中選取預警站點，研究篩選確定4個國家站、8個沿線區域站，每個縣1個國家氣象站，2個具有代表性的區域站如圖4所示。

圖4 黃南地區主干道預警站點圖

3.2 預警建立

降雨天氣過程對公路通行的影響與降水的強度、大小、范圍和地質條件密切相關。因此本文以霧天、冰雪天公路通行預警指標體系[3，10]和2009-2019年降雨引發的公路通行情況，建立黃南地區的降雨公路通行條件預警。

V為降雨公路預警，綜合定義為：

(1)

其中:

(1)Ai為降雨情況描述，依據預警站點單站可能或已出現青海省暴雨災害等級暴雨的降水量情況判斷取值，分為A1、A2、A3、A4共4類，分別對應暴雨紅色(24h≥131mm)、橙色(91mm≤24h≤130mm)、黃色(51mm≤24h≤90mm)和藍色(25mm≤24h≤50mm)預警信號[11]；

(2)Bi為影響范圍，依據預警站點出現暴雨的站點數量判斷取值，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為地質條件，考慮氣象災害對公路影響和地質條件相關將河谷山地C1和草原微丘C2，2 類，即同仁和尖扎為河谷山地為C1，河南和澤庫為草原微丘為C2;

(4)a1、a2、a3為指標權重。

運用專家評判法對降雨天氣公路的通行條件預警各項指標賦值、賦權重，將其均值作為黃南地區雨天公路通行預警的權重系數和指標(表1)。同時根據降雨情況及其影響范圍和地質因素，將黃南地區降雨公路預警級別按由弱到強分為3個等級:當0

表1 黃南地區雨天公路通行預警指標的權重系數和指標

3.3 預警的檢驗

通過降雨公路預警綜合指標定義對2009-2019年降雨造成24次公路氣象災害信息進行預警指標檢驗，4次未能通過檢驗，20次通過檢驗，其中黃色預警11個，橙色預警9個，紅色預警0個。

4 結論

(1)黃南地區的氣象災害類別有9類，主要氣象災害類別是暴雨洪澇、冰雹、雪災、地質災害。

(2)按時間分析氣象災害主要發生在5-9月，占比高達72.8%，2月是雪災的高發期，比較特殊的是12月未有災情發生，按空間分析河南是氣象災害高發地。

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

(4)建立的黃南降雨公路通行預警體系，其預警級別由弱到強為3級，通過對24次降雨引發的公路氣象災害進行檢驗，預警效果較好，可以用于黃南地區降雨公路的氣象業務服務中。