西藏東南地區鐵路沿線氣象站網合理化布局和重點觀測要素的研究

索朗多旦 旺珍 扎西拉姆 阿桑 多吉次旦

（1.工布江達縣氣象局；2.察隅縣氣象局，西藏 林芝 860000）

1 研究背景和意義

眾所周知現代交通設施與沿線氣象條件有著十分密切的關系，尤其是鐵路對氣象災害的敏感程度很高。近年來，隨著全球氣候變暖，極端天氣現象頻繁發生，對鐵路運輸造成了極大的影響。影響鐵路運行的災害性天氣有暴雨、暴雪、雷電、凍雨、大霧、沙塵、大風、低溫等，其主要通過影響道面狀況、能見度及鐵路電力設施等方面影響鐵路運行［1］。鐵路客運安全與廣大乘客的生命財產安全緊密相連，據統計，每年僅因為天氣原因造成的鐵路安全事故超過百起。在國內外由于氣象災害導致的鐵路重特大事件時有發生。1975 年8 月5日，河南發生特大暴雨，日最大雨量達到1005mm，板橋水庫等幾十座大小水庫相繼漫頂潰壩，導致京廣鐵路被沖毀，中斷行車18天，影響運輸四十余天。1981年7月9 日，四川境內發生特大泥石流災害，造成橋梁沖毀和成昆鐵路列車顛覆，死亡130 人，成為我國鐵路史上迄今為止最為慘烈的事故。2007 年2 月28 日，由烏魯木齊開往阿克蘇方向列車在吐魯番境內，遭遇瞬時大風襲擊，造成11節車廂被大風吹翻，造成3 人死亡，34 名旅客受傷［2］。據統計，每年用于鐵路災害搶修、工程修復等方面的費用合計達到3.5億元左右［3］。同樣在國外多次出現大風、強降水、低溫等原因造成的列車安全事件。這些血淋淋的事件都證明了鐵路安全運行與氣象條件密切相關。

2021 年6 月25 日拉林鐵路正式全線開通，從此結束了西藏東南地區不通鐵路的歷史。列車從拉薩站出發向東南方向行徑山南市所屬的貢嘎縣、扎囊縣、桑日縣、加查縣后進入林芝市境內，經過林芝市所屬的朗縣和米林縣后到達終點林芝站，全程列車時速為160km/h。拉林鐵路沿線地形復雜，海拔高度變化大，區域氣象要素分布不均，并且在全球氣溫變暖的背景條件下，極端天氣現象也隨之增加，而拉林鐵路沿線氣象觀測站網分布稀少，可對鐵路安全運行提供的有效氣象數據少之又少，進而對鐵路沿線的精細化氣象服務及氣象災害的研究帶來了較大的困難。因此開展拉林鐵路沿線主要氣象災害時空分布特征分析，研究鐵路沿線氣象觀測站網合理化布局及不同區域需要重點觀測的氣象要素，對拉林鐵路安全運行有著十分重要的意義。

2 林鐵路沿線地理環境與主要致災氣象條件

拉林鐵路位于我國西藏自治區東南部山南至林芝一帶，其行徑路段多次經過重要山脈、江河。首先向南穿過岡底斯山脈后進入雅魯藏布江河谷地帶，然后向東跨過山南市所屬貢嘎縣、扎囊縣、桑日縣、加查縣和林芝市所屬朗縣、米林縣等縣域后橫跨雅魯藏布江到終點林芝站，是西藏境內唯一一條連接拉薩市與林芝市的鐵路，它也是川藏鐵路的重要組成部分。

鐵路沿線氣候復雜,極端天氣事件發生頻繁,尤其是大風和強降水以及低溫引起的冰雪天氣現象，給鐵路建設和安全運營帶來一定困難。從地理位置空間分布來講西藏東南部臨近孟加拉灣,同時受印度洋暖濕氣流的影響,該區域常年雨量充沛，溫暖濕潤，為整個西藏區域內年降水量最為豐富的一帶。雨季開始較早,通常在3、4 月份開始自東向西進入雨季［4］，而且雨季時段較長，通常為4 月至9 月。連陰雨、暴雨和短時強降水造成的洪澇、泥石流和山體滑坡以及冬季強降雪造成的道路結冰為該區域內的主要次生地質災害。一般說來,西藏東南部自西向東海拔高度逐漸降低，在某些區域內海拔高度落差大，鐵路沿線多為山地、峽谷地帶，冬季以及冷暖季節交匯時節午后易出現大風，夏季氣溫相比其他區域較高，冬季低溫現象頻繁，日溫差較大。因此在拉林鐵路沿線對鐵路安全產生影響的主要致災氣象條件有強降雨、大風、低溫等。

本文根據氣象學上的定義，大風日是指在資料有效時段內出現日極大風速≥17 米每秒的日為一個大風日；低溫日是指在資料有效時段內出現日最低溫度低于-2℃的日為一個低溫日；而強降水的指標對不同區域而言有不同的標準，本文根據西藏東南部的降水特征，以及結合東南部地理條件和鐵路沿線的土質特性，充分考慮強降水可能導致的山洪、泥石流等次生地質災害的臨界閾值，將強降水日定義為出現日降水量≥25mm為一個強降水日。

3 資料與方法

3.1 資料

本文依據“區域氣候的代表性”和“距離鐵路沿線就近”的兩個原則，選取了目前氣象部門在拉林鐵路沿線已經建設投入使用的拉薩站、扎囊站、桑日站、加查站、朗縣站、米林站、林芝站等7 個氣象站點，主要利用氣象站近十年的氣象數據，對鐵路沿線的風、降水、溫度等與鐵路正常運行密切相關的氣象要素進行數值統計，分析其時空分布特征，研究拉林鐵路沿線氣象站網合理化布局和重點觀測項目，為拉林鐵路安全運行保駕護航。

3.2 計算方法

本文根據鐵路沿線選取的氣象站點分布情況和拉林鐵路車站的區域分布，將拉林鐵路全線分為六段，分別為拉薩至扎囊段、扎囊至桑日段、桑日至加查段、加查至朗縣段、朗縣至米林段、米林至林芝段，再根據鐵路沿線區域氣候特征和常見氣象災害種類，定義拉林鐵路沿線出現大風日、強降水日、低溫日等主要氣象災害的臨界閾值。利用鐵路沿線氣象站點近十年（2010—2020 年）數據資料對三種氣象災害值進行數值統計，最后對數值統計結果進行算術平均，形成拉林鐵路沿線主要氣象災害時間、空間分布特征表。

其中具體用到兩種算術方法：第一種方法為計算各類氣象災害在鐵路沿線的空間分布特征的公式：

式中Di為出現i 類氣象災害的年平均日數，A 為上車站臨近氣象站近N 年內出現i 類氣象災害日數的總和，B 為下車站臨近氣象站近N 年內出現i 類氣象災害日數的總和、i=1為強降水、i=2為大風、i=3為低溫，N為統計資料總共年數。計算結果保留一位小數。

第二種方法為計算各類氣象災害在鐵路沿線的時間分布特征的公式：

式中i為統計年份，j為月份，X（k,i,j）為第i 年j 月份中出現k 類氣象災害日數總和，k=1 為將降水、k=2 為大風、k=3 為低溫，N 為統計資料總共年數。計算結果取整數。

4 拉林鐵路沿線災害性天氣的時空分布

影響林拉鐵路的氣象災害主要有大風、強降水及低溫雨雪冰凍災害。而不同氣象災害種類影響鐵路安全運行的方式各不相同。下面分災種對拉林鐵路沿線氣象災害時空分布特征進行分析討論。

4.1 強降水

強降雨氣象災害對鐵路造成的影響方式主要分為兩種：第一種為強降雨引發誘導的洪澇、河水泛濫等災害，導致破壞、沖毀列車鐵軌和橋梁、鐵路通訊以及電力等設施。第二種為強降雨引發誘導的泥石流、山體滑坡、塌方等次生地質災害，導致沖毀鐵路各種設施、掩埋和沖斷鐵軌，造成列車運行中斷、顛覆等嚴重鐵路安全事故［5］。

從表1中拉林鐵路沿線強降水日的空間分布特征來分析，拉林鐵路沿線強降水日最多出現在林芝區域內，其中米林至林芝段強降雨日數最多為5.9d，其次朗縣至米林段強降雨日數為3.6d，拉薩至扎囊段和加查至朗縣段的強降水日數超過2.0d，其余路段中強降雨日數較少。從表2 中拉林鐵路沿線強降水日的時間分布特征來分析，強降水日數主要出現時段集中在4月至9月，最多出現在7 月為4.0d，其次出現在6 月、8 月和9 月均為3d，而其余月份當中出現強降水日的可能性較小。

表1 拉林鐵路沿線氣象災害空間分布特征

表2 拉林鐵路沿線氣象災害時間分布特征

總體來看，在拉林鐵路沿線可能發生強降水氣象災害的區域主要集中在林芝區域內，其中米林至林芝段相比其他路段出現強降水的可能性最大，其次為朗縣至米林段。而拉薩至扎囊段和加查至朗縣段也存在發生強降水氣象災害的可能性，需適當關注此類氣象災害，其余路段一年中出現強降水的日數為一天左右，發生強降水氣象災害可能性較小。出現時段主要集中在6月至9月。

4.2 大風

大風是對鐵路運行影響最為嚴重的天氣現象之一，它會使鐵路行徑橋梁發生“震蕩”，但是更主要的還是對列車本身的影響。高速運行的列車車體與軌道之間的摩擦力非常小，當有強風從側面吹來時，列車的動力學參數橫向力均顯著增大，在力矩的作用下極易發生側翻事故［6］。因此大風風速與風向都是列車傾覆的重要參數，當線路走向與風向夾角垂直，該路段運行的高速列車受到橫風影響，此時列車安全運行的危險度最大，當線路走向與風向夾角小于45°時，該地段的線路主要受側風影響，存在站停列車溜逸的危險［7］。

從表1中拉林鐵路沿線大風日的空間分布特征來分析，拉林鐵路沿線各路段年平均大風日數分布特征明顯，主要出現大風氣象災害的路段為加查至朗縣和朗縣至米林段，年平均出現大風日數分別為183.1d和176.3d，其余路段中拉薩至扎囊段、扎囊至桑日段、桑日至加查段年平均出現大風日數在26.8d 到46.9d 之間，而米林至林芝段內年平均出現大風日數不足一日。從表2 中拉林鐵路沿線大風日的時間分布特征來分析，出現大風日的時間分布比較均勻，在一年當中各月份均有出現大風日，其中1 月至5 月及11 月至12 月較多，6月至10月相對較少。

總體來看，拉林鐵路沿線一年中出現大風日數較多，尤其在加查至朗縣和朗縣至米林段年平均大風日數接近200 天，其余路段中拉薩至加查段一年也有數十日會出現大風天氣，而米林至林芝段一般不會出現大風天氣。在冬季以及冷暖季節交匯時節出現次數較多，夏季相對較少。

4.3 低溫

低溫凍害氣象災害對鐵路安全主要影響有三種方式，第一種低溫本身通過影響鐵路基建設施、列車動力、鐵軌等方面來影響列車安全，當然隨著我國科技創新能力不斷增強，在設計列車、鐵軌以及鐵路基建設施時已經考慮和預防了低溫影響，為此現階段低溫對列車安全的此類影響方式在不斷減少。第二種為低溫使得鐵路沿線出現冰雪天氣，影響鐵路正常運行，鐵路沿線及列車鐵軌上過厚的積雪會對火車行駛造成極大危險。我國京秦鐵路線曾出現過超過兩米厚的積雪，積雪過深直接導致列車無法正常行進，嚴重影響列車安全運行。冰雪天氣使軌道表面被冰雪覆蓋，使得列車軌道表面更加光滑，摩擦力減小，從而導致列車牽引力下降，引發事故［8］。第三種是對供電線路的影響，低溫產生的冰雪會滯留在供電線路上形成電線積冰。2008年我國南方冰凍雨雪災害，由于電線積冰成倍增長使得輸電線路桿塔不堪重負，造成了較大范圍斷電影響。此外低溫導致的冰雪天氣現象還會對通訊信號線路造成影響。

從表1中拉林鐵路沿線低溫日的空間分布特征來分析，拉林鐵路沿線各路段年平均出現低溫日分布均勻，無明顯差異，其中出現最多次數的路段為桑日至加查段和加查至朗縣段以及拉薩至扎囊段，年平均低溫日分別165d、184d 和198d，其余路線內年平均低溫日在113d到143d之間。從表2中拉林鐵路沿線低溫日的時間分布來分析，拉林鐵路沿線出現低溫日的時間分布明顯，主要出現的時段為1 月至3 月和11 月至12 月之間，4 月和10 月當中也會出現低溫現象但相對較少，而5月至9月幾乎不會出現低溫現象。

總體來看，在拉林鐵路沿線出現低溫現象較為頻繁，拉薩至扎囊段、桑日至朗縣段出現低溫現象次數相對較高。出現時段主要集中在冬季。

5 結論

（1）拉林鐵路位于西藏東南部，結合西藏東南部氣候特征，拉林鐵路沿線主要的氣象災害有強降水、大風、低溫等直接導致的氣象災害，以及強降水引發的暴雨洪澇、河水泛濫等次生災害，泥石流、滑坡、塌方等次生地質災害，還有低溫造成冰雪天氣引起的道路結冰、電線積冰等次生災害。

（2）拉林鐵路沿線出現強降水時段主要集中在6月至9 月，出現區域主要集中在林芝境內朗縣至林芝段，尤其米林至林芝段相比其他路段出現強降水的可能性更大。為了減少強降水引發的氣象災害對鐵路安全產生影響，氣象部門應該在6月至9月時段內需加強監測林芝境內朗縣至林芝段天氣系統，及時發布強降水預警信號，鐵路相關部門需加強防范強降水引發的山洪、泥石流、滑坡等次生災害對鐵路安全造成的影響。

（3）拉林鐵路沿線一年當中均可出現大風天氣現象，并且在冬季和冷暖季節交匯時段內發生大風天氣的可能性較大，出現大風天氣的主要區域集中在加查至米林段。為了減少大風天氣對鐵路安全產生的影響，氣象部門應該在1 月至5 月和11 月至12 月時段內加強監測加查至米林段天氣系統，及時發布大風預警信號，鐵路相關部門需加強防范大風天氣對鐵路安全造成的影響。

（4）拉林鐵路沿線各站點間出現低溫現象較為均勻，其中拉薩至扎囊段、桑日至加查段和加查至朗縣段出現低溫現象次數相對較高。出現低溫時段主要集中在冬季。為了減少低溫天氣對鐵路安全產生的影響，氣象部門應該在1月至3月和11月至12月時段內加強監測拉薩至朗縣段天氣系統，及時發布強降溫預警信號，鐵路相關部門需加強防范低溫天氣對鐵路安全造成的影響。

（5）根據本文分析的拉林鐵路沿線氣象災害分布特征，鐵路沿線應加快建設具備監測氣壓、溫濕度、風向風速等六要素氣象站，提高氣象監測站網密集程度。鐵路沿線朗縣至林芝段內應重點觀測雨量和風向風速，減少強降水和大風氣象災害的影響；加查至米林段應重點觀測風向風速和溫度，減少大風和低溫氣象災害的影響；拉薩至朗縣段重點觀測溫度，減少低溫氣象災害的影響。