张呼高铁内蒙古段气象灾害特征及对铁路交通的影响分析

贾晓红，魏 巍，杜 晖

(1.内蒙古自治区气象服务中心；2.呼和浩特市气象局，内蒙古 呼和浩特 010051；3.广东省气象公共安全技术支持中心，广东 广州 510000)

随着铁路时代的发展，高速铁路(简称“高铁”)以其载客量高、耗时少、安全性好等优点，在交通运输中占有举足轻重的地位。它属于高架、封闭的系统，主要靠自动化系统完成驾驶，相比普铁，气象条件对其运行的影响较小，但在全球气候变暖和极端天气事件频发的大背景下，雷暴、积雪、暴雨、大风等气象灾害对高铁安全运营的影响趋于严重，气象灾害影响高铁安全运营的事件时有发生[1]。如2019年2月8日，受安徽境内降雪影响，京沪高铁，沪宁城际铁路等数十趟高铁延误。2020年6月8日，受广东境内清远、惠州地区强降雨影响，武广高铁、京广铁路等途经列车均有不同程度晚点，甚至停运。当高铁运行遭遇紧急情况或危险天气时，因为可供减弱和避免事故影响的时间很短，可供选择的方式也很有限[2]，所以一旦出现任何差错，都将导致严重的后果，威胁乘客的生命安全，造成巨大的经济损失。

目前，高铁气象服务的相关研究正处于探索阶段，湖北、贵州、吉林等省率先取得了一些研究成果，主要集中在气象灾害监测预警和风险评估等方面。张呼高铁作为内蒙古首条高铁线路，不仅是内蒙古西部进京的快速客运通道，也是国家铁路网骨架京包、包兰铁路通道的重要组成部分。现阶段对于高铁气象服务较少，因此，针对高铁沿线气象灾害特征开展研究对提供相关高铁气象服务以及确保高铁安全运营具有十分重要的现实意义。

1 研究资料

文中研究资料来自内蒙古气象信息中心，为张呼高铁沿线5个气象观测站(兴和、察右前旗、集宁、卓资和呼和浩特)的气象数据，包括月雷暴日数、降雨日数、降雪日数、积雪日数、大风日数等，其中雷暴数据时间跨度为1960年～2013年，其他数据时间跨度为1960年～2019年。

2 灾害性天气特征及对铁路交通的影响

2.1 雷暴

雷暴天气可能直接造成电力设施的故障和损坏，影响高铁的动力系统，使列车不能正常运行，灾害防范难度大，风险高。表1 为张呼高铁沿线气象灾害空间分布特征，由表1可知，高铁沿线年平均雷暴日数38.26d，属于中雷区。其中以兴和段年平均雷暴日数最多为41.24d，达到多雷区等级；以呼和浩特段年平均雷暴日数最少为34.04d，处于中雷区等级。表2为张呼高铁沿线气象灾害时间分布特征，由表2可知，雷暴在3月～11月均有发生，主要集中在夏季，以7月发生最多，频率和强度的影响更为显著，高铁运行的风险增加，是气象灾害防御的关键月份。

表1 张呼高铁沿线气象灾害空间分布特征

表2 张呼高铁沿线气象灾害时间分布特征

2.2 降雨

高铁受降雨的影响：①持续降雨可导致电力、通信及路轨等设施故障[1]；②短时强降雨可能造成路基被冲毁。相比普铁，高铁所受影响程度很小，主要考虑暴雨引发的山洪、泥石流等次生灾害。由表1和表2可知，张呼高铁沿线年平均降雨日数为78.7d，以卓资段年平均降雨日数最多为86.87d，以呼和浩特段年平均降雨日数最少为70.15d。全年均有发生，主要集中在夏季，7月最多，此月也是近十年暴雨出现频率最高的月份，要重点预防强降雨及其引发的次生灾害。

2.3 降雪(积雪)

降雪对高铁的影响程度取决于降雪等级，一般来说，因线路上自动融雪设备的安装，小雪、中雪对高铁的运行没有太大的影响，大雪、暴雪可能会影响到高铁的准时运行。当降雪较大且积雪较厚时可覆盖铁路线，如果积雪不及时清除，道岔在动作时将会使积雪被挤压成冰块，造成尖轨不密贴的危险。此外，降雪带来的低温会使得接触网、道岔等设施受冻进而影响供电、列车运行方向。经统计，张呼高铁沿线年平均降雪日数为32.89d，年平均积雪日数为41.29d，其中卓资段最多，呼和浩特段最少，与降雨日数分布一致。降雪和积雪基本上在10月至次年4月出现，3月降雪日数最多为6.49d，1月积雪日数最多为10.69d，降雪日数也较多，所以1月是高铁沿线降雪(积雪)的关键服务期。

2.4 大风

大风是影响高铁运行最为严重的天气之一，如冬季的寒潮大风，夏季的短时雷雨大风等都是铁路部门重点防范的气象灾害。大风作用下，客运专线动车组空气动力性能变差，列车的空气阻力、升力、横向力增加，高铁的横向稳定性也受到影响[3]。张呼高铁沿线年平均大风日数为25.61d，以兴和段年平均大风日数最多为38.58d，以察右前旗段年平均降雨日数最少为15.6d(见表1)。从时间分布上看，春季内蒙古气旋频繁活动，大风出现多，其中5月最多(见表2)。

2.5 低能见度(雾、霾、沙尘暴等)

雾霾可能造成接触网闪络、绝缘子导电、线路短路跳闸等故障[4]。2013年1月，京广高铁D2031次列车行驶到河南信阳附近时由于发生了“雾闪”现象停车，致使千余名旅客滞留。实践证明，能见度200m以上的天气对高铁影响不大，但是能见度200m以下的天气(雾、霾、沙尘暴、降雨、降雪、扬沙等)对列车运行有一定影响，需要限速运行。张呼高铁沿线兴和段出现雾、霾和沙尘暴日数最多(见表1)，从其日数月分布可得知分别在8月、12月和4月出现最多(见表2)。

2.6 低温

低温天气下，对接触网和轨道都有安全隐患，在高寒环境下，高铁列车EPR电缆终端会频繁出现击穿故障的问题。当有低温大雪天气时，铁轨出现积雪和冰冻，尤其在进出口的道岔，影响列车安全行驶。根据低温对高铁运行的影响，统计最低气温-15℃的低温日数，发现低温天气是张呼高铁沿线出现最多的天气之一，仅在降雨之后，需要重点防范的路段是卓资段，为88.35d，1月份最多。

2.7 冰雹

内蒙古地形复杂，在太阳的强烈辐射下，由于下垫面的不均匀加热很容易引起小范围的强对流，在天气系统影响、大气不稳定、地形等原因的综合作用下，易产生冰雹天气，冰雹的出现具有局地性强、时间短、强度大的特点，经常伴随狂风骤雨，多发生在夏季，可造成能见度低、列车机械损伤、铁路设施损坏等问题。由表1可知，集宁段是冰雹日高发区，年平均冰雹日数为3.93d。

3 结论和讨论

通过近60a张呼高铁沿线气象灾害资料分析，气象灾害空间分布差异较大，对高铁运行的影响各有不同。张呼高铁内蒙古段雷暴、强降水和低温灾害发生频次多，其中兴和段是大风和低能见度灾害多发区，卓资段是强降水和低温灾害多发区，这些气象灾害对高铁运行的影响十分显著，是需要针对气象灾害分布特征防范的重点区域。

统计分析张呼高铁沿线主要气象灾害的重点防范时间，雷暴和降雨为7月，降雪(积雪)和低温为1月，雾为8月，霾为12月，沙尘暴为4月，冰雹为6月。在不同月份有针对性地开展不同的高铁气象预报服务，能使服务产品更加专业化。

高铁气象灾害特征是以张呼高铁沿线的气象资料为基础，未来可根据气象灾害的分布特征不断完善高铁气象监测系统，收集高铁沿线的气象、地质、地震资料，通过部门联合研究，确定高铁安全运行的高影响气象灾害预警指标，减少因气象灾害发生造成的损失，可为高铁安全运行和防灾减灾提供有效保障。