气象条件对天津港爆炸事故应急救援服务的影响分析

徐灵芝，吕江津，卜清军，胡 潮，靳振华

(1.天津滨海新区气象局 天津 300457；2.天津市气象局 天津 300074)

0 引 言

2015年天津港“8·12”爆炸事故是发生在天津滨海新区的特别重大安全生产责任事故，造成了304幢建筑物、12,428辆商品汽车、7,533个集装箱受损，165人遇难，798人受伤，依据《企业职工伤亡事故经济损失统计标准》等标准和规定统计，核定直接经济损失 68.66亿元[1]。近年来城市应急研究取得一系列重要成果，学术界主要从应急预案体系和管理系统[2]、应急预案评价[3]以及灾难风险理论研究[4]等方面进行了大量研究，而对应急救援过程中所涉及的大气、环境等自然因素方面研究较少。此次天津港爆炸事故中瑞海公司储存的危险货物的化学组分，确定有129种化学物质发生爆炸燃烧或泄漏扩散，其特殊性对抢险救灾工作提出了极高要求，特别是对风和降水等气象要素异常敏感，对气象服务要求极高，具体表现在：一是风力风向决定现场的浓烟和空气中的有毒污染物扩散方向，对前期抢救工作的处置、周边居民是否疏散和民众的心理起到至关重要的作用；二是由于爆炸核心区范围内存有大量有毒危化品，如氰化钠遇水将产生剧毒气体，降水甚至弱降水都会对现场救援和周围民众带来生命危险，大雨或暴雨将会导致核心区污水外溢扩散和滨海新区地下排放扩散，进而污染地下水和海水。通过加强对爆炸核心区的实时气象监测，实现救援相关部门监测预警信息共享，气象服务为指挥抢险救灾工作发挥了重要作用。本文仅从自然条件角度讨论爆炸事故发生的原因以及救援过程中的气象环境条件影响。

1 温湿条件对爆炸事故发生的影响

国务院天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故调查组，经过现场勘验和调查取证，查明事故的直接原因是瑞海公司危险品仓库集装箱内硝化棉由于湿润剂散失出现局部干燥，在高温天气等因素的作用下加速分解放热，积热自燃，引起危险化学品长时间大面积燃烧，导致堆放于运抵区的硝酸铵等危险化学品发生爆炸[1]。调查组同时认定了此次安全生产事故的性质和责任，提出了对相关责任单位和责任人员的处理建议[5]。

监测显示，天津港爆炸事故发生时刻(2015年8月12日23时30分)天气为晴天，能见度9,734,m，国家基本站气温 29.3,℃，相对湿度 58%,，风向西南西，风速 2.1,m/s，整个夜间风向风力基本稳定，没有出现雷电、降水等天气现象。从气象条件分析，自8月11日早晨08∶00时开始(见图1)，海平面气压波动下降，12日白天陡然下降，到 17∶00时降至最低1,004.4,hPa；相对湿度存在日变化，11日最小相对湿度43%,，出现在13∶00时，12日最小相对湿度继续减小，为 33%,，出现在 14：00时，也正是在此时，气温达到日最高 36.0,℃，此时距离爆炸发生时间相距9,h。由此可见，12日午后湿度小、气温高、气压低，这种干热天气成为爆炸当日天气特点，也是造成爆炸事故发生的直接原因。

图1 2015年 8月 11日 08∶00时～13日 08∶00时相对湿度、气温和气压要素时间序列Fig.1 Time series of relative humidity，air temperature and pressure elements from 08∶00 on August 11，2015 to 08∶00 on August 13，2015

分析 8月份逐日午夜 23∶00时气象要素变化情况(见图 2a)，气温平均值为 26.3,℃，而 12日 23∶00时为 29.5,℃，列全月第三高值，仅次于13日 29.8,℃和 17日 29.6,℃，可见 12日前半夜的气温在8月里是属于偏高的；逐日 23∶00时相对湿度平均值为72%,，而 12 日 23∶00 时为 57%,，列全月第三低值，仅次于14日44%,和21日54%,，可见12日前半夜的相对湿度是属于偏低的。这也表明，就滨海新区 8月份逐日夜间气象条件看，12日这天的夜间属于气温偏高、湿度偏低情况。纵观 8月天气(见图 2b)，月平均最高气温 31.1,℃，12日白天最高气温达 36.0,℃，这也是 8月份全月的极端最高气温。从气候资料分析可知，滨海新区历年月平均最高气温出现在 7月，为30.2,℃，8月次之，为 29.8,℃，其原因为 8月份渤海湾西岸长期受副高北抬影响，湿度大，温度比较难升高，历史极值 7月份可达 40.9,℃，出现在 1999年，8月份极值为37.4,℃，出现在1997年；8月月平均相对湿度 67%,，12日最小相对湿度 28%,，列全月第二低值。由此可见，8月 12日成为全月极端高温日，接近极端最小相对湿度日，地面 0,cm 地温也达到非常高的水平。以上分析表明8月12日气象条件非常容易造成爆炸事故发生，如未加防范，必将造成重大灾害事故。

图2 2015年8月逐日气象要素时间序列Fig.2 Daily meteorological elements in August 2015

2 风向风速对爆炸事故救援的影响

抢险救灾初期，爆炸核心区的明火在短时间内不能完全扑灭，同时还伴有浓烟，风向风速对空气中的有毒或者污染物扩散起到决定性作用。经现场检测与专家研判确定，本次事故关注的大气环境特征污染物为硫化氢、氰化氢、三氯甲烷、氨气和甲苯等挥发性有机物，救援初期现场指挥部门对风特别是风向的预报要求极高，因为随着风向改变，一些有毒气体扩散方向亦发生改变，将给爆炸核心区救援官兵以及周边居民带来新的危险，如果预报风向有利于污染物向内陆扩散，现场指挥部的工作重点将转变为继续扑灭爆炸点明火并清理现场，同时安排撤离或者疏散方圆5,km的居民。

8月 12日天津西北部存在低压，滨海新区处于低压前部，受西南偏西风控制，13日低压逐步向东北方向移动，其强度缓慢减弱，14日滨海新区处于低压底部控制，仍维持西南风，间有西北风，均由陆地吹向海面，没有偏东分量的风，属于安全风向。15日低压开始北缩减弱，14时始滨海新区开始逐步受海上弱高压外围影响，预报风向将在下午开始转变，由西南风转为东南风，及时将这一预报信息通知现场指挥部，及早采取应对措施。实况由图3可见，自12日晚爆炸至 14日中午，的确一直维持西南偏西风或西南偏南风，这均有利于污染物向海面扩散远离居民区，直到15日下午14∶00时，风向转为90,°正东风，此后出现了东南风或东北风，污染物开始向内陆扩散，现场指挥部得到气象信息后决定，将指挥部迁移至下风向处，并将警戒区向外围扩大3,km。及时有效的风场预报，为现场指挥部决策人员提供依据，将72,h抢险黄金期的工作重点放在核心区抢险上，风向转变时，有充足的时间做好应对准备。从风速变化看，爆炸后5,d内，因没有较强天气系统影响，风速维持日变化，基本在1～5,m/s之间。

图3 2015年 8月 12日 20∶00时至 16日 20∶00时风向风速时间序列Fig.3 Wind speed time series from 20∶00 on August 12，2015 to 20∶00 on August 16，2015

3 降水对爆炸事故救援的影响

3.1 小雨对事故救援的影响

爆炸发生前期，爆炸核心区及周边地区存在大量的有毒危化品，同时有上千救援人员在核心区参与各种应急抢险工作，并且周边还有大量的居民区。如有降水发生，危化品一旦遇水将会发生化学反应潮解，产生剧毒气体，如氰化钠遇水产生氰化氢气体，皮肤伤口接触、吸入可中毒死亡。因而对降水的预测面临着与以往本质不同的挑战，通常情况下将暴雨、短时强降水作为灾害性强天气，但此次爆炸事故关键点在于要明确降水是否能够发生，因为即使是小雨也可能带来巨大的人员伤亡和民众恐慌，需要立即将核心区的救援人员及居民进行疏散撤离。

大气环流背景为 8月 12日高空 500,hPa、700,hPa、850,hPa均有低涡，地面有中心为 997,hPa的低压，13日贝加尔湖上空的低涡加强并向东移动，14日700,hPa槽线东移至内蒙中部，高空槽和温度槽重叠，总体位置偏北，低涡南部槽线东移过程中，分裂为南、北两部分，南部槽移动速度较快，位于天津的西部，地面为低压带控制。14日 20∶00时 700,hPa槽减弱移至天津，位置偏北，天津北部处于槽的末端，850,hPa槽线已经东移至渤海，滨海新区上空受偏北气流控制。15日 08∶00时，700,hPa滨海新区上空转为北风。根据 EC、日本传真、T639等模式的形势场预报，14日滨海新区将处于低涡底部控制，但北部低涡的位置存在不确定性，抬升指数(LI)在天津、河北南部预报值小于-5，温度场预报 14日最高气温32,℃，不稳定能量条件较好，因而降水性质为雷阵雨。分析到水汽输送条件不利，700,hPa、850,hPa两高度层西南气流较小，未达到急流标准，雷阵雨的降水量级预报为小雨。

短临预报经历了两个阶段，第一阶段14日12∶24时，雷达监测北京与天津交界处出现 20,dBz弱回波(见图 4a)向东南移动，此后弱回波减弱消散，降水可能性逐步减小，最终并未影响到爆炸点。但之后面临的难题是，由于此时正值滨海新区盛汛期，局地、突发对流系统多发，就在 13∶36时，距离爆炸点南部50,km 处重新生成局地块状混合型强回波，中心值高达 50,dBz，产生降水并伴有雷电，一直维持到 14∶00时(见图 4b)，通过分析回波演变情况，做出准确判断，预计此回波将局地生成局地消亡，不会移动影响到爆炸点，同时判断此次强回波距爆炸点很近，不稳定能量得到了一定释放，爆炸点附近产生局地性强降水的可能性极小。现场指挥部明确指出，抢险救灾黄金72,h分秒必争，未出现降水前，所有抢救人员仍然奋斗在一线。第二阶段在 14∶24时，随着高空槽云系移近，生成新的弱回波(见图 4c)，中心强度 30,dBz，呈西南-东北走向，逐步向东北方向移动逼近爆炸点，通过分析判断爆炸点会受到西南侧的回波影响，但回波在移动过程中呈减弱的趋势，最后预测结论为未来3,h天气多云转阴，伴有零星小雨，雨量 1,mm以内，及时将预报结论报告现场指挥部，指挥部依据准确的气象预报结论，采取了适当防护措施，未进行人员撤离，工作重点仍是核心区抢救。15∶36时天气系统开始影响爆炸点，但回波已经减弱(见图 4d)，现场出现了零星小雨，雨量0.1,mm。

图4 2015年8月14日组合反射率因子回波(dBz)Fig.4 Composite reflectivity factor echo(dBz)，August 14，2015

3.2 强降水对事故救援的影响

经过半个月的救援处置后，工作重点转移到现场污水处置，爆炸事故对距爆炸中心约 2.3,km范围内的水体造成污染，主要污染物为氰化物，事故现场两个爆坑内的积水严重污染，散落的化学品和爆炸产生的二次污染物随消防用水、洗消水和雨水形成的地表径流汇至地表积水区。爆炸核心区两个大污水坑外围设有围埝防止污水外溢，如遇大雨或暴雨，将会影响核心区污水外溢扩散以及滨海新区地下水排放，形成二次污染，市政服务和现场指挥部要求提前做好降雨气象服务工作。

8月31日08∶00时～9月1日08∶00时，天津市中南部地区 24,h降水达到暴雨，滨海新区南部大港出现了134,mm的大暴雨，爆炸点所在的滨海新区中部塘沽降水量 34,mm。天气过程的主要影响系统是高空低涡、切变线和地面辐合线，自 8月 30日高空500,hPa在黑龙江附近就有低涡存在，并不断向东南方向移动，31日08∶00时雷达显示天津滨海新区西南侧出现了大范围积层云混合降水回波(见图 5a)，强度普遍在 30,dBz以上，8∶48时在爆炸点西南侧30,km 处，局地生成雷暴单体并迅速发展加强(见图5b)，并不断地增强形成带状(见图 5c)，中心强度高达 55,dBz，并自西南向东北移动，逐渐影响爆炸核心区，形成强降水并伴有雷电，17∶00时后回波开始减弱，强度维持 30,dBz(见图 5d)，形成持续性稳定降水，9月 1日 08∶00时低涡中心位于天津，中心强度更强，低层天津位于低涡的暖切变线附近，温度露点差为2度，湿度非常有利。

4 结 语

本文通过对天津港“8·12”危化品爆炸事故发生及救援过程中的气象条件进行分析总结，得到以下结论：

①8月 12日是全月极端高温日，日最高气温36.0,℃，湿度小，最小相对湿度仅为 33%,，气压为1,004.4,hPa，这种干热天气特点是造成爆炸事故发生的直接原因。

②危化品爆炸事故导致有毒气体或者污染物扩散，风向风速起到决定性作用。事故残留的化学品与产生的二次污染物逾百种，对局部区域的大气环境造成了不同程度的污染。分析表明自 12日晚爆炸至14日中午，持续的西南偏西风或西南偏南风有利于污染物向海面扩散从而远离城市居民区。在事故发生后的 9,d内，71.3%,的时间为西南和正西风向，有利于污染物快速向海面飘散，8月 25日以后大气中的特征污染物含量稳定达标。

图5 2015年8月31日组合反射率因子回波(dBz)Fig.5 Composite reflectivity factor echo(dBz)on August 31，2015

③降水对爆炸事故救援的影响分为两方面：一是小雨的影响，爆炸核心区及周边地区存在大量的有毒危化品，如遇降水将会发生化学反应，产生剧毒气体，将对上千在爆炸核心区参与应急抢险工作的救援人员以及周边地区的居民带来巨大的人员伤亡和恐慌，8月 14日爆炸点出现微量降水 0.1,mm，及时准确的预报为现场指挥部门牢牢把握 72,h抢险黄金期提供了重要决策依据；二是强降水的影响，事故现场两个爆坑内的积水严重污染，两个大污水坑外围设置了围埝防止污水外溢。