黄南地区气象灾害特征分析及公路降雨预警研究

丁立善 张长栋 石荣善

(1.青海省防灾减灾重点实验室 西宁 810001;2.青海省杂多县气象局玉树 815300;3.青海省河南县气象局 黄南 811500)

随着西北暖湿化日益显著，造成西北气象灾害次数增加、强度增大，对本地化的气象灾害进行分析可以针对性开展气象服务，通过建立有效的公路预警指标，可及时地减少气象灾害对公路通行的危害。早在20世纪80年代代欧洲就建立了实时公路预报系统，我国公路气象服务起步较晚，但发展速度较快，主要得益于气象观测技术的进步和我国公路交通建设的快速发展[1]。国内学者也对公路的气象灾害进行了研究，张晓美等[2]研究指出青海省公路交通的气象灾害主要是强降雨和公路积雪，张金满等[3]开展了灾害性天气交通事故特征及雾天公路通行预警指标体系的研究，德庆卓嘎等[4]开展了公路交通地质灾害气象预警， 保广裕等[5]对青海省公路沿线强降雪天气灾害风险进行了区划研究，金欣等[6]对海东市G6京藏高速公路(马场垣至平安段)进行了气象灾害风险普查与防范对策的研究。气象灾害影响黄南地区的公路安全通行时有发生，如暴雨、强降水引发的落石、滑坡、泥石流、洪涝，导致公路的通行条件下降，影响着公路交通的安全和保障，如2010年9月21日同仁气象站测降水量达到76.1mm,24h达到黄色暴雨量级，引发洪水、泥石流，致使省道203公路同仁境内出现约400余米公路被泥石流掩埋，公路中断3h，经交通部门的组织抢修，于21日凌晨1时50分左右公路基本恢复通车。因此通过研究本地化的气象灾害的时空特征发生及其规律，采用在公路沿线已建立的气象自动站针对性的开展公路气象服务，建立气象灾害公路防范机制，实现公路的安全通行就显得十分必要。在黄南地区降雨、降雪是造成交通事故最严重的灾害性天气[7]，因此加强对气象灾害的分析研究，并制定相应的对策，可以保障公路安全通行，并提高本地化专业气象服务的水平。

1 区域概况与资料

黄南藏族自治州是青海省的8个地级行政区之一，位于青海省东南部，因地处黄河之南而得名[8]。黄南地区地形复杂，呈北低南高，海拔在1956～4946m之间。黄南地区交通方式单一，泽库机场项目和西成高铁项目还在建设中，目前交通方式主要依靠张汶高速公路G0611(平安—同仁)、省道S203(平安—河南)，所以黄南地区公路的通行直接影响着黄南人民的生产生活，因此针对本地化的公路建立气象公路预警保障工作就显得十分重要。

本文采用的气象灾害资料是根据各县年报表中统计而来的2009-2019年的灾情信息。灾情信息主要来源为气象部门收集民政局、交通局、应急管理局等部门获取后记录在每月A文件中，在年底的时候统一制作J文件中备注保存，降水资料为通过CIMISS气象数据统一服务接口下载的每日降水量得到，所以数据可靠。

2 气象灾害特征分析

2.1 气象灾害特征

根据2018年执行的《全国气象灾情收集上报技术规范》[9]对黄南地区2009-2019年气象灾害信息统计分析可得黄南地区气象灾害图如图1所示，分析可得黄南地区的气象灾害有9类，分别是暴雨洪涝、冰雹、雪灾、地质灾害、大风、雷电、其他、干旱和沙尘暴，共有114条灾情信息记录，年均10.4条。从气象灾害类别的占比分析可得，暴雨洪涝占41.2%，其余为冰雹21.9%、雪灾9.6%、地质灾害8.7%、大风7.0%、雷电7.0%、其他2.6%、干旱0.9%、沙尘暴0.9%，由此分析可得，黄南地区的主要气象灾害类别是暴雨洪涝、冰雹、雪灾、地质灾害，主要气象灾害类别占比高达81.4%且主要灾害容易造成公路、损坏、受阻中断。

图1 黄南地区气象灾害图

2.2 气象灾害时空分布特征

按月统计2009-2019年黄南地区气象灾害如图2(a)可得，气象灾害主要发生在5-9月，占比高达84.2%，其中7月和8月是高发期，主要是暴雨洪涝、地质灾害、冰雹、雷电，其中2月是雪灾的高发期，比较特殊的是12月未有灾情发生。按空间分析黄南地区气象灾害如图2(b)可得，气象灾害依次是为河南、同仁、尖扎、泽库，河南县最多高达55次，泽库最少为6次，其余为同仁31次，尖扎21次，河南是气象灾害高发地。

图2 黄南地区气象灾害时空分布特征图

2.3 公路气象灾害时空分布特征

黄南地区影响公路通行的主要因素是降水诱发的暴雨洪涝、地质灾害、雪灾及其伴生灾害洪水、滑坡、泥石流、积雪、道路结冰等。2009-2019年发生的114条灾情信息记录中有36条公路气象灾害，其中暴雨洪涝为24次，雪灾8次，地质灾害4次，如图3(a)所示按月统计分析可得，主要集中在5-9月，占全年的83.3%，其中7月和8月是高发期，气象灾害影响公路通行主要以暴雨洪涝、地质灾害等造成，其余为降雪应发的雪灾造成，集中在10-4月，占全年的16.7%，气象灾害影响公路通行主要以积雪、道路结冰等造成。如图3(b)所示从空间上分析公路气象灾害可得，气象灾害影响公路通行与气象灾害发生的次数不同，气象灾害影响公路通行依次是为同仁14次、河南11次、尖扎5次、泽库6次，同仁是公路气象灾害最高发地。

图3 黄南地区公路气象灾害

3 降雨公路预警指标研究

每年5-9月的降雨是造成黄南地区公路通行的主要气象因素，所以以降雨天气现象为例，针对降雨开展黄南公路通行的预警研究。

3.1 主干道的预警站点选取

以黄南地区主要公路张汶高速公路G0611(平安—同仁段)、省道S203(平安—河南段)主干道，通过对黄南地区已建使用的国家站、天气站、交通站、区域站中选取预警站点，研究筛选确定4个国家站、8个沿线区域站，每个县1个国家气象站，2个具有代表性的区域站如图4所示。

图4 黄南地区主干道预警站点图

3.2 预警建立

降雨天气过程对公路通行的影响与降水的强度、大小、范围和地质条件密切相关。因此本文以雾天、冰雪天公路通行预警指标体系[3，10]和2009-2019年降雨引发的公路通行情况，建立黄南地区的降雨公路通行条件预警。

V为降雨公路预警，综合定义为：

(1)

其中:

(1)Ai为降雨情况描述，依据预警站点单站可能或已出现青海省暴雨灾害等级暴雨的降水量情况判断取值，分为A1、A2、A3、A4共4类，分别对应暴雨红色(24h≥131mm)、橙色(91mm≤24h≤130mm)、黄色(51mm≤24h≤90mm)和蓝色(25mm≤24h≤50mm)预警信号[11]；

(2)Bi为影响范围，依据预警站点出现暴雨的站点数量判断取值，B1、B2、B3、B4共4类分别为B1=(10～12站)、B2=(7～9站)、B3=(4～6站)、B4=(1～3站)；

(3)Ci为地质条件，考虑气象灾害对公路影响和地质条件相关将河谷山地C1和草原微丘C2，2 类，即同仁和尖扎为河谷山地为C1，河南和泽库为草原微丘为C2;

(4)a1、a2、a3为指标权重。

运用专家评判法对降雨天气公路的通行条件预警各项指标赋值、赋权重，将其均值作为黄南地区雨天公路通行预警的权重系数和指标(表1)。同时根据降雨情况及其影响范围和地质因素，将黄南地区降雨公路预警级别按由弱到强分为3个等级:当0

表1 黄南地区雨天公路通行预警指标的权重系数和指标

3.3 预警的检验

通过降雨公路预警综合指标定义对2009-2019年降雨造成24次公路气象灾害信息进行预警指标检验，4次未能通过检验，20次通过检验，其中黄色预警11个，橙色预警9个，红色预警0个。

4 结论

(1)黄南地区的气象灾害类别有9类，主要气象灾害类别是暴雨洪涝、冰雹、雪灾、地质灾害。

(2)按时间分析气象灾害主要发生在5-9月，占比高达72.8%，2月是雪灾的高发期，比较特殊的是12月未有灾情发生，按空间分析河南是气象灾害高发地。

(3)公路气象灾害与气象灾害发生时间一致，但空间上分析公路气象灾害与气象灾害发生的高发地不同，公路气象灾害高发地是同仁。

(4)建立的黄南降雨公路通行预警体系，其预警级别由弱到强为3级，通过对24次降雨引发的公路气象灾害进行检验，预警效果较好，可以用于黄南地区降雨公路的气象业务服务中。