西藏东南地区铁路沿线气象站网合理化布局和重点观测要素的研究

索朗多旦 旺珍 扎西拉姆 阿桑 多吉次旦

（1.工布江达县气象局；2.察隅县气象局，西藏 林芝 860000）

1 研究背景和意义

众所周知现代交通设施与沿线气象条件有着十分密切的关系，尤其是铁路对气象灾害的敏感程度很高。近年来，随着全球气候变暖，极端天气现象频繁发生，对铁路运输造成了极大的影响。影响铁路运行的灾害性天气有暴雨、暴雪、雷电、冻雨、大雾、沙尘、大风、低温等，其主要通过影响道面状况、能见度及铁路电力设施等方面影响铁路运行［1］。铁路客运安全与广大乘客的生命财产安全紧密相连，据统计，每年仅因为天气原因造成的铁路安全事故超过百起。在国内外由于气象灾害导致的铁路重特大事件时有发生。1975 年8 月5日，河南发生特大暴雨，日最大雨量达到1005mm，板桥水库等几十座大小水库相继漫顶溃坝，导致京广铁路被冲毁，中断行车18天，影响运输四十余天。1981年7月9 日，四川境内发生特大泥石流灾害，造成桥梁冲毁和成昆铁路列车颠覆，死亡130 人，成为我国铁路史上迄今为止最为惨烈的事故。2007 年2 月28 日，由乌鲁木齐开往阿克苏方向列车在吐鲁番境内，遭遇瞬时大风袭击，造成11节车厢被大风吹翻，造成3 人死亡，34 名旅客受伤［2］。据统计，每年用于铁路灾害抢修、工程修复等方面的费用合计达到3.5亿元左右［3］。同样在国外多次出现大风、强降水、低温等原因造成的列车安全事件。这些血淋淋的事件都证明了铁路安全运行与气象条件密切相关。

2021 年6 月25 日拉林铁路正式全线开通，从此结束了西藏东南地区不通铁路的历史。列车从拉萨站出发向东南方向行径山南市所属的贡嘎县、扎囊县、桑日县、加查县后进入林芝市境内，经过林芝市所属的朗县和米林县后到达终点林芝站，全程列车时速为160km/h。拉林铁路沿线地形复杂，海拔高度变化大，区域气象要素分布不均，并且在全球气温变暖的背景条件下，极端天气现象也随之增加，而拉林铁路沿线气象观测站网分布稀少，可对铁路安全运行提供的有效气象数据少之又少，进而对铁路沿线的精细化气象服务及气象灾害的研究带来了较大的困难。因此开展拉林铁路沿线主要气象灾害时空分布特征分析，研究铁路沿线气象观测站网合理化布局及不同区域需要重点观测的气象要素，对拉林铁路安全运行有着十分重要的意义。

2 林铁路沿线地理环境与主要致灾气象条件

拉林铁路位于我国西藏自治区东南部山南至林芝一带，其行径路段多次经过重要山脉、江河。首先向南穿过冈底斯山脉后进入雅鲁藏布江河谷地带，然后向东跨过山南市所属贡嘎县、扎囊县、桑日县、加查县和林芝市所属朗县、米林县等县域后横跨雅鲁藏布江到终点林芝站，是西藏境内唯一一条连接拉萨市与林芝市的铁路，它也是川藏铁路的重要组成部分。

铁路沿线气候复杂,极端天气事件发生频繁,尤其是大风和强降水以及低温引起的冰雪天气现象，给铁路建设和安全运营带来一定困难。从地理位置空间分布来讲西藏东南部临近孟加拉湾,同时受印度洋暖湿气流的影响,该区域常年雨量充沛，温暖湿润，为整个西藏区域内年降水量最为丰富的一带。雨季开始较早,通常在3、4 月份开始自东向西进入雨季［4］，而且雨季时段较长，通常为4 月至9 月。连阴雨、暴雨和短时强降水造成的洪涝、泥石流和山体滑坡以及冬季强降雪造成的道路结冰为该区域内的主要次生地质灾害。一般说来,西藏东南部自西向东海拔高度逐渐降低，在某些区域内海拔高度落差大，铁路沿线多为山地、峡谷地带，冬季以及冷暖季节交汇时节午后易出现大风，夏季气温相比其他区域较高，冬季低温现象频繁，日温差较大。因此在拉林铁路沿线对铁路安全产生影响的主要致灾气象条件有强降雨、大风、低温等。

本文根据气象学上的定义，大风日是指在资料有效时段内出现日极大风速≥17 米每秒的日为一个大风日；低温日是指在资料有效时段内出现日最低温度低于-2℃的日为一个低温日；而强降水的指标对不同区域而言有不同的标准，本文根据西藏东南部的降水特征，以及结合东南部地理条件和铁路沿线的土质特性，充分考虑强降水可能导致的山洪、泥石流等次生地质灾害的临界阈值，将强降水日定义为出现日降水量≥25mm为一个强降水日。

3 资料与方法

3.1 资料

本文依据“区域气候的代表性”和“距离铁路沿线就近”的两个原则，选取了目前气象部门在拉林铁路沿线已经建设投入使用的拉萨站、扎囊站、桑日站、加查站、朗县站、米林站、林芝站等7 个气象站点，主要利用气象站近十年的气象数据，对铁路沿线的风、降水、温度等与铁路正常运行密切相关的气象要素进行数值统计，分析其时空分布特征，研究拉林铁路沿线气象站网合理化布局和重点观测项目，为拉林铁路安全运行保驾护航。

3.2 计算方法

本文根据铁路沿线选取的气象站点分布情况和拉林铁路车站的区域分布，将拉林铁路全线分为六段，分别为拉萨至扎囊段、扎囊至桑日段、桑日至加查段、加查至朗县段、朗县至米林段、米林至林芝段，再根据铁路沿线区域气候特征和常见气象灾害种类，定义拉林铁路沿线出现大风日、强降水日、低温日等主要气象灾害的临界阈值。利用铁路沿线气象站点近十年（2010—2020 年）数据资料对三种气象灾害值进行数值统计，最后对数值统计结果进行算术平均，形成拉林铁路沿线主要气象灾害时间、空间分布特征表。

其中具体用到两种算术方法：第一种方法为计算各类气象灾害在铁路沿线的空间分布特征的公式：

式中Di为出现i 类气象灾害的年平均日数，A 为上车站临近气象站近N 年内出现i 类气象灾害日数的总和，B 为下车站临近气象站近N 年内出现i 类气象灾害日数的总和、i=1为强降水、i=2为大风、i=3为低温，N为统计资料总共年数。计算结果保留一位小数。

第二种方法为计算各类气象灾害在铁路沿线的时间分布特征的公式：

式中i为统计年份，j为月份，X（k,i,j）为第i 年j 月份中出现k 类气象灾害日数总和，k=1 为将降水、k=2 为大风、k=3 为低温，N 为统计资料总共年数。计算结果取整数。

4 拉林铁路沿线灾害性天气的时空分布

影响林拉铁路的气象灾害主要有大风、强降水及低温雨雪冰冻灾害。而不同气象灾害种类影响铁路安全运行的方式各不相同。下面分灾种对拉林铁路沿线气象灾害时空分布特征进行分析讨论。

4.1 强降水

强降雨气象灾害对铁路造成的影响方式主要分为两种：第一种为强降雨引发诱导的洪涝、河水泛滥等灾害，导致破坏、冲毁列车铁轨和桥梁、铁路通讯以及电力等设施。第二种为强降雨引发诱导的泥石流、山体滑坡、塌方等次生地质灾害，导致冲毁铁路各种设施、掩埋和冲断铁轨，造成列车运行中断、颠覆等严重铁路安全事故［5］。

从表1中拉林铁路沿线强降水日的空间分布特征来分析，拉林铁路沿线强降水日最多出现在林芝区域内，其中米林至林芝段强降雨日数最多为5.9d，其次朗县至米林段强降雨日数为3.6d，拉萨至扎囊段和加查至朗县段的强降水日数超过2.0d，其余路段中强降雨日数较少。从表2 中拉林铁路沿线强降水日的时间分布特征来分析，强降水日数主要出现时段集中在4月至9月，最多出现在7 月为4.0d，其次出现在6 月、8 月和9 月均为3d，而其余月份当中出现强降水日的可能性较小。

表1 拉林铁路沿线气象灾害空间分布特征

表2 拉林铁路沿线气象灾害时间分布特征

总体来看，在拉林铁路沿线可能发生强降水气象灾害的区域主要集中在林芝区域内，其中米林至林芝段相比其他路段出现强降水的可能性最大，其次为朗县至米林段。而拉萨至扎囊段和加查至朗县段也存在发生强降水气象灾害的可能性，需适当关注此类气象灾害，其余路段一年中出现强降水的日数为一天左右，发生强降水气象灾害可能性较小。出现时段主要集中在6月至9月。

4.2 大风

大风是对铁路运行影响最为严重的天气现象之一，它会使铁路行径桥梁发生“震荡”，但是更主要的还是对列车本身的影响。高速运行的列车车体与轨道之间的摩擦力非常小，当有强风从侧面吹来时，列车的动力学参数横向力均显著增大，在力矩的作用下极易发生侧翻事故［6］。因此大风风速与风向都是列车倾覆的重要参数，当线路走向与风向夹角垂直，该路段运行的高速列车受到横风影响，此时列车安全运行的危险度最大，当线路走向与风向夹角小于45°时，该地段的线路主要受侧风影响，存在站停列车溜逸的危险［7］。

从表1中拉林铁路沿线大风日的空间分布特征来分析，拉林铁路沿线各路段年平均大风日数分布特征明显，主要出现大风气象灾害的路段为加查至朗县和朗县至米林段，年平均出现大风日数分别为183.1d和176.3d，其余路段中拉萨至扎囊段、扎囊至桑日段、桑日至加查段年平均出现大风日数在26.8d 到46.9d 之间，而米林至林芝段内年平均出现大风日数不足一日。从表2 中拉林铁路沿线大风日的时间分布特征来分析，出现大风日的时间分布比较均匀，在一年当中各月份均有出现大风日，其中1 月至5 月及11 月至12 月较多，6月至10月相对较少。

总体来看，拉林铁路沿线一年中出现大风日数较多，尤其在加查至朗县和朗县至米林段年平均大风日数接近200 天，其余路段中拉萨至加查段一年也有数十日会出现大风天气，而米林至林芝段一般不会出现大风天气。在冬季以及冷暖季节交汇时节出现次数较多，夏季相对较少。

4.3 低温

低温冻害气象灾害对铁路安全主要影响有三种方式，第一种低温本身通过影响铁路基建设施、列车动力、铁轨等方面来影响列车安全，当然随着我国科技创新能力不断增强，在设计列车、铁轨以及铁路基建设施时已经考虑和预防了低温影响，为此现阶段低温对列车安全的此类影响方式在不断减少。第二种为低温使得铁路沿线出现冰雪天气，影响铁路正常运行，铁路沿线及列车铁轨上过厚的积雪会对火车行驶造成极大危险。我国京秦铁路线曾出现过超过两米厚的积雪，积雪过深直接导致列车无法正常行进，严重影响列车安全运行。冰雪天气使轨道表面被冰雪覆盖，使得列车轨道表面更加光滑，摩擦力减小，从而导致列车牵引力下降，引发事故［8］。第三种是对供电线路的影响，低温产生的冰雪会滞留在供电线路上形成电线积冰。2008年我国南方冰冻雨雪灾害，由于电线积冰成倍增长使得输电线路杆塔不堪重负，造成了较大范围断电影响。此外低温导致的冰雪天气现象还会对通讯信号线路造成影响。

从表1中拉林铁路沿线低温日的空间分布特征来分析，拉林铁路沿线各路段年平均出现低温日分布均匀，无明显差异，其中出现最多次数的路段为桑日至加查段和加查至朗县段以及拉萨至扎囊段，年平均低温日分别165d、184d 和198d，其余路线内年平均低温日在113d到143d之间。从表2中拉林铁路沿线低温日的时间分布来分析，拉林铁路沿线出现低温日的时间分布明显，主要出现的时段为1 月至3 月和11 月至12 月之间，4 月和10 月当中也会出现低温现象但相对较少，而5月至9月几乎不会出现低温现象。

总体来看，在拉林铁路沿线出现低温现象较为频繁，拉萨至扎囊段、桑日至朗县段出现低温现象次数相对较高。出现时段主要集中在冬季。

5 结论

（1）拉林铁路位于西藏东南部，结合西藏东南部气候特征，拉林铁路沿线主要的气象灾害有强降水、大风、低温等直接导致的气象灾害，以及强降水引发的暴雨洪涝、河水泛滥等次生灾害，泥石流、滑坡、塌方等次生地质灾害，还有低温造成冰雪天气引起的道路结冰、电线积冰等次生灾害。

（2）拉林铁路沿线出现强降水时段主要集中在6月至9 月，出现区域主要集中在林芝境内朗县至林芝段，尤其米林至林芝段相比其他路段出现强降水的可能性更大。为了减少强降水引发的气象灾害对铁路安全产生影响，气象部门应该在6月至9月时段内需加强监测林芝境内朗县至林芝段天气系统，及时发布强降水预警信号，铁路相关部门需加强防范强降水引发的山洪、泥石流、滑坡等次生灾害对铁路安全造成的影响。

（3）拉林铁路沿线一年当中均可出现大风天气现象，并且在冬季和冷暖季节交汇时段内发生大风天气的可能性较大，出现大风天气的主要区域集中在加查至米林段。为了减少大风天气对铁路安全产生的影响，气象部门应该在1 月至5 月和11 月至12 月时段内加强监测加查至米林段天气系统，及时发布大风预警信号，铁路相关部门需加强防范大风天气对铁路安全造成的影响。

（4）拉林铁路沿线各站点间出现低温现象较为均匀，其中拉萨至扎囊段、桑日至加查段和加查至朗县段出现低温现象次数相对较高。出现低温时段主要集中在冬季。为了减少低温天气对铁路安全产生的影响，气象部门应该在1月至3月和11月至12月时段内加强监测拉萨至朗县段天气系统，及时发布强降温预警信号，铁路相关部门需加强防范低温天气对铁路安全造成的影响。

（5）根据本文分析的拉林铁路沿线气象灾害分布特征，铁路沿线应加快建设具备监测气压、温湿度、风向风速等六要素气象站，提高气象监测站网密集程度。铁路沿线朗县至林芝段内应重点观测雨量和风向风速，减少强降水和大风气象灾害的影响；加查至米林段应重点观测风向风速和温度，减少大风和低温气象灾害的影响；拉萨至朗县段重点观测温度，减少低温气象灾害的影响。