新疆主要高速公路气象灾害特征分析

艾冠男，潘新民，张新军

（新疆气象服务中心，新疆 乌鲁木齐 830002）

随着经济的不断快速发展，交通运输已成为国民生产的重要组成部分[1-3]。近年来，极端灾害性天气频发，给交通行业带来了很大压力[4-9]。研究表明，59%的重大交通事故与气象因素有关；35.6%的公路交通阻断是由于天气原因造成[10]。新疆作为我国“一带一路”的重要枢纽，其公路交通在国内和国际交通运输网络中的地位和作用日益凸显。但灾害性天气对交通运输行业带来的压力却逐步增加，公众对出行安全保障的要求也越来越高[11]。

近年来，对于公路交通气象灾害方面的研究已受到众多专家及相关单位的高度重视[12-16]。郭春燕[17]通过研究明确了内蒙古高速公路易发的6 种气象灾害，但针对不同气象灾害的落区尚未定论。张静等[18]通过专家评估法、统计分析法等分析了青海东部地区高速公路致灾气象因子的临界值。王春玲等[19]通过ArcGIS 空间分析法和AHP 层次分析法对京津冀地区高速公路冰冻灾害进行了风险区划。针对新疆高速公路气象灾害的研究目前大多局限于单一灾害，利用交通阻断信息结合气象数据对不同高速公路气象灾害种类的综合分析和灾害落区研究尚未讨论。

G30、G3012、G217 线作为新疆主要高速公路网，途经山脉、沙漠、戈壁、绿洲等不同复杂地形，气象灾害种类繁多。本文基于高速公路阻断数据，结合公路沿线10 km 以内气象观测站点资料，通过统计分析、专家分析、实地勘测、问卷调查等方法对上述高速公路的气象灾害种类进行研究，分析了灾害的时空分布特征，以期为管理部门针对性加强气象灾害防范、完善应急抢险方案及大气环境治理提供科学依据，旨在为减少因气象灾害造成的国民经济损失，保障人民生命财产安全提供指示意义。

2022 年中国气象局、公安部、交通运输部联合计划开展省级恶劣天气高影响路段优化提升工作，本文研究结论可对交通气象灾害风险区划及观测站网布局优化工作提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 高速公路选择

选取G30 连霍高速（霍尔果斯至哈密段）、G3012 吐和高速（吐鲁番至喀什段）、G217 阿塔国道（阿勒泰至库车段）为基本对象。

1.2 资料来源

采用的2010—2018 年高速公路交通阻断数据由新疆交管部门提供，数据包含阻断开始时间及恢复时间、影响路段、灾害类型和详细阻断情况说明，共9 类气象灾害，800 余条数据。选用的高速公路沿线10 km 范围内新疆常规气象站点2010—2018 年逐日地面观测资料（包含气温、最高气温、降水量、能见度、极大风速等常规气象观测要素）来源于新疆气象信息中心。

1.3 数据处理方法

基于2010—2018 年交通阻断数据，结合同期气象历史数据，采用统计分析法，筛选出因气象因素造成的交通阻断数据，确定新疆主要高速公路受灾类型。

1.4 灾害隐患点（段）挑选方法

采用专家评估法和实地勘测法，根据公路管理局相关专家对因气象因素造成的事故多发路段进行评估，同时采用实地勘测法详细了解道路实际情况，搜集高速公路基本信息、事故多发路段道路形态、土壤结构及植被覆盖率等，确定灾害隐患点（段）[20-21]。

1.5 致灾气象因子临界值确定法

采用问卷调查法，专家由交管、气象部门组成。调查公路交通监管运营部门气象灾害防御相关业务标准规范，结合交通阻断信息资料、气象历史资料，得出本地化致灾气象因子临界值[22-24]。

2 结果与分析

2.1 主要公路气象灾害及其区域分布特征

通过对G30、G3012、G217 线新疆境内路段气象灾害风险普查及灾害数据分析得出，影响新疆高速公路主干线的气象灾害主要有8 种，分别为道路结冰（24.3%）、积雪（20.9%）、暴雨（15.5%）、大雾（13.5%）、大风（10.5%）、沙尘（4.7%）、高温（4.7%）、次生灾害（3.6%）及风吹雪（2.4%）。气象灾害在不同路段上有明显的区域分布特征（图1）。

图1 新疆主要高速公路气象灾害的空间分布

G30 主要受道路结冰、积雪、大雾、大风、高温灾害影响。受道路结冰、积雪和大雾灾害引起的交通管制路段主要集中在K3600～K3799 段（乌鲁木齐至奎屯辖区），积雪易发路段与吴彦等[22]北疆公路积雪在乌鲁木齐至乌苏一线居多的结论契合。受大风灾害引起的交通管制路段主要集中在K3421～K3472 段（三十里风区）、K2920～K3170 段（百里风区），与陈文友等[23]、张太西等[25]的风害风险区划大致相同。高温主要集中在K3310～K3472 段（吐鲁番至鄯善辖区）。G30 作为北疆主要高速公路之一，与天山山脉大致平行，呈东西向，纬度和地形强迫抬升作用是导致天山中部及其两侧冬季降雪天气明显的原因之一[26-27]。路面温度昼夜差异大，可能是导致路面结冰、积雪灾害相对集中的原因之一。受天山山脉独特的地形影响，在吐鲁番地区和哈密地区形成了三十里和百里两大风区，风区以偏北风为主导风向，并与东西走向的公路形成横风效应，这是上述路段出现大风灾害的主要原因。

G3012 主要受暴雨、沙尘、大风、高温灾害影响。受暴雨灾害引起的交通管制主要集中在K720～K975 段（克州至阿克苏辖区），以短时强对流引起的降水为主，与刘艳等[28]提出的新疆暴雨型洪水灾害高风险区位于南疆西部山区和天山南坡中段的结论一致。沙尘、大风灾害以分散性分布为主，交通管制主要以大风引起的沙尘为主。高温主要集中在K80～K0 段（托克逊至吐鲁番辖区）。G3012 大部位于塔克拉玛干沙漠边缘，沙尘以翻山的西北风和海平面气压差异引起的偏东风为主，大风强度弱于G30 风口。

G217 对交通安全影响最大的灾害主要为暴雨、积雪、次生灾害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）、大风。暴雨、次生灾害主要集中在“独库”路段，“独库”路段积雪无固定发生季节，大风主要集中在克拉玛依辖区。

综上，新疆主要高速公路气象灾害区域化分布特征明显，G30 主要受道路结冰、积雪、大雾、大风、高温灾害影响，G3012 主要受暴雨、沙尘、大风、高温灾害影响，G217 主要受暴雨、积雪、次生灾害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）影响。高频气象灾害也与新疆独特地形和纬度有关。新疆特殊地形使得山区暴雨具有强度大、历时短、发生概率高的特点，对山区公路成灾率极高。G30 主体靠近且平行于天山山脉北坡，天山山脉对气流有分流和阻挡抬升作用，会引发强垂直运动，促使水汽向上层输送，使降水在山脉迎风坡一侧有明显增幅。受天山山脉独特的地形影响，在吐鲁番地区和哈密地区形成了三十里和百里两大风区，风区以偏北风为主导风向，并与东西走向的公路形成横风效应。受纬度等因素影响，新疆地处我国西北干旱、半干旱区，G3012 分布在塔克拉玛干沙漠周围，荒漠化土地居多，防沙能力较弱，导致常年频繁受风沙灾害。

2.2 气象灾害季节分布特征

在分析新疆主要高速公路受灾类型的基础上，对气象灾害的时间分布进行了统计分析。影响新疆主要高速公路的气象灾害具有明显的季节分布特征（图2）。冬季（12 月—次年1 月）灾害发生频次最多，以道路结冰、积雪、大雾为主；其次为春季（3—4月），大风、沙尘和道路结冰灾害频发；夏季（6—7月）以强降雨、高温、次生气象灾害最为突出；秋季气象灾害相对较少。

图2 新疆高速公路气象灾害的月变化

冬季道路结冰、积雪、大雾灾害明显。冬季的阴雾天气是新疆比较特殊的气象灾害，凡出现雾或由雾抬升的低云（主要是层云、碎云，有时也有闭光高层云、层积云）维持半天以上，或者夜间出现的雾维持到第二天的12 时以后，能见度＜1 000 m 的雾称为阴雾天气[29]。北疆冬季持续时间长，积雪稳定深厚，同时受天山山脉地形影响，容易形成较为强烈的逆温层，导致近地面层发生阴雾天气且维持时间较长，多者持续10 d 以上，对行车安全影响极大。

春季大风灾害频发。由于春季天气变化比较剧烈，冷空气活动较为频繁，受峡谷效应影响，G30 三十里、百里风区、G217 克拉玛依辖区、G3012 阿图什至库车辖区在冷空气入侵时以西北大风为主，冷空气过后，G3012 阿图什至库车辖区以偏东风引起的沙尘灾害为主。

夏季高温、暴雨、次生灾害特殊。吐鲁番地区作为我国著名的“火洲”，因盆地地形，热量易聚集于此，夏季地面最高气温局地可达45 ℃以上。G217“独库”段横穿复杂天山山脉，受地形影响，夏季频发短时强降水，同时带来的泥石流、塌方、融雪性洪水等次生灾害对交通造成的影响极大。

相对于其他地区，G30 灾害性大风、冬季的阴雾是新疆比较特殊的气象灾害。

2.3 气象灾害隐患点（段）基本信息分析

通过气象灾害风险普查得知，G30、G3012、G217高速公路气象灾害风险隐患点（段）共计50 个，其中G217 分布最多，为22 个。50 个灾害隐患点（段）的路基岩土类型以碎石土为主，占94%。灾害隐患点（段）的道路形态以弯道为主，G217 隐患点（段）均为弯道。G30、G3012 植被覆盖率较低，G217 整体植被覆盖率表现出较明显的区域化。

通过交管、气象部门组成的专家调查，对现有致灾气象因子临界值参考指标进行本地化初步订正（表1）。

表1 高速公路致灾气象因子临界值

3 结论

（1）G30、G3012、G217 线高速公路所受的气象灾害主要有道路结冰、积雪、暴雨、大雾、大风、沙尘、高温、次生灾害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）及风吹雪。

（2）G30、G3012、G217 线高速公路所受的气象灾害有明显的区域化分布特征。G30 线高速公路以道路结冰、积雪、大雾、大风、高温灾害为主，且分别有易发区。G3012 线高速公路暴雨、高温灾害路段相对集中，沙尘、大风灾害呈分散性分布。G217 线高速公路的强降雨及次生灾害（泥石流、塌方、融雪性洪水等）主要集中在“独库”路段山区。

（3）影响新疆主要高速公路的气象灾害具有明显的季节分布特征。冬季气象灾害频次最多，以公路积雪、大雾和路面结冰为主。其次为春季，主要为大风、沙尘和道路结冰。夏季以强降雨、大风及次生气象灾害最为突出。秋季气象灾害相对较少。

（4）相对于其他地区，G30 灾害性大风、冬季的阴雾是新疆公路比较特殊的气象灾害。

（5）对致灾气象因子临界值指标进行了本地化初步订正。

结合本文研究结论，建议今后针对气象灾害风险区划、气象灾害形成机理及发生发展规律的研究，在风险普查的基础上需采用多部门数据共同分析，以期取得更精准和更具有科学代表性的研究成果。同时需加快新疆高速公路交通气象监测和预警设施的建设，针对气象灾害易发路段增加可视化预报、预警显示屏，完善气象服务工作。

由于新疆铁路沿线与公路大部基本并行，上述研究结论也可为新疆铁路气象灾害防御提供参考，对提高新疆交通安全运营的服务能力和水平具有指示意义。但研究内容仍有不足，致灾气象因子临界值和气象灾害预警机制有待深入研究。