潘新民，彭艷梅，屈 梅，張新軍，黃秉光，殷庭煒

（1.新疆氣象服務中心，新疆 烏魯木齊830002；2.巴州氣象局，新疆 庫爾勒841000）

大風影響新疆鐵路運輸生產和行車安全的主要氣象災害之一。新疆鐵路途經多個風區(qū)，大風頻繁、風力強勁，其中以“百里風區(qū)”和“三十里”的風速最大，瞬時風速可達60 m/s，是世界鐵路風速最高、受風沙影響最嚴重的地區(qū)之一，曾發(fā)生過30 多起因強風沙引起的鐵路運輸事故。此外，因大風引起的晚點、停運也給鐵路運輸組織秩序造成很大影響。

前百公里風區(qū)是指新疆鐵路南疆線從吐魯番西站開始西至魚兒溝站約113 km 里程的風區(qū)段（圖1），與蘭新線百里風區(qū)里程相當，位于蘭新線百里風區(qū)的西側天氣上游，且起風早于百里風區(qū)，故將此風區(qū)命名為前百公里風區(qū)。2014 年年底新疆鐵路南疆線改線并途經前百公里風區(qū)，是發(fā)往庫爾勒方向的南疆之星鐵路運行線路，也是烏魯木齊至庫爾勒、喀什方向高鐵規(guī)劃運行的途經線路，將成為內地通往喀什邊境方向的重要通道。

多年來，國內外對大風研究較多，尤其是三十里和百里風區(qū)的研究[1-15]，例如：李紅軍等對新疆“百里、三十里風區(qū)”鐵路沿線的風速設計進行了研究[5]；唐士晟等對新疆鐵路百里風區(qū)大風特征做了統(tǒng)計分析[6]。但對前百公里風區(qū)段的研究還是空白。高速鐵路方面：在大風監(jiān)測、雨量監(jiān)測、安全技術標準參數和安全預警探討方面，國內一些專家做了研究[16]，得出了風對高速列車安全運行的影響，提出了風的分類、高鐵運行的安全閥值；馬淑紅等以京津城際鐵路沿線的12 個風監(jiān)測站為基礎，進行了大風天氣條件下F-CRH3 動車組行車安全技術標準參數和沿線大風報警系統(tǒng)分析[17-18]。

前百公里風區(qū)多位于山區(qū)，周邊只有吐魯番、托克遜等個別平原地區(qū)國家氣象站，通過結合烏魯木齊鐵路局和新疆氣象局聯合建立的鐵路沿線氣象觀測資料，用統(tǒng)計學方法和對比分析法對前百公里風區(qū)的大風特征進行研究，彌補了前百公里風區(qū)氣象資料庫的空白，為強風區(qū)大風精細化預報研究提供依據，同時為南疆鐵路的安全運營和調度提供科學依據和基礎氣象服務保障。

1 資料和方法

采用新疆鐵路沿線前百公里風區(qū)17 個大風監(jiān)測站2015 年1 月1 日—2017 年12 月31 日逐小時風速、風向資料，以及同時段百里風區(qū)代表站十三間房氣象站的風速資料。

文中用統(tǒng)計學方法分析前百公里風區(qū)風速的季節(jié)變化、月變化、日變化、極值、大風起始時間對比研究，并對大風條件下風的主導風向進行了分析。

2 前百公里風區(qū)特征分析

2.1 區(qū)域站點分布

按照鐵路行車區(qū)域，將南疆線前百公里風區(qū)由東向西分為3 段共17 個站點（表1）。

17 個鐵路大風監(jiān)測站點位置分布見圖1，南疆線前百公里風區(qū)鐵路線呈東北—西南走向。

2.2 平均強度分布特征

2.2.1 平均風速季節(jié)變化

17 個站風速季節(jié)變化規(guī)律一致，平均風速強度春夏秋三季大、冬季小，以夏季最大，按照夏季>春季>秋季>冬季順序排列（圖2）。其中，三個泉特大橋各季風速均最大，其夏季風速為18.4 m/s，其次春季為17.5 m/s，冬季風速最小，其值也到達了7.6 m/s。魚兒溝各季風速均是最小，其夏季風速為7.0 m/s，其次春季為6.2 m/s，冬季風速最小，僅為2.4 m/s。

圖2 2015—2017 年前百公里風區(qū)17 個站平均風速季節(jié)變化

2.2.2 平均風速月變化

17 個站風速月變化趨勢基本一致，具有明顯的規(guī)律（圖3）。除三個泉特大橋、珍珠泉東、白楊河氣象站月均風速在8 月達到最大值，其余14 個氣象站均是在5 月達到月均風速的最大值；17 個氣象站月均風速最小值都在1 月出現。與平均風速的季節(jié)分布相同，三個泉特大橋月平均風速也是最大，且高出次大平均風速13%~24%。三個泉特大橋4—8 月平均風速均大于18.0 m/s，其中8 月最大，為18.8 m/s。其次是珍珠泉東站，除1 月、2 月平均風速不是次大風速，3—12 月平均風速均僅次于三個泉特大橋，5—8 月平均風速均大于15 m/s，其最大月8 月平均風速為16.5 m/s。

圖3 2015—2017 年前百公里風區(qū)17 個站平均風速月變化

2.2.3 平均風速日變化

17 個站中頭道河特大橋、鐵泉特大橋、三個泉特大橋、珍珠泉東、珍珠泉西、白楊河6 個站風速明顯大于其余站點，尤其是三個泉特大橋，風速日變化在11.9～16.4 m/s 之間。這6 站風速日變化一致，呈單峰變化，在11：00—15：00 達到一天中的最小值，在23：00—次日3：00 左右達到一天的最大值。其余各站除魚兒溝外，風速日變化呈不明顯的雙峰變化。在0：00 左右達到最大值，17：00 左右達到次大值，10：00左右達到最小值。魚兒溝站除11：00—15：00 外，其余各時次均是17 個站點中的最小值，其日變化也是單峰變化，但與頭道河特大橋—白楊河不同，其最大值出現在15：00—16：00，為6.0 m/s，最小值出現在9：00，為4.0 m/s。

綜合風速日變化、年變化和季節(jié)變化來看，前百公里風區(qū)整個行車區(qū)間呈現為K13～K47（頭道河特大橋—白楊河）區(qū)間風速明顯大于其他區(qū)間；行車區(qū)間兩頭K0+000（吐魯番西）、K113+590（魚兒溝）風速較小。

圖4 為月平均風速最大月（5 月）和最小月（1月）17 個站的日變化，可以看出：17 個站平均風速最大月（5 月）日平均呈單峰變化，在上午8：00—12：00達到一天中的最小值，在深夜23：00 到凌晨4：00 左右達到一天的最大值。17 個站平均風速最小月（1月）日平均呈雙峰變化，在10：00—12：00 和19：00—20：00 兩次出現最小值， 在22：00—次日3：00 和15：00—16：00 兩次達到一天的最大值。最大月（5 月）日均風速比最小月（1 月）日均風速平均偏大10.8 m/s。

2.3 瞬間極大風速分布特征及對比分析

選取2015—2017 年10 場典型大風天氣（表2），來分析前百公里風區(qū)瞬間極大風速和起風、止風。

圖4 平均風速最大月（5 月）和最小月（1 月）日變化

表2 2015—2017 年10 場大風天氣過程

將大風天氣過程中風速達到17.1 m/s 時稱為大風，其對應的時間即為起風時間；風速開始減小并＜17.1 m/s 時稱為止風，其對應時間為止風時間；并將始終維持風速≥17.1 m/s 的時數定義為大風歷時。對選擇的十場天氣過程的起風時間、大風歷時、瞬時極大風速進行統(tǒng)計，其中起止風時間以百里風區(qū)代表站十三間房是止風時間為基準，即十三間房起止風時間記為0，若起風時間早于十三間房1 h，記為1，晚1 h 則記為-1，止風時間亦如此。

2.3.1 起止風時間及大風歷時

前百公里風區(qū)中三個泉特大橋、珍珠泉東、珍珠泉西三個站在多數天氣過程中起風最早，且早于十三間房氣象站。整條線路來看，墩果勒特大橋至托克遜西段起風時間都不同程度地早于十三間房，望步東至魚兒溝段起風時間不同程度地晚于十三間房。就該10 場天氣平均狀況來看，東湖溝至小埡起風時間早于十三間房，吐魯番西和望步東至魚兒溝起風時間晚于十三間房。三個泉特大橋在前百公里風區(qū)中起風最早，早于十三間房4.9 h，其次是珍珠泉東，早于十三間房4.6 h，珍珠泉西和白楊河起風時間較為接近，分別早于十三間房3.5 h、3.3 h。前百公里風區(qū)中，望步東起風時間最晚，晚于十三間房5.3 h，其次是魚兒溝，晚于十三間房3.2 h?？偟膩砜?，前百公里風區(qū)中除吐魯番西和望步東至魚兒溝段，其余路段起風時間都不同程度地早于十三間房（表3）。

表3 前百公里風區(qū)各氣象站和十三間房站起風時間統(tǒng)計 h

10 場天氣過程中除了第3、8、10 場中的三個泉特大橋到白楊河段止風時間晚于十三間房外，其余各場天氣中的各站點止風時間均早于十三間房。前百公里風區(qū)各站點止風時間都早于十三間房，其中望步東止風最早，早于十三間房21.6 h，其次是魚兒溝，早于十三間房17.5 h；止風最晚的是三個泉特大橋，僅早于十三間房1.2 h（表4）。

表4 前百公里風區(qū)各氣象站和十三間房站止風時間統(tǒng)計 h

前百公里風區(qū)17 個氣象站中，大風歷時最長的基本上都是三個泉特大橋，其次是珍珠泉東。與十三間房大風歷時相比，三個泉特大橋共計有8 場天氣大風歷時大于十三間房，珍珠泉東和珍珠泉西均有6 場天氣大風歷時大于十三間房，其余各站大風歷時多數情況下均小于十三間房。統(tǒng)計10 場天氣發(fā)生時間發(fā)現，前百公里風區(qū)三個泉特大橋至白楊河段大風歷時大于十三間房，其余各段大風歷時基本上都小于十三間房（表5）。

2.3.2 瞬間極大風速

從10 場天氣的瞬間極大風速統(tǒng)計來看，三個泉特大橋有8 場天氣在前百公里風區(qū)中達到極大風速，且都大于十三間房；第4 場天氣瞬間極大風速出現在鐵泉特大橋，第10 場天氣瞬間極大風速出現在紅山渠東，同樣都大于同期的十三間房瞬間極大風速。前百公里風區(qū)中，瞬間極大風速的最小值主要出現在吐魯番西和小埡至魚兒溝段（表6）。

綜上，前百公里風區(qū)的17 個站10 場大風天氣過程統(tǒng)計顯示，鐵泉特大橋至白楊河段起風時間早，止風時間晚，大風歷時長，瞬間極大風速大，尤其是三個泉特大橋，大風歷時長，極大風速大；吐魯番西和小埡至魚兒溝段起風時間相對較晚，止風時間也早，大風歷時相對較小，瞬間極大風速也相對較小。

表5 前百公里風區(qū)各氣象站和十三間房站大風歷時統(tǒng)計 h

表6 前百公里風區(qū)各氣象站和十三間房站瞬間極大風速 m/s

2.4 風向基本特征

在大風條件下（風速大于17.1 m/s），前百公里風區(qū)的17 個站風向均在NW（西北風）到N（北風）之間出現的頻率最高（圖5），主導風向為NNW（西北偏西風），頻率為36.2%，其次分別是NW（西北風）、N（北風），頻率分別為24.9%、13.0%。

圖5 17 個站大風平均風玫瑰圖

前百公里風區(qū)大風情況下主導風向較為穩(wěn)定，以西北至北為主，這也和冷空氣的入侵路徑較符合。同時，前百公里風區(qū)鐵路沿線呈東北—西南走向，這樣正好與大風的主導風向相正交，直接形成橫風，加上前百公里風區(qū)風力強勁，對列車運行可產生較大的危害。

3 結論

分析表明，南疆線前百公里風區(qū)是新疆除百里風區(qū)和三十風區(qū)外又一強風區(qū)，前百公里風區(qū)風速強勁、持續(xù)時間長、季節(jié)變化明顯、影響范圍廣，對交通運行可形成較大危害。

（1）前百公里風區(qū)平均風速季節(jié)變化規(guī)律為：平均風速強度春夏秋三季大、冬季小，以夏季最大，按照夏季＞春季＞秋季＞冬季順序排列。其中，三個泉特大橋各季風速均最大，其夏季風速為18.4 m/s，其次春季為17.5 m/s，冬季風速最小，達7.6 m/s。魚兒溝各季風速均最小，其夏季風速為7.0 m/s，其春季為6.2 m/s，冬季風速最小，僅為2.4 m/s。

前百公里風區(qū)平均風速月變化趨勢為：5 月達到月均風速的最大值；1 月為最小值。其中，三個泉特大橋4—8 月平均風速均大于18.0 m/s，其中8 月最大，為18.8 m/s。其次是珍珠泉東站，除1 月、2 月平均風速不是次大風速，3—12 月平均風速均僅次于三個泉特大橋，5—8 月平均風速均大于15 m/s，其最大月8 月平均風速為16.5 m/s。

（2）前百公里風區(qū)平均風速日變化特征：17 個站中頭道河特大橋、鐵泉特大橋、三個泉特大橋、珍珠泉東、珍珠泉西、白楊河6 個站風速明顯大于其余站點，尤其是三個泉特大橋，風速日變化在11.9～16.4 m/s。這6 站風速日變化一致，呈單峰變化，在11：00—15：00 達到一天中的最小值，在23：00—次日3：00 左右達到最大值。其余各站除魚兒溝外，風速日變化呈不明顯的雙峰型變化。在0：00 左右達到最大值，17：00 左右達到次大值，10：00 左右達到最小值。

（4）極大風速則顯示鐵泉特大橋至白楊河段起風時間早，止風時間晚，大風歷時長，瞬間極大風速大，尤其是三個泉特大橋，大風歷時長，極大風速大，三個泉特大橋在前百公里風區(qū)中起風最早，早于十三間房4.9 h，其次是珍珠泉東，早于十三間房4.6 h；吐魯番西和小埡至魚兒溝段起風時間相對較晚，止風時間也早，大風歷時相對較小，瞬間極大風速也相對較小。前百公里風區(qū)各站點止風時間都早于十三間房，其中望步東止風最早，早于十三間房21.6 h，其次是魚兒溝，早于十三間房17.5 h；止風最晚的是三個泉特大橋，僅早于十三間房1.2 h。

（5）前百公里風區(qū)代表站三個泉大橋瞬間極大風速比百里風區(qū)代表站十三間房平均大12.2 m/s。在大風條件下（風速≥17.1 m/s），前百公里風區(qū)的17 個站風向均在NW（西北風）到N（北風）之間出現的頻率最高，主導風向為NNW（西北偏西風），頻率為36.2%，其次分別是NW（西北風）、N（北風），頻率分別為24.9%、13.0%。風區(qū)中鐵路沿線呈東北—西南走向，正好與大風的主導風向相正交，形成橫風，對列車運行可產生較大的危害。