徐雨晴，何吉成

中國鐵路雷電災(zāi)害時(shí)空分布特征

徐雨晴，何吉成

在闡述雷電災(zāi)害對(duì)鐵路危害形式的基礎(chǔ)上，綜述了我國雷電災(zāi)害的時(shí)空分布特征，分析了我國易受雷電災(zāi)害影響的線路分布，并提出了防御雷電災(zāi)害的建議。

中國鐵路；雷電；災(zāi)害

0 引言

鐵路是我國國民經(jīng)濟(jì)的大動(dòng)脈和大眾化交通工具，在國家綜合交通運(yùn)輸體系中處于骨干地位，近10年來，我國鐵路路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，截至2010年底，我國鐵路營業(yè)里程已達(dá)9.1萬公里，里程長(zhǎng)度居世界第2位[1]。雷電是發(fā)生在雷云之間或雷云對(duì)地放電的一種自然現(xiàn)象。我國地處溫帶和亞熱帶地區(qū)，雷電活動(dòng)十分頻繁，雷電因其強(qiáng)大的電流、炙熱的高溫、強(qiáng)烈的電磁輻射以及猛烈的沖擊波等物理效應(yīng)而能夠在瞬間產(chǎn)生巨大的破壞作用，造成雷電災(zāi)害[2]。雷電災(zāi)害已成為危害程度僅次于暴雨洪澇、氣象地質(zhì)災(zāi)害的第三大氣象災(zāi)害[3]，嚴(yán)重威脅著我國社會(huì)公共安全和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。我國地域遼闊、地形多樣、自然環(huán)境和氣象條件復(fù)雜，鐵路線路面廣、線長(zhǎng)，部分路網(wǎng)處于雷電多發(fā)區(qū)，鐵路運(yùn)輸活動(dòng)深受雷電活動(dòng)的影響。如2007年8月2日，強(qiáng)雷電天氣損壞了滬寧線上行線的接觸網(wǎng)，導(dǎo)致D428次動(dòng)車組在蘇州站斷電停車，晚點(diǎn)近2 h[4]。2011年7月26日，雷電極端強(qiáng)對(duì)流天氣導(dǎo)致鐵路接觸網(wǎng)失去供電，致使襄渝線幾近癱瘓，直接造成襄渝線的列車大面積晚點(diǎn)[5]。2011年“7·23”甬溫線特大鐵路交通事故也與雷電有關(guān)。

有研究表明[6]，閃電活動(dòng)對(duì)全球陸地地面氣溫季度平均值的年際變化有靈敏的正響應(yīng)，這表明在未來全球氣候變暖的背景下，雷暴這類強(qiáng)對(duì)流災(zāi)害性天氣的發(fā)生頻率將增多，因而對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊憣②咁l趨強(qiáng)。因此，通過綜述并分析我國雷電災(zāi)害的時(shí)空分布特征，了解鐵路雷電災(zāi)害發(fā)生的重點(diǎn)區(qū)域，對(duì)促進(jìn)鐵路行業(yè)防災(zāi)減災(zāi)具有重要的意義。

目前，對(duì)全國各區(qū)域雷電時(shí)空分布特征及其影響因素分析的報(bào)道已有很多，但是鐵路沿線的相關(guān)報(bào)道在國內(nèi)非常有限，近幾十年有相關(guān)分析的鐵路主要有青藏鐵路[7，8]、廣深鐵路[9]、京滬高鐵[10]以及武廣高鐵[11]。本文在分析雷電對(duì)鐵路危害的基礎(chǔ)上，根據(jù)雷電災(zāi)害的時(shí)空分布特征，分析了我國易受雷電災(zāi)害影響的線路，并提出了防御雷電災(zāi)害的建議，為提高鐵路抵御雷電災(zāi)害的能力提供參考。

1 雷電對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)奈：π问?/h2>

雷電災(zāi)害泛指雷擊或雷電電磁脈沖入侵和影響造成人員傷亡或財(cái)物受損，造成不良的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)后果的事件[2]。鐵路雷電災(zāi)害是指因雷電活動(dòng)造成鐵路通信、信號(hào)、車輛、供電系統(tǒng)發(fā)生故障，或站場(chǎng)、油庫、廠房、車間、設(shè)備因雷擊遭到破壞，從而對(duì)鐵路正常生產(chǎn)、運(yùn)營等活動(dòng)造成不利影響的自然災(zāi)害。在電氣化鐵路日益增多的今天，雷電對(duì)高架電線，特別是對(duì)帶高壓電的電氣化鐵路動(dòng)力輸電線路威脅很大。另外，雷電可危及鐵路通信或信號(hào)，使通信中斷，造成指揮失靈。

雷電對(duì)鐵路的危害形式有：（1）對(duì)鐵路輸變電系統(tǒng)造成損害，鐵路變配電所是鐵路電力供應(yīng)的樞紐，一旦遭受雷擊將會(huì)引起大范圍的停電事故，影響列車運(yùn)營。（2）對(duì)鐵路信號(hào)系統(tǒng)產(chǎn)生危害，鐵軌是雷電的良導(dǎo)體，與軌道連接的信號(hào)設(shè)備容易受到雷擊危害。（3）對(duì)鐵路通信系統(tǒng)產(chǎn)生危害，雷電通過傳導(dǎo)、感應(yīng)損壞站內(nèi)通信信號(hào)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備；通過入侵計(jì)算機(jī)通信線路損害鐵路無線通信設(shè)備。（4）對(duì)電氣化鐵路的接觸網(wǎng)系統(tǒng)造成損害，接觸網(wǎng)系統(tǒng)中支柱和絕緣子損壞會(huì)造成牽引系統(tǒng)永久性接地故障，迫使供電中斷。（5）對(duì)鐵路其他弱電系統(tǒng)造成危害，如售檢票系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)等。（6）對(duì)高原線路客車產(chǎn)生影響，因運(yùn)行環(huán)境一般極其惡劣，高海拔、強(qiáng)雷電環(huán)境對(duì)鐵路客車電氣產(chǎn)品的影響非常顯著。

2 鐵路雷電災(zāi)害時(shí)空分布特征及線路分布

2.1 雷電災(zāi)害的時(shí)間分布特征

我國雷電災(zāi)害具有發(fā)生頻次多、范圍廣、雷暴活動(dòng)期長(zhǎng)等特點(diǎn)，其時(shí)空分布和整個(gè)區(qū)域一樣，在年際、季節(jié)及時(shí)段尺度上都表現(xiàn)出顯著的特征。

2.1.1 年際分布

在年際分布上，就全國總體情況而言，近幾十年雷電日數(shù)呈下降趨勢(shì)，在雷電的4個(gè)多發(fā)區(qū)（南方區(qū)、高原區(qū)、北方區(qū)和新疆區(qū)）中，高原區(qū)和南方區(qū)的下降趨勢(shì)更明顯[12]。

2.1.2 季節(jié)分布

我國雷電大都發(fā)生在4—9月，南方雷電發(fā)生時(shí)間較長(zhǎng)，尤其是華南區(qū)，雷電發(fā)生在3—9月，而北方區(qū)雷電發(fā)生時(shí)間較短，主要集中在夏季[13]。

中國鐵路沿線與區(qū)域情況一樣，雷電災(zāi)害發(fā)生的季節(jié)性變化明顯，雷電高發(fā)期一般都集中在夏季（占70%以上），春、秋季其次，冬季雷電很少。例如，青藏高原鐵路沿線閃電主要發(fā)生在4—9月，占年總閃電的94%以上，其中夏季6—8月份占到70%以上；11—12月發(fā)生閃電很少，只占總數(shù)的0.15%[7]。京滬高鐵沿線的閃電活動(dòng)也主要發(fā)生在4—9月，其中6—8月最集中，7月為峰值月份，10月以后迅速減少，11月—次年3月基本沒有明顯的閃電活動(dòng)[10]。武廣高鐵湖北段沿線一年四季均有雷暴發(fā)生，4—8月是易遭雷擊的高危期，其中7月平均雷暴日最多，8月其次[11]。

2.1.3 時(shí)段分布

我國雷電大都發(fā)生在4—9月午后到深夜（12： 00～24：00）[12～14]，13：00～20：00是雷電災(zāi)害發(fā)生的集中時(shí)段，其中15：00～17：00和19；00～20：00為高發(fā)時(shí)段。不同區(qū)域在時(shí)段分布上差異較大，如西南地區(qū)4—8月是閃電高發(fā)期，時(shí)段集中在傍晚和午夜前后，以夜晚雷暴居多[15]。東北地區(qū)雷電主要發(fā)生在12：00～22：00，峰值出現(xiàn)在15：00和18：00[16]。相對(duì)來說，北方區(qū)雷電發(fā)生時(shí)間較短、時(shí)段較晚[12]。不同季節(jié)出現(xiàn)閃電高峰的時(shí)段也不同，冬季主要在中午，閃電維持時(shí)間最短，秋季主要在下午，春季主要在晚間，夏季主要在傍晚[14]。

鐵路不同線路雷電發(fā)生時(shí)段差異較大，總體來說，以下午和前半夜居多。例如，京滬高鐵沿線閃電活動(dòng)在下午和前半夜比較頻繁，后半夜、早晨和上午閃電活動(dòng)相對(duì)較少[10]。青藏鐵路沿線區(qū)域年均日發(fā)生閃電數(shù)白天約占66%，而夜間約占34%[7]，12：00～16：00（地方時(shí)）最易發(fā)生[8]。

2.2 雷電災(zāi)害的空間分布特征及鐵路線路分布

2.2.1 空間分布特征

年雷暴日是指一年中的雷暴日數(shù)，鐵路接觸網(wǎng)遭受雷擊的頻度與線路所在地區(qū)的年均雷電日數(shù)有關(guān)[17]。我國年雷暴日數(shù)在空間分布上變化很大，具有明顯的區(qū)域性特征。文獻(xiàn)[12]研究表明，國內(nèi)雷電多發(fā)區(qū)主要有4個(gè)：南方區(qū)、高原區(qū)、北方區(qū)和新疆區(qū)。文獻(xiàn)[2]明確指出，雷暴活動(dòng)多發(fā)區(qū)主要集中在華南、西南南部以及青藏高原中東部地區(qū)，年雷暴日數(shù)在70 d以上，其中云南、海南、廣東、廣西、西藏這些省區(qū)的局部地區(qū)超過90 d，廣東省部分地區(qū)甚至超過100 d。夏季是全年雷暴最多的季節(jié)，華北北部、江南南部、華南、青藏高原大部以及天山西側(cè)超過30 d，其中華南中部和西部、云南南部、青藏高原中東部有40～60 d[2]。

2.2.2 沿鐵路線路分布

夏季是我國雷電災(zāi)害多發(fā)的季節(jié)，通過疊加夏季雷暴日數(shù)分布圖[18]和鐵路線網(wǎng)分布（圖1）可以看出，容易遭受雷電災(zāi)害的線路主要處于華中南部、東南地區(qū)、華南地區(qū)、西南地區(qū)的云南境內(nèi)、青藏高原中東部地區(qū)。主要線路有：華中南部地區(qū)的京廣線湖南段、滬昆線江西段和湖南段、向樂線、醴茶線等線路；東南地區(qū)的滬昆線浙江段、金溫線北段、鷹廈線、皖贛線北段、峰福線橫南段、贛龍線、漳龍線、漳泉線西段等線路；華南地區(qū)的京九線江西南段和廣東段、廣九線、汕頭線北段、京廣線廣東段、三茂線、湛海線、海南西環(huán)線、黎湛線、欽北線、南防線、湘桂線廣西段、南昆線廣西段、黔桂線廣西段等線路；西南地區(qū)的內(nèi)六線云南段、南昆線云南段、廣大線、水紅線、滬昆線云南段、蒙寶線、昆河線、成昆線云南段等線路；青藏高原中東部地區(qū)的青藏鐵路西藏段。在路局分布上主要集中在南昌局、廣州鐵路集團(tuán)公司、南寧局、昆明局和青藏鐵路公司。

由于雷電活動(dòng)頻繁，廣深線一直深受影響。僅在2000年廣深線就發(fā)生雷擊接觸網(wǎng)跳閘45次[18]，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2004—2009年，廣深線雷擊損壞支柱109根、損壞絕緣子97處[9]。青藏鐵路沿線閃電分布在南北向上變化較明顯[8]。青藏鐵路沿線閃電頻數(shù)隨經(jīng)緯度也有一定的分布規(guī)律：青藏鐵路跨越路段北緯30°～35°是閃電高發(fā)區(qū)，高原南部北緯25°～30°之間為低發(fā)區(qū)，北緯35°以北明顯偏少；青藏高原區(qū)東經(jīng)84°～96°之間是較高發(fā)區(qū)[7]。

圖1 國內(nèi)鐵路雷電災(zāi)害線路分布圖

3 鐵路行業(yè)防御雷電災(zāi)害的建議

國內(nèi)鐵路面廣、線長(zhǎng)，既有強(qiáng)電設(shè)備，又有大量的通信、信號(hào)、監(jiān)控、傳感等弱電設(shè)備，外場(chǎng)設(shè)備遍布全路段，很容易遭受雷電感應(yīng)或雷擊。雷擊事故輕則擊壞設(shè)備，導(dǎo)致系統(tǒng)喪失部分功能；重則導(dǎo)致全系統(tǒng)癱瘓，功能盡失，給鐵路運(yùn)輸安全帶來極大的隱患，因此加強(qiáng)鐵路行業(yè)的雷電防護(hù)具有重要的實(shí)際意義，現(xiàn)就提高國內(nèi)鐵路的雷電防御能力，提出以下建議：

（1）鐵路運(yùn)輸部門要加強(qiáng)與沿線氣象部門的溝通協(xié)作，密切關(guān)注氣象部門發(fā)布的雷電預(yù)警預(yù)報(bào)信息。尤其是轄區(qū)內(nèi)雷電多發(fā)的廣州局、南昌局和昆明局要密切關(guān)注當(dāng)?shù)貧庀蟛块T的短期和臨近雷電預(yù)報(bào)信息，及時(shí)進(jìn)行防范或啟動(dòng)應(yīng)急方案。

（2）鐵路行業(yè)防雷工作要因地制宜，有所側(cè)重。雷電災(zāi)害與線路所在地形、氣象條件密切相關(guān)，不同的地域差異較大，同一條線路沿途地形差別很大，一般山區(qū)路段雷害多于平原，因此應(yīng)在防雷設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮這些因素。如在接觸網(wǎng)上安裝避雷器時(shí)，應(yīng)充分考慮線路所處的小地形小氣象條件，綜合考慮，適量安裝。

（3）重點(diǎn)抓好電氣化鐵路的防雷工作。電化區(qū)段的電化干擾給防雷工作增加了難度，需要解決避免牽引電流迷流影響等問題[19]。提高電氣化鐵路接觸網(wǎng)的耐雷性能、減少雷擊故障跳閘率是保障電氣化鐵路運(yùn)輸安全的基礎(chǔ)。接觸網(wǎng)防雷的主要方法有降低接地電阻、增設(shè)線路避雷器、架設(shè)避雷線（針）和提高絕緣等級(jí)[20]。

（4）提高客運(yùn)專線和高速鐵路防雷水平。隨著以京津城際、武廣、鄭西、京滬等為代表的一批高速鐵路和客運(yùn)專線的相繼運(yùn)營，為保證運(yùn)行安全，速度很快的動(dòng)車組對(duì)雷暴等不利氣象條件極為敏感，過去對(duì)鐵路運(yùn)輸影響不大的輕微雷暴活動(dòng)也會(huì)造成動(dòng)車組降速、晚點(diǎn)或停車。為解決高速鐵路的防雷問題，不能照搬過去普通鐵路的防雷標(biāo)準(zhǔn)、工藝和規(guī)范，必須出臺(tái)針對(duì)高速鐵路的防雷規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，從而提升高速鐵路的防雷水平。

4 結(jié)語

雷電對(duì)鐵路造成的危害表現(xiàn)在：對(duì)鐵路輸變電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和其他弱電系統(tǒng)造成危害，對(duì)電氣化鐵路的接觸網(wǎng)和高原線路客車威脅較大。在時(shí)間上，我國鐵路雷電災(zāi)害多集中在夏季，春、秋季次之，冬季較少。鐵路不同線路雷電發(fā)生時(shí)段差異較大，以下午和前半夜居多。在空間上，我國容易遭受雷電災(zāi)害的線路主要處于華中南部、東南地區(qū)、華南地區(qū)、西南地區(qū)的云南境內(nèi)、青藏高原中東部地區(qū)，共有30多條，以華南地區(qū)數(shù)量最多。為提高我國鐵路行業(yè)的雷電防御能力，鐵路運(yùn)輸部門要加強(qiáng)與沿線氣象部門的溝通協(xié)作，因地制宜、有所側(cè)重地開展防雷工作，重點(diǎn)解決電氣化鐵路的防雷問題，尤其是要提高客運(yùn)專線和高速鐵路的防雷水平。

目前我國開展鐵路雷電災(zāi)害時(shí)空分布的研究工作非常有限，為了更明確了解全國鐵路主要線路的雷電災(zāi)害分布特征，掌握其分布規(guī)律，減少雷電災(zāi)害帶來的經(jīng)濟(jì)損失及人身傷亡事故，今后需進(jìn)一步加強(qiáng)這方面的研究工作。

[1] 鐵道部統(tǒng)計(jì)中心. 中華人民共和國鐵道部 2010年鐵道統(tǒng)計(jì)公報(bào)[EB/OL]. 2011-05-11. http:// www.china- mor.gov. cn/ zwzc/tjxx/tjgb/201105/t20110511_23696.html.

[2] 張義軍，陶善昌，馬明. 雷電災(zāi)害[M]. 北京：氣象出版社，2009.

[3] 馮民學(xué)，焦雪，韋海容. 江蘇省雷電分布特征分析[J]. 氣象科學(xué)，2009，29（2）：246-251.

[4] 劉聰，卞光輝，黎健. 交通氣象災(zāi)害[M]. 北京：氣象出版社，2009.

[5] 秦楚網(wǎng). 26日雷電風(fēng)暴致襄渝線幾近癱瘓 途經(jīng)十堰列車趟趟晚點(diǎn)[EB/OL]. 2011-07-28. http://www.10yan.com/ html/News/SocialNewscoment/2011-7/28/075835229.html.

[6] 馬明，陶善昌，祝寶友，等. 全球閃電活動(dòng)對(duì)氣溫變化的響應(yīng)[J]. 科學(xué)通報(bào)，2005，50（15）：1643-1647.

[7] 張鴻發(fā)，程國棟，董萬勝，等. 青藏鐵路沿線區(qū)域閃電分布和閃電氣候[J]. 干旱氣象，2005，23（1）：1-9.

[8] 張廷龍，郄秀書，袁鐵，等.青藏鐵路沿線閃電活動(dòng)的時(shí)空分布特征[J]. 高原氣象，2001，23（5）：674-677.

[9] 張志訪，卓建洪，趙紫輝. 廣深鐵路沿線雷電活動(dòng)分析[J]. 電氣化鐵道，2010，（6）：9-12.

[10] 朱文超，劉艷輝，王芳，等. 京滬高鐵沿線閃電活動(dòng)的時(shí)空分布特征[J]. 氣象水文海洋儀器，2012，（4）：46-51.

[11] 李國梁，朱傳林，李俊，等. 武漢至廣州高速鐵路湖北段沿線雷電活動(dòng)分析[J]. 暴雨災(zāi)害，2013，32（4）：374-378.

[12] 林建，曲曉波. 中國雷電事件的時(shí)空分布特征[J]. 氣象，2008，34（11）：22-30.

[13] 楊世剛，趙桂香，潘森. 我國雷電災(zāi)害時(shí)空分布特征及預(yù)警[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào)，2010，19（1）：153-159.

[14] 張鴻發(fā)，程國棟，張彤. 中國區(qū)域閃電分布和閃電氣候的特點(diǎn)[J]. 干旱氣象，2004，22（4）：17-25.

[15] 王義耕，劉潔，王介君. 衛(wèi)星觀測(cè)的西南地區(qū)閃電的時(shí)空分布[J]. 大氣科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，33（4）：489-495.

[16] 張敏鋒，劉欣生，葛正謨. 我國北方地區(qū)雷電活動(dòng)的時(shí)空特征[J]. 高原氣象，2000，19（3）：277-284.

[17] 范海江，羅健. 鐵路客運(yùn)專線接觸網(wǎng)防雷研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2008，（8）：80-83.

[18] 中國氣象局. 中國災(zāi)害性天氣氣候圖集[M]. 北京：氣象出版社，2007.

[19] 中國災(zāi)害防御協(xié)會(huì)鐵道分會(huì). 中國鐵道學(xué)會(huì)水工水文專業(yè)委員會(huì). 中國鐵路自然災(zāi)害及其防治[M]. 北京：中國鐵道出版社，2007.

[20] 于增. 接觸網(wǎng)防雷技術(shù)研究[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)，2002，（1）：89-94.

Based on the damage forms and spatio-temporal distribution of lightning disaster, the distributions of the railway lines that easily suffer from lightning disaster were analyzed and some suggestions were put forward.

China railways; lightning; disaster

U228

B

1007-936X(2015)01-0047-04

2014-09-11

徐雨晴.中國氣象局國家氣候中心，高級(jí)工程師，電話：13521295210；

何吉成.交通運(yùn)輸部規(guī)劃研究院環(huán)境資源所，副研究員。