第1章引言
川藏铁路地处川西高原和藏东南高原区，沿线天气气候、地形地质、生态环境极其复杂，形成了以多风、大温差、干燥、缺氧、强紫外线及其垂直变化和区域差异十分显著的高原气候。铁路是气象灾害的高敏感行业，低温、暴雪、暴雨、大风、大雾、沙尘暴等气象灾害以及泥石流等次生灾害对铁路工程建设和运营影响尤为严重。尤其川藏铁路全线复杂结构桥梁、超长深埋隧道众多，沿线有20座桥、48条隧道，具有地形起伏剧烈、工程地质复杂、生态环境敏感、气候条件恶劣、自然灾害频发、施工条件艰难等特点。特别是，正在发生的全球变暖进一步加剧了川藏铁路沿线重大气象灾害的多发性与持续性，其成因也日趋复杂，如全球变暖使青藏高原的气温、湿度、降水、冻土层及冰雪冻融等气象水文条件发生明显变化，风灾、暴雨洪涝、雪灾、滑坡、冰川退缩、冻土融化等灾害呈增多趋势。因此，川藏铁路选线、建设和运营迫切需要沿线高时空分辨率气象条件和气象灾害风险特征的认知作为参考和保障。本章主要介绍川藏铁路气象条件和灾害风险的研究背景、研究现状、研究目的及意义，为川藏铁路科考研究和建设运营提供技术支撑。
1.1研究背景
川藏铁路地处川西高原和藏东南高原区，穿越了地球上地质活动*剧烈、地质状况*复杂的横断山脉，跨越大渡河、雅砻江、金沙江、澜沧江、怒江、雅鲁藏布江等河流，从四川盆地到青藏高原，八起八落，地形艰险，高差巨大，海拔从成都平原的300～500m，一直过渡到地形急变带，至青藏高原5000m以上，累计爬升高度超过14000m(图1.1）。受青藏高原强烈隆升的影响，沿线区域地势起伏大，河流切割强烈，具有相对高差大、山坡陡峭和沟谷深切的典型特点，其中峡谷风的加速、越山风的紊流及山体斜坡“风爬坡效应”明显。
铁路气象灾害风险也是铁路建设与营运中非常重要的影响因素，未来气候变暖引起的相关气候因子变化及其造成的风险更应该纳入规划考虑。川藏铁路沿线滑坡、冰湖溃决、冰川型泥石流等气象次生衍生灾害以及关键铁路工程的气象相关载荷，都与当地气温、降水、风等的气候态及其极端特征密切相关。未来气候变化背景下，气温持续增加，气候态和极端气候特征都会发生变化。川藏铁路工程建设不仅要考虑当前气候状况，还需考虑未来运营与维护期气候和极端气候变化对铁路工程、设施和行车安全的影响。未来气温升高，会直接导致冰川退缩，融水增多，如果未来强降水增加，叠加效应必然使滑坡和冰湖溃决洪水等山地灾害风险增大。如果未来强降雪和强风增加，会加大桥梁等关键位置的工程、设施和行车安全风险。早在青藏铁路的建设设计中，对冻土的冻融交替可能导致铁路路基翻浆、冒泥以及钢轨出现波浪形高低起伏等就有所考虑。中国气象局基于高分辨率的区域气候模式数值模拟结果预估了未来30～50年全球变暖和工程作用两种因素叠加后青藏铁路沿线冻土的变化趋势，指出全球变暖在某种程度上将威胁高原铁路的运营安全，施工建设中必须考虑气候变化的影响，需要进行一定的安全预留。因此，查清影响川藏铁路的主要气象灾害，全面揭示川藏铁路沿线气象灾害时空分布格局，开展气象条件与次（衍）生灾害影响机理研究，结合铁路路堤各项需求和气象灾害分析及未来预估，掌握气象灾害对铁路线路规划、工程和基础设施建设以及运营安全等的可能影响和风险，将为川藏铁路线路的规划、建设及运营提供安全保障。
1.2研究现状
气象条件、气象灾害对铁路的影响己有大量研究基础，为铁路气象灾害监测、科学规划设计、防范措施制定、安全运行提供了参考。拉巴卓玛和普布贵吉（2007）基于青藏铁路沿线常规气象观测站气温、降水资料，探讨了沿线近40年气候变化和气象灾害特征。张静和保广裕（2011）对青藏铁路青海境内气象灾害特征进行了分析。崔新强等（2018）对我国1950～2015年铁路沿线气象灾害及其衍生灾害分析发现，大风、降雪、雷电、强降雨及其引发的地质灾害是影响我国铁路运行的主要灾害。明惠青等（2016）统计分析了辽宁省低温、积雪、暴雨、雾、大风、雷暴及冰雹等多种灾害性天气条件对铁路的影响。魏乐德（2016）研究了影响新疆地区铁路的灾害性天气空间分布规律。但是，己有研究对川藏铁路沿线区域范围的涉及不多，总体针对性不强；而且研究灾种分散，系统性、全面性的分析不多，综合掌握情况困难较大。尤其对于川藏铁路沿线及其附近范围气象要素在未来不同气候排放情景下的变化趋势需要深入分析。而且，所用气象灾害统计分析指标的针对性不是很强，有些难以在铁路规划建设和运营中得到应用。
铁路工程建设不仅要考虑过去气象灾害发生特点及可能造成的影响，还要考虑未来运营期气候和极端气候变化对铁路工程、设施和行车安全的影响。未来气候变化背景下，气温持续增加，气候态和极端气候特征也都会发生变化。未来气温升高可能会直接导致冰川退缩，融水增多，如果未来强降水增加，叠加效应必然使滑坡和冰湖溃决洪水等山地灾害风险增大。如果未来强降雪和强风增加，也会加大桥梁等关键位置的工程、设施和行车安全风险。早在青藏铁路的建设中，就考虑到青藏铁路的修建是我国的百年大计，根据青藏地区的气候特点，冻土在冬季就像冰一样冻结，随着温度的降低体积会发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被“发胖”的冻土顶得凸起；到了夏季，融化的冻土体积缩小，路基和钢轨又会随之凹陷下去。冻土的冻结和融化反复交替地出现，路基就会翻浆、冒泥，钢轨会出现波浪形高低起伏，将会对铁路运营安全造成一定程度的威胁。全球变暖在某种程度上威胁着高原铁路及公路的运营安全，根据高分辨率的区域气候模式的数值模拟结果，中国气象局的研究人员对未来30～50年全球变暖背景下和工程作用下两种因素叠加后青藏铁路沿线冻土的变化进行了预估。在高原施工建设中，必须考虑气候变化及引发的次生灾害产生的可能影响，进行一定的安全预留，为提高工程的稳定性提供科学依据。目前许多铁路在工程规划设计阶段都没有将未来气候风险纳入考量范围，且己有研究缺少针对川藏铁路沿线区域未来的气候变化，尤其是极端气候事件的变化趋势及风险预估。
日本、法国、德国等发达国家，在铁路、高铁修建之前就一直致力于安全防灾系统研发（崔新强等，2018）。1965年，日本制定了《线路灾害警戒标准规程》，提出了一系列气候恶劣条件下铁路运输规程。德国、法国等国家为保障铁路安全运行，也建立了气象安全防灾体系。我国随着铁路建设的迅猛发展，以及近些年铁路气象服务的实践，在铁路气象灾害监测防控、分布特征、气象灾害风险评估及气象灾害预警指标等方面开展了大量工作。近些年来，对己建铁路气象灾害风险评估研究较多，为铁路运营风险管理提供了大量支撑，也为铁路建设规划风险分析，由应急管理向风险管理转变提供了科学参考。马淑红和马韫娟（2009）通过对铁路和气象两部门大风监测数据进行对比，计算出瞬时风速对列车安全运营造成影响的阈值，为铁路大风致灾危险性评价和风险评估提供参考。王志等（2012）基于极大风速统计，利用地理信息系统（GIS）和自然灾害风险指数，结合人口、经济等要素，计算得到铁路大风风险指数，并绘制区划图。刘艳等（2016）开展了新疆铁路沿线主要气象灾害风险区划，并给出减灾对策。崔新强等（2018）基于GIS开展沪汉蓉高铁线路暴雨灾害风险区划。代娟等（2016）从气象灾害对铁路的影响机理入手，针对雷电、洪涝、大风、雨雪、低温、冰冻等常见气象灾害，确定致灾因子和风险评价指标体系，构建评价模型，分析制定了可以体现铁路沿线气象灾害风险发生空间、时间和强度可能性的风险区划方案。从目前开展的己有研究来看，大多研究开展于铁路建成之后，针对川藏铁路建设规划，缺乏全面的气象灾害风险分析。以往研究主要考虑的是对铁路安全运营的影响，考虑的承灾体对象有限，风险评估针对性不足。致灾因子多采用普适的气象条件指标，较少与铁路相关，影响风险分析的可靠性。此外，由于资料难获取，脆弱性评估指标考虑简单，针对性、科学性均不是很强。总体而言，基于现有方法开展的风险评估，可用性、可参考性不是很强。
1.3研究目的及意义
针对川藏铁路工程设计和主要工程分布情况，以及铁路沿线关键工程对主要气象要素的需求，基于近30年历史气象资料，分析研究川藏铁路沿线主要气象参数的分布特征，揭示铁路沿线的气候变化特征与演变趋势；针对川藏铁路工程建设，提供川藏铁路沿线的桥位、隧道出入口、关键气象站点及其附近范围关键气象要素未来近100年的时间变化趋势和空间分布格局；针对铁路工程建设和运营的需求，分析川藏铁路沿线主要气象灾害的时空格局，预估未来气候变化背景下极端气候事件的风险，为川藏铁路从规划、建设到未来运营趋利避害提供参考依据，提升川藏铁路气象灾害综合防控能力，确保列车运行安全。
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