关于完善重大灾害应急体系的思考——基于武汉市应对2024年雨雪冰冻灾害的调研分析

2024年春节前后,武汉市遭遇了两轮严重的低温雨雪冰冻天气,城市的交通出行、电力运输、居民安全等多方面都经受了极大考验,政府各部门应对低温雨雪冰冻灾害的应急处置能力和应急协调联动水平在这次考验中得到了锻炼和提升。但整个过程也暴露了准备不足、协同不够、动员不充分等问题。针对这些问题,笔者带着课题组成员实地走访了武汉市、区、街道多个部门,综合评估应急处置全过程,吸收借鉴近年来典型重大灾害的经验教训,提出完善武汉市重大灾害应急体系的几条举措。一、完善物资应急规划,加快应急物资储备库建设在应对第一轮雨雪冰冻灾害中,武汉各区都出现了融雪除冰物资设备短缺的问题,融雪剂、撒布机、多功能除雪车储备较少,使得融雪除冰工作主要依靠较为传统的人力撒盐融雪、铲车作业除冰等方式,效率较低。解决这一问题,必须坚持底线思维,强化市、区两级应急物资储备库建设,宁可备而不用,不可用时无备。要合理布局物资储备库点位、规模和储备物资的品种、数量。

国道219温泉至霍尔果斯越岭段公路雪害选线研究

基于横穿西天山山脉的G219线温泉至霍尔果斯公路建设项目,通过沿线气象资料的收集分析,得到气温、降水、风速的时空分布情况;采用积雪环境信息遥感调查的方法,分析影响路线及路基设计的积雪类型、分布范围、厚度和成因,模拟分析雪崩堆积区的形态、面积、位置、堆积体特征、雪崩量、雪崩裂点位置,并对风吹雪灾害进行分级评估。根据雪害分布及发育情况,结合地形地质条件,对克孜勒隧道两处进口和两处出口方案进行组合比选,推荐采用路线绕避、抬高路基、设置挡雪墙、明洞、防雪棚洞等处置措施,在雪害整体可控、预留升级改造条件、造价合理的前提下,推荐采用K线方案。

自然环境条件下人工成雪粒径大小的影响因素研究

利用造雪机在自然环境条件下对人工造雪的成雪过程进行实际测试,获得了雪晶的微观形貌,同时分析了不同工况下成雪粒径的大小及其影响因素并推论了人工造雪的成雪过程。结果表明:雪晶降落位置、环境温湿度、喷嘴雾化粒径均是影响雪晶粒径的重要因素。较低的环境温湿度以及较小喷嘴口径产生的雾化液滴更容易促使形成较大粒径的雪晶;当造雪机稳定产雪时,远处的雪晶粒径分布比边缘和中间区域的更不均匀,且雪场实测的成雪粒径约为0.3 mm,远大于喷嘴的雾化粒径(0.12 mm),由此推论雪晶在飞行过程中会发生碰撞行为。这对于成雪机理及成雪雪质的调控具有重要意义。

2022年初5次降雪过程分析和预报着眼点

本文采用ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)细网格和NCEP(National Centers for Environmental Prediction)模式数据、NCEP 1°×1°再分析资料、降雪加密观测和常规资料,对2022年初的5次降雪过程进行对比分析,发现5次降雪过程均为雨转雪过程,且持续时间相对较短,平原为雨夹雪或小雪到中雪,山区中到大雪,局部暴雪,数值模式预报的积雪深度与实况相差甚远;大尺度环流形势为500 hPa中低纬南支槽或弱波动配合700 hPa上的暖湿气流和中低层冷空气,造成边界层浅薄的冷垫上温度骤降而在短时间内形成降雪;相较于平原地区,高山区上空温度层结与最大上升运动中心的配置,有利于降雪粒子较长时间维持在有利于枝状雪花的形成区域,且高山区云底云水含量显著偏低、整层温度足够低,故高山区更利于暴雪的形成。

防雪栅对铁路路堑风致雪堆积防治效果研究

针对铁路路堑易发生严重积雪灾害的问题,采用风洞试验方法,研究了防雪栅在减轻风致积雪灾害方面效果,为铁路线路防灾工程设计提供参考。在风洞中,首先分别试验了在6.5、7.5、8.5 m/s风速下边坡比为1∶4和1∶1.5的路堑内雪粒堆积演化过程;然后布置防雪栅,在相同试验条件下观测其在减轻路堑积雪灾害方面的效果;最后根据测量数据计算对比有无防雪栅时路堑路面积雪量差异,定量评估防雪栅防治效果。此外,采用数值模拟手段分析防雪栅、路堑周围流场变化情况,进一步解释防雪栅的防雪机理。结果表明:上风侧坡度较缓的半开敞式路堑积雪严重;防雪栅能有效减轻路堑积雪灾害;漂移雪粒首先在背风侧距离防雪栅较远处沉积,随吹风持续积雪范围向两端延伸;防雪栅使来流风速在其背风侧急剧减弱致使漂移雪粒发生沉积,雪粒输运强度减小,从而实现挡雪减灾目的。

相变沥青混合料融雪效果及评价指标研究

为确定DTC相变材料(phase change material,PCM)在沥青路面中的融雪效果及评价指标,通过设计室内和室外融雪试验,以未掺加相变材料的沥青混合料试件作为对照组,研究并分析低温下相变沥青混合料的融雪效果。结果表明:相变材料在沥青混合料中具有明显的调温作用,掺量越大,融雪效果越明显;相变材料掺量为0.5%、积雪厚度分别为1.5 cm和3.0 cm时,与普通沥青混合料相比,相变沥青混合料融雪速率分别提高19.0%和16.0%。基于室内和室外融雪试验,提出以积雪厚度变化率(Δh)和余雪覆盖率(residual snow coverage,RSC)作为相变沥青混合料融雪效果的综合评价指标。

基于改进SHRP融冰试验的氯盐融雪剂性能研究

氯盐融雪剂因其融冰除雪性能优异、价格低廉、易于获取而得到广泛应用。为探究氯盐融雪剂的温度适用性不同、标准不统一、撒布方式粗略等问题,该文通过改进的SHRP融冰试验,分析了温度、固液态及撒布方式对NaCl、CaCl_(2)、MgCl_(2) 3种常用氯盐融雪剂除冰性能的影响。试验结果表明:氯盐融雪剂的除冰性能对温度具有显著的敏感性;MgCl_(2)、CaCl_(2)两种融雪剂在融化过程中存在“放热”效应;同种氯盐融雪剂在固态下的融冰效率高于液态下的;同种氯盐融雪剂在不同撒布方式下融冰效率不同,其中,在线性撒布下除冰能力最强。根据试验结果,建议使用固态线性撒布的方式,并根据环境温度选择适宜的融雪剂。

白色恶魔带来的灾难——漫谈雪崩

雪崩形成主要由大风、暴风雪或暴风雨、大雨、大雪、暴晒、严寒、霜冻、地震等引起。人为原因是由于登山者缺乏经验,误入雪崩区,甚至由于人们在高山上大声呼叫等声浪震动,破坏了积雪环境的平衡也会导致突发雪崩。登山者修路横切雪层剖面更容易引起上方积雪的不稳定等。按雪崩运动的方式又分点雪崩和面雪崩。从雪崩的本身类型又可分干雪雪崩和湿雪雪崩等。根据经验,雪崩一般多发生在坡度25度以上的雪坡;时间多发生在下午和晚间,阴雨和降雪天气。

雪道点云时域波形特征分割及SLAM算法

为提升压雪车在滑雪场行驶与作业的夜间环境感知能力,提出了压雪车车载激光雷达点云时域波形阶跃值检测的雪道分割算法,并构建了适用于高山滑雪场的实时定位与建图算法(SLAM)。首先,对点云反射率分布进行统计并标记飘雪噪声点,利用邻近点线性插值方法对标记的飘雪噪声进行处理,保证点云的时域波形连续性,同时在特定扫描视角内划分栅格并以相邻网格高程值变化实时估计坡度。其次,根据山地滑雪场典型障碍设计了相应的时域波形阶跃值检测判据,筛选雪道-障碍分界点,划分扫描区间并对区间内的波形阶跃值进行包络,实现雪道点云特征分割。然后,根据雪道分割结果对特征进行分类匹配,并利用特征约束方法提高建图速度。最后,在张家口万龙滑雪场的高级和中级雪道进行算法效果验证测试。测试结果表明:所提出的雪道分割算法对单帧点云数据的处理平均耗时为2.36 ms,平均分割准确率可达98.54%,在基于雪道分割算法的改进SLAM方法中可以准确实现雪道-障碍分割,在建图精度方面表现更为优越且大幅缩减了计算耗时。

中国降雪气候学特征

利用逐日地面降雪观测资料,分析中国25oN以北范围内降雪量、降雪日数、雪带分布和各强度降雪的气候学特征,得到以下结论:①雪季长度与年降雪日数在东部呈纬向分布,大兴安岭北部最长(>210 d),长江以南最短(常年无雪或偶尔降雪);在西部青海省南部和西藏自治区北部最长(>300 d),滇、川、藏交界处及新疆自治区北部较长,南疆较短(<60 d)。年降雪量东南部最少,东北和西北北部较多(>30 mm),青海和西藏降雪量最多(>60 mm)。平均降雪强度江淮一带最大。②根据雪季降雪频次划分中国的雪带,东北大部、内蒙自治区东部、新疆北部、青藏高原大部、秦岭等地区为常年多雪带;长江以南的滇南、四川盆地、江浙沿海等地区为永久无雪带;其余地区为常年降雪带和偶尔降雪带。③不同区域各级降雪日数占总降雪日数的比例都是暴雪日数最少,大雪日数其次,小雪日数最多;但中雪降雪量占总降雪量的比例在东北北部、华北、西北、新疆、东南、青藏高原东部等区域仅高于小雪降雪量,而在黄-淮地区仅次于暴雪降雪量。④降雪年内分配在东北北部、西北、新疆、青藏高原东部等地区都呈双峰型,最多雪时节在早冬和晚冬、早春,隆冬时节并不是降雪最多时间,黄-淮和东南地区呈单峰型,东南地区峰值更陡。⑤总降雪日数和除暴雪外的各等级降雪日数与地理位置关系较明显,在中国东部主要随着纬度升高增加,在中国西部随海拔高度增加而增加;随着纬度升高,东部和西部的总降雪强度都减小,西部的小雪强度也减小。

新疆西天山积雪稳定期不同下垫面雪物理特性对比

利用上海精创单双通道温湿度记录仪、Snow Fork雪特性分析仪和雪筛等仪器采集的积雪物理特性数据,对比了天山积雪雪崩站积雪稳定期不同下垫面条件下的积雪物理特性.结果表明:实验区内雪层平均温度林地最高,水泥路面最低;雪层剖面最底层的日平均温度草地最高,水泥路面最低;水泥路面温度梯度最大,林地的雪层温度梯度最小,且林地积雪剖面上层的暖中心出现时间滞后于草地和水泥路面1 h;水泥路面、草地、林地的平均含水率依次递增,分别为0.18%,0.19%,0.20%;雪层日平均相对湿度变化与雪层温度和含水率变化大致相同;草地、水泥路面、森林的上覆积雪的平均密度依次递减,分别为0.15,0.14,0.13g/m^3.林地雪层剖面上部的雪密度最小,但中部和底部的都高于草地和水泥路面的;林地的新雪质量分数最小,粗颗粒雪所占比例最大;而草地底部的深霜发育优于水泥路面和林地.

安徽省雪灾危险性精细化评估与区划

在全国气象灾害综合风险普查技术规范基础上,针对安徽省雪灾影响特点,增加雪压这一观测要素,建立以年均最大积雪深度、年均积雪日数和最大雪压作为致灾因子的危险性评估模型,利用1978—2020年安徽省81个国家气象观测站雪深、雪压及地理信息等资料,分析各致灾因子的时空分布特征,并进行积雪日数地形订正,开展安徽省雪灾危险性精细化评估。结果表明:安徽省国家站最大积雪深度平均值、积雪日数平均值和最大雪压的年际变化趋势差异较大,位列前三的年份均为2008年、1984年和2018年;年均最大积雪深度大值区主要集中在大别山区、皖南山区和江淮之间。由于100m以上区域的年均积雪日数与高程相关性显著且样本数量适中,对该区域进行地形订正后,年均积雪日数高值区位于大别山区及皖南山区,其次为淮北地区西北部至大别山区北麓一带。对最大雪压进行缺测插补计算,宣城、铜陵、黄山北部等地最大雪压值有所提高,且局地特征更为显著。安徽省雪灾致灾高危险区主要位于大别山区以及皖南山区等海拔较高地区,而低危险区主要位于淮北地区东部、江淮之间东部和沿江西南部。

压雪机雪铲运动仿真及分析

基于D-H矩阵原理建立压雪机雪铲运动轨迹的数学模型,文中分析了雪铲运动过程中雪铲齿尖的位移、速度、加速度与空间位置的运动关系;建立雪铲三维模型,然后将简化处理过的三维模型导入ADAMS仿真软件中,在ADAMS中增加约束和驱动等前处理工作;最后,进行运动仿真,得出雪铲齿尖的位移、速度、加速度动态曲线及雪铲轨迹图,并验证了雪铲运动学模型的正确性,对压雪机雪铲的设计和分析具有普遍适用的意义并提供了参考。

“12·14”山东暴雪过程的极端性特征及成因

利用国家级地面气象观测站、风廓线雷达、X波段双偏振相控阵雷达等多源观测资料和欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts,ECMWF)第五代大气再分析(ECMWF Reanalysis v5,ERA5)资料,总结了2023年12月13—14日山东大范围暴雪、局地大暴雪(简称“12·14”暴雪)极端性的特征和成因,并与2021年11月7日山东极端暴雪过程(简称“11·7”暴雪)对比分析了降雪量和雪水比差异的原因。结果表明:(1)典型的暖平流型天气形势是产生极端暴雪有利的环流背景条件,低层切变线和风速辐合区在鲁西北叠加,形成强烈而持久的上升运动。(2)低空急流异常偏强,降水强度不仅与低空急流的强度有关,而且与其厚度有关。当3.0 km高度保持低空急流的强度时,10 m·s^(-1)风速到达的高度越低,降雪强度越大。(3)700 hPa比湿超过4 g·kg-1、850 hPa比湿超过3 g·kg-1的持续时间均长达10 h以上,为极端暴雪过程提供了充足的水汽。850 hPa比湿和比湿平流远远高于“12·14”暴雪过程,是“11·7”过程最大累计降雪量大于“12·14”过程的原因之一。(4)“12·14”暴雪过程垂直运动旺盛,最大上升速度位于不稳定层顶的前沿,处于-20~-10℃层,有利于树枝状冰晶生长,降雪效率高。对流层整层温度低于0℃,雪花下落过程中没有融化,雪水比高,积雪深度大。“11·7”暴雪过程初期最大上升运动中心高度低,形成更多柱状冰晶,经过暖层时融化,雪水比低,积雪深度小于“12·14”暴雪过程。

面向复杂雪天场景的单幅图像去雪方法

降雪是一种复杂的天气现象,雪花多尺度、运动轨迹复杂以及远景呈现雾天效果.然而现有的单幅图像去雪方法以及数据集,并没有考虑到这些复杂的情况,从而限制了去雪方法在真实雪天图像上的表现.基于此,首先根据图像的深度信息构造了一种联合雪花和雾的雪天成像模型,合成了具有真实感的雪天图像数据集.然后设计了一种端到端的图像恢复网络,将去雾模块和去雪模块级联,并进行联合训练.其中去雪模块采用了双层U型网络用于解决雪花多尺度和轨迹复杂的问题.最后将该方法同其它最先进的方法进行实验对比,证明该方法在合成数据集和真实图像中都具有非常好的效果,且能够提升后续高级视觉任务性能.

基于气相色谱-质谱法检测禾谷镰孢菌丝胞内外的脱氧雪腐镰刀菌烯醇和15-乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇

禾谷镰孢(Fusarium graminearum)是引起小麦赤霉病的主要病原真菌,不仅会造成严重的作物减产,还会产生脱氧雪腐镰刀菌烯醇(DON)等真菌毒素污染谷物,威胁人畜健康。为探究禾谷镰孢产毒菌丝胞内外的毒素含量,本文建立了气相色谱-质谱联用法同时检测DON和15-乙酰基脱氧雪腐镰刀菌烯醇(15-ADON)。通过质谱特征扫描,DON和15-ADON均获得了较高离子化效应的离子。在单离子检测(SIM)模式下,利用m/z295、235和193离子定性分析DON,m/z 392、235和193离子定性分析15-ADON。选择其中响应强度最高的m/z 235离子定量分析DON,m/z 193离子定量分析15-ADON。利用该方法检测禾谷镰孢野生型PH-1和DON合成缺陷突变体tri5胞内外的DON和15-ADON含量,PH-1胞内的DON和15-ADON含量分别为(149.13±9.15)μg/g和(1833.31±185.33)μg/g,胞外含量分别为(5910.35±468.23)μg/g和(45222.12±2726.81)μg/g;tri5突变体的胞内外均未检测到DON和15-ADON。该方法可用于菌丝胞内外DON和15-ADON的同时分析。

山东半岛一次典型冷流暴雪的粒子谱特征分析

为深入研究山东半岛冷流暴雪微物理特征及变化,利用激光降水现象仪(OTT Parsivel)、多普勒天气雷达和常规气象观测资料,对2020年初冬山东半岛一次东北冷涡后强冷空气造成的暴雪过程的雪粒子谱特征进行了分析。结果表明:(1)本次暴雪过程中,渤海上空850 hPa温度为-16℃,大连到山东半岛为北风与偏西风的辐合,强降雪发生在对流不稳定的大气层结中。(2)降雪粒子谱呈多峰分布,强降雪过程的初始发展、稳定和消散阶段,及一个强降雪对流系统的生成发展、成熟和消散阶段,雪粒子谱均有不同。雪粒子Gamma谱三参数特征:形状因子μ在零线附近波动,斜率参数λ小于1.0 mm^(-1),lgN0为3 m-3·mm^(-1-μ)左右。(3)强降雪时,多个数浓度中心对应的雪粒子下落末速度均在1.0 m·s^(-1)以下,最大雪粒子数浓度的峰值下落末速度为0.55 m·s^(-1)。在直径1.0 mm左右时,浓度大的雪粒子的下落末速度存在峰值,其贴近未结霜雪粒子速度曲线,说明冷流降雪的多数雪粒子不易结霜,以干雪为主。雪粒子以密凇附的枝状和聚并的板状两种类型为主,两种类型雪粒子下落末速度V和粒子直径D的关系系数和指数分别为0.62和0.33及0.69和0.41,拟合关系分别为V=0.62D^(0.33)和V=0.69D^(0.41)。

常用融雪剂融雪效果影响因素分析及使用标准研究

融雪剂的大量使用,尤其是氯盐类融雪剂的过量使用,将对交通基础设施和路域环境产生损害。以氯化钠、氯化钙、氯化镁、醋酸钾为试剂,分别从温度、融雪剂类型、融雪剂质量、冰层厚度、路面类型、融雪剂颗粒大小、掺加缓蚀剂7个方面探究各个因素与融雪剂融雪速率的关系,确定主导因素为温度、融雪剂用量,基于主导因素绘制融雪剂融雪效果诺谟图,以撒布量为指标,提出融雪剂使用标准。

卫星雪盖制图中的一些技术问题

介绍了几种主要卫星资料用于雪盖制图的不同时、空分辨率及应用特点,阐述了雪与云的区分技术、雪盖范围的勾绘与面积估计技术,最后指出了雪盖制图技术的一些新发展。

极地高密度烧结雪层无侧限压缩离散元分析

从新雪变成老雪的过程叫作“烧结”,对雪层进行人工压实和烧结是建设极地机场跑道的主要方法,雪层烧结使雪颗粒间胶结尺寸增加,雪层强度增强。为探究人工压实烧结雪层在无侧限压缩荷载下的胶结接触破坏规律和承力机理,本研究采用三维离散元方法模拟了密实烧结雪层无侧限压缩试验,在室内试验结果基础上构建雪的胶结接触模型并标定接触参数,通过建立压实烧结雪离散元模型,进行了无侧限压缩加载模拟。模拟的结果验证了离散元模拟的有效性并表明:(1)在无侧限压缩下,密实烧结雪试样在剪切带区域发生集中胶结破坏,胶结断裂主要归因于接触在受拉状态下受剪;(2)冰雪颗粒的破碎会影响冰雪道面的抗剪强度,因此需要慎重考虑高应力对内摩擦角的影响。本研究将为极地地区通过压实烧结雪层简单现场试验预测其复杂应力路径下的力学特征提供科学支持。