科研进展

Transportation Research Part D: 极端降水事件频发引起铁路灾害敏感性增大

  铁路等关键基础设施对国家战略实施和经济社会发展至关重要。近年来,极端天气事件频发对关键基础设施的安全运营带来了极大的威胁。据公开数据统计,在1981-2016年间,全国范围内共发生约975起降水导致的铁路线路灾害事故。在未来全球增温背景下,极端降水事件的频率将增加、强度将增大,这势必会使得包括铁路在内的基础设施面临更大的安全风险,导致建设和维护费用增加。但是,关于极端降水与铁路灾害风险之间的关系尚缺乏定量的研究。

  最近,北京师范大学应急管理部-教育部减灾与应急管理研究院、国家安全与应急管理学院刘凯副教授,联合中科院大气所LASG国家重点实验室周天军研究员等在《Transportation Research Part D》期刊发表题为“Increasing costs to Chinese railway infrastructure by extreme precipitation in a warmer world”的研究论文,指出全球变暖将使得铁路基础设施暴露在更大的风险之下,未来将温升幅度控制在1.5℃而非3℃,将可使得我国铁路设施维护费用每年节约20.6亿元。
  研究团队首先基于历史铁路灾害数据和降水资料,利用随机森林机器学习模型,定量估算了历史时期极端降水事件与铁路灾害敏感性之间的关系,指出相较于1981-1998年,1999-2016年我国铁路灾害敏感性平均增加了30%,这与极端降水事件的变化有关。研究团队进一步使用“国际耦合模式比较计划”(CMIP5)未来预估试验数据,分析了近期(2030年前后)、中期(2050年前后)和远期(2090年前后)中国极端降水事件的变化及其对铁路灾害敏感性的影响。研究表明,在RCP8.5情景下(一种温室气体高排放情景,到2100年的全球辐射强迫值为8.5W/m2),暴露在高灾害敏感性的铁路占比将从当前气候态下的1.1%,在2030年、2050年和2090年分别增加至3.3%、4.5%和12%。而若将温升幅度控制在1.5℃而非2℃或3℃,铁路暴露在高灾害敏感性下的风险将分别减少90%和391%,每年铁路维护费用可分别减少6.3和20.6亿元。
  本文的第一作者、北京师范大学刘凯副教授指出,“该研究尝试针对极端降水事件变化对中国铁路灾害风险的影响进行量化,这是国内气候变化应对研究领域在这个方向的前沿探索,未来还有许多工作亟待开展,包括类似今年五一假期前后发生的强风天气对高铁运行的影响研究。中国是全球铁路网最为密集的国家之一,且铁路设施仍然在持续建设当中。2020年铁路里程约为14万公里,2035年铁路里程预计达到20万公里。在铁路建设规划设计时,应当充分考虑气候变化尤其是极端气候事件的影响。科学界也应该加强针对该领域的研究,为关键基础设施的规划设计和运营管理提供更为可靠的科学支撑。”
  本研究受到国家自然科学基金(41771538)、国家重点研发计划(2017YFC1502901、2018YFC1507701)和中国科学院国际合作项目(134111KYSB20160031)的共同资助。
  引用:
  Liu Kai, Ming Wang, Tianjun Zhou, 2021: Increasing costs to Chinese railway infrastructure by extreme precipitation in a warmer world. Transportation Research Part D., 93 (2021)102797, https://doi.org/10.1016/j.trd.2021.102797
图1. 1999-2016年相对于1980-1998年铁路灾害敏感性(铁路线颜色越红代表敏感性增加越多)和极端降水事件日数(背景色,颜色越蓝代表极端降水日数变化越多)变化情况
图2. 不同增温幅度下暴露在不同灾害敏感性下的铁路长度占比情况
 

 

  

附件下载: