庫車石油氣象預報服務指標分析和氣象災害防禦對策

論文類別:理學論文 > 地質學論文
論文作者: 李鋒 易實 盧英
上傳時間:2009/7/12 16:03:00

  摘 要:在庫車將建成21世紀新疆重要的石油化工和能源基地的新形勢下,針對石油生產、安全和防災、减災的氣象服務需要,利用本站歷年氣候資料、災害天氣个例中的地面和高空实況資料及數值預報產品,利用天氣学和氣候學方法進行了分析,从提高對石油化工項目設計、施工、生產、安全方面有重大影響的災害天气預報準確率和防災、減災對策方面進行了有益的積極探索,總結得出對石油生产、安全有重大危害的災害性天氣主要有大風、沙塵暴、大到暴雨等,找出了有指示意義的預報服務指標,並提出了防禦對策和建議,以便拓寬氣象服務領域、進一步提高石油氣象服務水平和針對性。
  關鍵詞:災害天氣;安全;預报指標;防禦對策
  
  隨着西部大開發和產業結構的调整,庫車將建成21世紀新疆重要的石油化工和能源基地的新形勢下,以油、汽等優勢資源開發和深加工為主的石油相關產业成為我區經濟發展的亮點,這對氣象服務提出了新的更高要求。由於石油化工生產各環節對氣象服務的要求与以往農業氣象服務模式很不相同,本文通過70年代以來的災害天氣個例分析,總結得出對石油生產、安全有重大危害的災害性天气主要有大風、沙塵暴、大-到暴雨等,尤其大風較多且持續時間長,通常冷空氣翻山後下滑等作用造成風速較大,影響範圍廣,對企業財產和人員、設備安全方面造成的災害損失較嚴重。本文針對石油生產、安全和防災、減災的气象服務需要,從災害天氣對石油生產、安全的影響,及預報服務指標和防禦對策等方面進行了有益的探索,以便拓寬氣象服务領域、進一步提高石油氣象服務水平和針對性。
  
  1 大風災害給石油化工企業帶來極大的破壞性和危險性
  
  大風能刮斷電線竿、折斷樹木,使圍墻倒塌。大風还能吹倒井架及煙囪等細高直立的物體,它們在倒落的過程中可能發生砸傷人、砸毀房屋或設備,以及折断電線引發火災等事故,更大的風力還能直接摧毀建築物及大型設備,2003年春季4月塔化公司的冷卻塔曾經被大風刮倒、歪斜,直接經濟損失達幾百萬元。另外大風常常伴有強沙塵暴,吹翻汽車甚至運送油品的火車,将汽車擋風玻璃吹掉,大量吹起的沙砾將車體表面油漆磨光,沙塵暴較强時由於能見度極差而使交通中斷。
  另外,風對高架設备上的工作操作以及对工程技術人員的生命安全都構成很大的威脅。故不論在設備加固設計中還是在高空作業及平時設備維護中,大風危害都是值得重視的安全性因素。
  1.1 大風災害天氣成因和預報指標
  (1)強冷空氣的入侵是造成大風的主要原因。大範圍的強冷空氣活動與大尺度的天氣形勢演變密切相關,要著眼於高空主導系統和地面氣壓場的演变特征。氣壓梯度是形成大風的根本動力,當氣壓梯度达到一定程度就容易產生大風天氣,直接反映在地面實況图上就是沿天山一帶的氣壓梯度明顯加大。在中亞地區(主要是西方路徑冷空氣影響)和巴爾喀什湖(主要是西北或北方路徑冷空氣影響)等关鍵區有天氣系統,地面圖上形成北高南低或西高東低的氣壓場,就會有向南或向東的氣壓梯度,產生動力作用。另外还有熱力原因,南疆熱低壓发展引起對流加強,導致局地大風。天山南北或帕米尔高原東西向的氣壓梯度達到15hPa,大多有大風天氣,氣压梯度達到25-30hPa,就會有較強大風。
  (2)從冷空氣移動路径及強度變化,結合新疆地形和本站要素來判斷大風的强弱,看冷空氣是主體進入南疆還是受小股掃尾的冷空氣影響,當冷高中心移到北疆中部,南疆東灌天氣開始。4月地面冷高中心數值最大,參考值1027.5-1045.0hPa,5月以後冷高中心數值逐渐減小。
  (3)冷空氣主體沿天山以北東移或東北上,主要影响北疆天氣,主體冷空氣没有翻天山進入南疆,天氣不會太強,本地受掃尾的小股冷空气影響,則以陣性大風天氣為主。如果本地受移動速度在10经度/天左右的移動性低槽影響,往往大風較強,持續時間也較長;而受移動速度<5經度/天的穩定性低槽影响,則天氣較弱,多为陣性大風。
  (4)本站要素反映,氣壓距平達-6hPa,預示1-2天以後天氣有明顯變化,一般大風為-7hPa,有強風時可達-8——10hPa左右,最強的寒潮大風,氣壓距平可达-10hPa以上。刮大風時氣壓上升較快,一般上升幅度2.5 -3hPa/日,大风較強時氣壓上升更快,可達十幾個hPa以上;由於近地面熱低壓發展產生擾動或層結不穩定,在17-23時內本站气壓出現驟降驟升的情形,在气壓上升過程中突然起风。 
  (5)庫車偏北大風由較強的冷空氣北翻造成,所以庫车大風以偏北風為主,風速也比較大,跟蹤服務時可根據風向判斷能否达到大風。
  (6)大風按地面冷高移動路徑可分為西方路徑、西北路徑、北方路径和超極地路徑類。 
  (7)移動性低槽天氣較强,刮風時間長,風力也較大,為持續時間較長的系統性大风;穩定性低槽多為陣性大風,系統性大風天氣很少。 
  1.2 防風對策
  加強防風災職能,提高防風灾意識。將平時防風對策和風時應急措施結合起來。有時大風、沙塵暴天气突然在夜間發生,如果事先不了解天氣變化,可能無法預防。所以還應根據天氣預報做好大風、沙塵暴的防禦工作,以便減少灾害損失和安全事故的發生。
  (1)鉆井工地防風對策。
  ①如果發生大风刮倒井架事故,將會严重危害生命及財產安全,所以要從設計上提高井架的抗風能力,保證井架的安全度。在大風季節尤其要註意嚴格按井架設計要求安裝井架、锚墩和繃繩。對於最大風速有可能超過設計標準的井架,在大風季節應增加抗風措施,如加拉繃繩等;
  ②大風季節,應註意收聽气象局發布的大風預報,井隊收聽到当地氣象部門發布的大風警報時,應迅速通知各施工現場采取全面的防風措施;
  ③合理安排施工,在大風到来之前,不安排下套管、电測、固井等大型施工,以免發生卡套管、固井套管“灌腸”等重大事故,在8級以上大風到來之後的上述施工一般停止,待大風過後再進行作業;
  ④正在鉆井的井隊,在遇到8級以上大風時,應停鉆,將鉆具提離井底25cm或提至技術套管內。對於裸眼井段较長的井,停鉆後每隔15分或30分要活動一次鉆具,每次下放鉆0.5m,當鉆具放到井底時,可采用2/3鉆具懸重壓彎鉆桿,防止井下鉆具粘附卡鉆;
  ⑤對於已打開的油氣层,在出現井湧等特殊情況下,遇有特強大風、強降溫不能作業時,以保井下為主,關閉防噴器,觀察井口壓力變化,待大風過後處理;
  ⑥風後應对各種設備進行一次全面檢查和維護,確認其處於完好状態後方可再進行作业;
  ⑦大風季節鉆機搬遷時极易造成風災事故,應特別注意防風問題,主要對策有:
  6級以上風力應停止起放井架和高空作業,不得吊裝列車房、機房保溫塊等受風面積大的物件,以避免吊車翻車;6級以上大风,應停止整體托運井架作業,并用4臺拖拉機對角線繃緊固定井架;安裝、整體托運井架中途過夜或暫停時,要拉好4條临時繃繩,用拖拉機作为錨墩,並剎車固定以防止突然起風;
  (2)油田輸配電線路防風對策:
  ①嚴格按防風標準設計施工;
  ②定期巡查检修輸配電線路。
  
  2 暴雨洪水災害對石油化工企業的安全影響 
  
  2.1 庫車大到暴雨災害天氣成因和預報指標分析
  根據庫車歷年大到暴雨降水個例分析情況,造成本地大降水天氣影響系統主要有兩類:一类是中亞槽(渦),另一類為巴爾喀什湖低槽。 轉貼于 免費論文下載中心 http://www.hi138.com   (1)中亞槽的形成常是北支槽發展東南下,與原在中亞的弱槽結合而成。地面高压路徑大多從北歐東南移至鹹海,再從鹹海沿45°N东移。另一種是黑海東移的南支槽在東移中得到北支冷空氣的補充,而在中亞形成明顯的槽。 
  (2)巴爾喀什湖低槽东南下為阿克蘇東部大降水型:巴爾喀什湖低槽是北支锋區上的系統,低槽為東北-西南向,在有冷空氣配合低槽東南移過我區時,常造成庫、沙、新区域大降水。
  (3)水汽输送及源地:①東方路徑:即我国東部地區的水汽通過低層偏东風的輸送,經河西走廊、東疆地區進入本地;②西方路徑:即中亞地區的水汽被偏西風或西北風輸送到本地上空;③偏南路徑:一般是在500hPa上較明顯,即中高層的水汽在西南風或偏南風引導下翻越青藏高原到我區上空。
  (4)當雲團的雲頂亮溫低於-30℃時,容易發生較大降水,雲團分布較均勻時,造成的降水較小;當雲團移速快,且雲頂亮溫隨時間很快遞減时,或者我區上空的云系為逗點渦旋雲系,呈逆時针方向旋轉時,造成的降水常常較大。
  (5)烏拉爾山脊的存在是導致冷空氣南下的重要環流系統。大降水落區在庫、沙、新區域的影響系統中,巴尔喀什湖低槽(渦)占91.7%,中亞低槽(渦)占8.3%,大降水落區與天氣系統的移動方向是一致的;切变線和風場輔合對我區夏季大降水落區有很好的指示作用。
  (6)500hpa溫度露點差≤4℃为濕區,≤2℃為飽和区,大降水落區就在濕區或饱和區內,500hpa高濕中心對大降水落區有很好的指示作用。
  (7)垂直運動會引起水汽、熱量、動量等的垂直輸送,對大降水有重要的貢獻,垂直上升運動强中心為大降水落區。影响系統的走向對大降水落區影響較大,大降水落區與天氣系統的移動方向是一致的。
  (8)850hpa或700hpa的偏東氣流有利盆地水汽聚集,對流層中層500hpa的偏南氣流和高層200hpa的偏西氣流等三支氣流互相配合,有利加強水汽輔合上升,對青藏高原的水汽向我區源源不斷地輸送起重要作用,有利於我區大到暴雨的发生。
  
  3 沙塵暴災害天氣成因、預報指標及其對生產的影響和預防措施 
  
  3.1 沙塵暴災害天气成因和預報指標
  沙塵暴災害天氣發生機制、影響因素及監测、預測問題一直是各部門關註的熱點。由於沙尘暴的發生是氣候和環境綜合作用的结果,其成因主要有:(1)冷空氣活動異常是沙塵暴發生、發展的重要動力條件,而烏拉爾山脊的存在是有利於冷空氣南下的重要環流形势,烏拉爾山高壓脊偏強,沙尘暴次數偏多,否則偏少;(2)本地沙塵暴主要受中亞和巴爾喀什湖關鍵區的低值系統影响,其中心如果有低層輻合、高層輻散的垂直結構,就容易产生近地面層大風和上升氣流,加上冷空氣移來時形成上冷下暖強烈的熱力不穩定層結,和源區土壤幹燥、疏松等原因,有利于地面起沙上揚,形成沙塵暴;(3)大風區與強渦度梯度帶一致,強風速切變形成的渦度輸送有利於加強低值系統,進而增強風場,對沙塵暴發生有利。
  本地沙塵暴主要取決于沙源、下墊面的幹濕狀况和中強以上冷空氣活動的頻繁程度。庫车地處全國最大的塔克拉瑪幹沙漠北緣,沙源非常充足,加上本地環境條件比较幹燥,歷年沙塵暴資料分析表明:(1)庫車2-11月份無雨日数一般在15天以上;(2)中亞和巴爾喀什湖關鍵區有较強的低值系統,預示未來西方和北方有冷空氣入侵本地;(3)風力達4-5級以上時可吹起大量的沙塵,風力達6級以上可造成沙塵暴,這3條可以作為日常業務中沙塵暴的預報指標。即:當地表幹燥,中亞和巴爾喀什湖關键區有較強的低值系统,風力達到臨界指标等導致沙塵暴災害天氣發生的條件具備時,是沙塵暴天氣的預报依據。
  3.2 沙塵暴災害天氣對生產的影響和預防措施
  由於沙塵暴發生時能見度極差,汙染严重,空氣質量較差,對設備安全和人員健康有較大危害。對石油化工生產的不利影響主要反映在:產品質量下降,產品出率降低;大量沙塵易進入精密設備和仪器中,增大機器磨損,增加防塵、过濾設備投資。因此选購有效防塵設備時,為節约經費,應考慮本地歷年大風、沙塵暴資料情況。
  防禦沙塵暴、揚沙、浮塵危害,要根據天氣預報提前采取門窗密封措施,並調節室內溫度,使各種精密設備保護完全。在住房和廠房設計方面,要能達到保證人體最舒適的室內小氣候,以便提高工作效率。
  
  4 結論
  
  本文通過對歷年氣候資料和各类災害天氣的分析總結,確定對石油化工項目建設、生產和安全有重大影響的各類氣象服務指標和防禦對策,不斷提高大風、沙塵暴、暴雨等對石油化工項目設計、施工、生產、安全方面有重大影響的災害天氣預報准確率,做到提前防範,這也是減災增效,提高氣象服務能力、拓寬服務領域的有效途徑。 
  參考文獻
  [1]張家寶,史玉光. 新疆氣候變化及短期氣候預測研究[M]. 北京:氣象出版社,2002.
  [2]手冊編寫組. 新疆短期天氣預报指導手冊[M]. 烏魯木齊:新疆人民出版社,1986.
  [3]彭江良,盧 英,楊志亭. 庫車一次寒潮天氣分析[J],新疆氣象,2005,28(2):10-12.
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