氣象條件對天津港爆炸事故應(yīng)急救援服務(wù)的影響分析

徐靈芝，呂江津，卜清軍，胡 潮，靳振華

(1.天津?yàn)I海新區(qū)氣象局 天津 300457；2.天津市氣象局 天津 300074)

0 引 言

2015年天津港“8·12”爆炸事故是發(fā)生在天津?yàn)I海新區(qū)的特別重大安全生產(chǎn)責(zé)任事故，造成了304幢建筑物、12,428輛商品汽車、7,533個(gè)集裝箱受損，165人遇難，798人受傷，依據(jù)《企業(yè)職工傷亡事故經(jīng)濟(jì)損失統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定統(tǒng)計(jì)，核定直接經(jīng)濟(jì)損失 68.66億元[1]。近年來城市應(yīng)急研究取得一系列重要成果，學(xué)術(shù)界主要從應(yīng)急預(yù)案體系和管理系統(tǒng)[2]、應(yīng)急預(yù)案評價(jià)[3]以及災(zāi)難風(fēng)險(xiǎn)理論研究[4]等方面進(jìn)行了大量研究，而對應(yīng)急救援過程中所涉及的大氣、環(huán)境等自然因素方面研究較少。此次天津港爆炸事故中瑞海公司儲存的危險(xiǎn)貨物的化學(xué)組分，確定有129種化學(xué)物質(zhì)發(fā)生爆炸燃燒或泄漏擴(kuò)散，其特殊性對搶險(xiǎn)救災(zāi)工作提出了極高要求，特別是對風(fēng)和降水等氣象要素異常敏感，對氣象服務(wù)要求極高，具體表現(xiàn)在：一是風(fēng)力風(fēng)向決定現(xiàn)場的濃煙和空氣中的有毒污染物擴(kuò)散方向，對前期搶救工作的處置、周邊居民是否疏散和民眾的心理起到至關(guān)重要的作用；二是由于爆炸核心區(qū)范圍內(nèi)存有大量有毒?；?，如氰化鈉遇水將產(chǎn)生劇毒氣體，降水甚至弱降水都會對現(xiàn)場救援和周圍民眾帶來生命危險(xiǎn)，大雨或暴雨將會導(dǎo)致核心區(qū)污水外溢擴(kuò)散和濱海新區(qū)地下排放擴(kuò)散，進(jìn)而污染地下水和海水。通過加強(qiáng)對爆炸核心區(qū)的實(shí)時(shí)氣象監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)救援相關(guān)部門監(jiān)測預(yù)警信息共享，氣象服務(wù)為指揮搶險(xiǎn)救災(zāi)工作發(fā)揮了重要作用。本文僅從自然條件角度討論爆炸事故發(fā)生的原因以及救援過程中的氣象環(huán)境條件影響。

1 溫濕條件對爆炸事故發(fā)生的影響

國務(wù)院天津港“8·12”瑞海公司危險(xiǎn)品倉庫特別重大火災(zāi)爆炸事故調(diào)查組，經(jīng)過現(xiàn)場勘驗(yàn)和調(diào)查取證，查明事故的直接原因是瑞海公司危險(xiǎn)品倉庫集裝箱內(nèi)硝化棉由于濕潤劑散失出現(xiàn)局部干燥，在高溫天氣等因素的作用下加速分解放熱，積熱自燃，引起危險(xiǎn)化學(xué)品長時(shí)間大面積燃燒，導(dǎo)致堆放于運(yùn)抵區(qū)的硝酸銨等危險(xiǎn)化學(xué)品發(fā)生爆炸[1]。調(diào)查組同時(shí)認(rèn)定了此次安全生產(chǎn)事故的性質(zhì)和責(zé)任，提出了對相關(guān)責(zé)任單位和責(zé)任人員的處理建議[5]。

監(jiān)測顯示，天津港爆炸事故發(fā)生時(shí)刻(2015年8月12日23時(shí)30分)天氣為晴天，能見度9,734,m，國家基本站氣溫 29.3,℃，相對濕度 58%,，風(fēng)向西南西，風(fēng)速 2.1,m/s，整個(gè)夜間風(fēng)向風(fēng)力基本穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)雷電、降水等天氣現(xiàn)象。從氣象條件分析，自8月11日早晨08∶00時(shí)開始(見圖1)，海平面氣壓波動下降，12日白天陡然下降，到 17∶00時(shí)降至最低1,004.4,hPa；相對濕度存在日變化，11日最小相對濕度43%,，出現(xiàn)在13∶00時(shí)，12日最小相對濕度繼續(xù)減小，為 33%,，出現(xiàn)在 14：00時(shí)，也正是在此時(shí)，氣溫達(dá)到日最高 36.0,℃，此時(shí)距離爆炸發(fā)生時(shí)間相距9,h。由此可見，12日午后濕度小、氣溫高、氣壓低，這種干熱天氣成為爆炸當(dāng)日天氣特點(diǎn)，也是造成爆炸事故發(fā)生的直接原因。

圖1 2015年 8月 11日 08∶00時(shí)～13日 08∶00時(shí)相對濕度、氣溫和氣壓要素時(shí)間序列Fig.1 Time series of relative humidity，air temperature and pressure elements from 08∶00 on August 11，2015 to 08∶00 on August 13，2015

分析 8月份逐日午夜 23∶00時(shí)氣象要素變化情況(見圖 2a)，氣溫平均值為 26.3,℃，而 12日 23∶00時(shí)為 29.5,℃，列全月第三高值，僅次于13日 29.8,℃和 17日 29.6,℃，可見 12日前半夜的氣溫在8月里是屬于偏高的；逐日 23∶00時(shí)相對濕度平均值為72%,，而 12 日 23∶00 時(shí)為 57%,，列全月第三低值，僅次于14日44%,和21日54%,，可見12日前半夜的相對濕度是屬于偏低的。這也表明，就濱海新區(qū) 8月份逐日夜間氣象條件看，12日這天的夜間屬于氣溫偏高、濕度偏低情況?？v觀 8月天氣(見圖 2b)，月平均最高氣溫 31.1,℃，12日白天最高氣溫達(dá) 36.0,℃，這也是 8月份全月的極端最高氣溫。從氣候資料分析可知，濱海新區(qū)歷年月平均最高氣溫出現(xiàn)在 7月，為30.2,℃，8月次之，為 29.8,℃，其原因?yàn)?8月份渤海灣西岸長期受副高北抬影響，濕度大，溫度比較難升高，歷史極值 7月份可達(dá) 40.9,℃，出現(xiàn)在 1999年，8月份極值為37.4,℃，出現(xiàn)在1997年；8月月平均相對濕度 67%,，12日最小相對濕度 28%,，列全月第二低值。由此可見，8月 12日成為全月極端高溫日，接近極端最小相對濕度日，地面 0,cm 地溫也達(dá)到非常高的水平。以上分析表明8月12日氣象條件非常容易造成爆炸事故發(fā)生，如未加防范，必將造成重大災(zāi)害事故。

圖2 2015年8月逐日氣象要素時(shí)間序列Fig.2 Daily meteorological elements in August 2015

2 風(fēng)向風(fēng)速對爆炸事故救援的影響

搶險(xiǎn)救災(zāi)初期，爆炸核心區(qū)的明火在短時(shí)間內(nèi)不能完全撲滅，同時(shí)還伴有濃煙，風(fēng)向風(fēng)速對空氣中的有毒或者污染物擴(kuò)散起到?jīng)Q定性作用。經(jīng)現(xiàn)場檢測與專家研判確定，本次事故關(guān)注的大氣環(huán)境特征污染物為硫化氫、氰化氫、三氯甲烷、氨氣和甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物，救援初期現(xiàn)場指揮部門對風(fēng)特別是風(fēng)向的預(yù)報(bào)要求極高，因?yàn)殡S著風(fēng)向改變，一些有毒氣體擴(kuò)散方向亦發(fā)生改變，將給爆炸核心區(qū)救援官兵以及周邊居民帶來新的危險(xiǎn)，如果預(yù)報(bào)風(fēng)向有利于污染物向內(nèi)陸擴(kuò)散，現(xiàn)場指揮部的工作重點(diǎn)將轉(zhuǎn)變?yōu)槔^續(xù)撲滅爆炸點(diǎn)明火并清理現(xiàn)場，同時(shí)安排撤離或者疏散方圓5,km的居民。

8月 12日天津西北部存在低壓，濱海新區(qū)處于低壓前部，受西南偏西風(fēng)控制，13日低壓逐步向東北方向移動，其強(qiáng)度緩慢減弱，14日濱海新區(qū)處于低壓底部控制，仍維持西南風(fēng)，間有西北風(fēng)，均由陸地吹向海面，沒有偏東分量的風(fēng)，屬于安全風(fēng)向。15日低壓開始北縮減弱，14時(shí)始濱海新區(qū)開始逐步受海上弱高壓外圍影響，預(yù)報(bào)風(fēng)向?qū)⒃谙挛玳_始轉(zhuǎn)變，由西南風(fēng)轉(zhuǎn)為東南風(fēng)，及時(shí)將這一預(yù)報(bào)信息通知現(xiàn)場指揮部，及早采取應(yīng)對措施。實(shí)況由圖3可見，自12日晚爆炸至 14日中午，的確一直維持西南偏西風(fēng)或西南偏南風(fēng)，這均有利于污染物向海面擴(kuò)散遠(yuǎn)離居民區(qū)，直到15日下午14∶00時(shí)，風(fēng)向轉(zhuǎn)為90,°正東風(fēng)，此后出現(xiàn)了東南風(fēng)或東北風(fēng)，污染物開始向內(nèi)陸擴(kuò)散，現(xiàn)場指揮部得到氣象信息后決定，將指揮部遷移至下風(fēng)向處，并將警戒區(qū)向外圍擴(kuò)大3,km。及時(shí)有效的風(fēng)場預(yù)報(bào)，為現(xiàn)場指揮部決策人員提供依據(jù)，將72,h搶險(xiǎn)黃金期的工作重點(diǎn)放在核心區(qū)搶險(xiǎn)上，風(fēng)向轉(zhuǎn)變時(shí)，有充足的時(shí)間做好應(yīng)對準(zhǔn)備。從風(fēng)速變化看，爆炸后5,d內(nèi)，因沒有較強(qiáng)天氣系統(tǒng)影響，風(fēng)速維持日變化，基本在1～5,m/s之間。

圖3 2015年 8月 12日 20∶00時(shí)至 16日 20∶00時(shí)風(fēng)向風(fēng)速時(shí)間序列Fig.3 Wind speed time series from 20∶00 on August 12，2015 to 20∶00 on August 16，2015

3 降水對爆炸事故救援的影響

3.1 小雨對事故救援的影響

爆炸發(fā)生前期，爆炸核心區(qū)及周邊地區(qū)存在大量的有毒?；?，同時(shí)有上千救援人員在核心區(qū)參與各種應(yīng)急搶險(xiǎn)工作，并且周邊還有大量的居民區(qū)。如有降水發(fā)生，?；芬坏┯鏊畬l(fā)生化學(xué)反應(yīng)潮解，產(chǎn)生劇毒氣體，如氰化鈉遇水產(chǎn)生氰化氫氣體，皮膚傷口接觸、吸入可中毒死亡。因而對降水的預(yù)測面臨著與以往本質(zhì)不同的挑戰(zhàn)，通常情況下將暴雨、短時(shí)強(qiáng)降水作為災(zāi)害性強(qiáng)天氣，但此次爆炸事故關(guān)鍵點(diǎn)在于要明確降水是否能夠發(fā)生，因?yàn)榧词故切∮暌部赡軒砭薮蟮娜藛T傷亡和民眾恐慌，需要立即將核心區(qū)的救援人員及居民進(jìn)行疏散撤離。

大氣環(huán)流背景為 8月 12日高空 500,hPa、700,hPa、850,hPa均有低渦，地面有中心為 997,hPa的低壓，13日貝加爾湖上空的低渦加強(qiáng)并向東移動，14日700,hPa槽線東移至內(nèi)蒙中部，高空槽和溫度槽重疊，總體位置偏北，低渦南部槽線東移過程中，分裂為南、北兩部分，南部槽移動速度較快，位于天津的西部，地面為低壓帶控制。14日 20∶00時(shí) 700,hPa槽減弱移至天津，位置偏北，天津北部處于槽的末端，850,hPa槽線已經(jīng)東移至渤海，濱海新區(qū)上空受偏北氣流控制。15日 08∶00時(shí)，700,hPa濱海新區(qū)上空轉(zhuǎn)為北風(fēng)。根據(jù) EC、日本傳真、T639等模式的形勢場預(yù)報(bào)，14日濱海新區(qū)將處于低渦底部控制，但北部低渦的位置存在不確定性，抬升指數(shù)(LI)在天津、河北南部預(yù)報(bào)值小于-5，溫度場預(yù)報(bào) 14日最高氣溫32,℃，不穩(wěn)定能量條件較好，因而降水性質(zhì)為雷陣雨。分析到水汽輸送條件不利，700,hPa、850,hPa兩高度層西南氣流較小，未達(dá)到急流標(biāo)準(zhǔn)，雷陣雨的降水量級預(yù)報(bào)為小雨。

短臨預(yù)報(bào)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，第一階段14日12∶24時(shí)，雷達(dá)監(jiān)測北京與天津交界處出現(xiàn) 20,dBz弱回波(見圖 4a)向東南移動，此后弱回波減弱消散，降水可能性逐步減小，最終并未影響到爆炸點(diǎn)。但之后面臨的難題是，由于此時(shí)正值濱海新區(qū)盛汛期，局地、突發(fā)對流系統(tǒng)多發(fā)，就在 13∶36時(shí)，距離爆炸點(diǎn)南部50,km 處重新生成局地塊狀混合型強(qiáng)回波，中心值高達(dá) 50,dBz，產(chǎn)生降水并伴有雷電，一直維持到 14∶00時(shí)(見圖 4b)，通過分析回波演變情況，做出準(zhǔn)確判斷，預(yù)計(jì)此回波將局地生成局地消亡，不會移動影響到爆炸點(diǎn)，同時(shí)判斷此次強(qiáng)回波距爆炸點(diǎn)很近，不穩(wěn)定能量得到了一定釋放，爆炸點(diǎn)附近產(chǎn)生局地性強(qiáng)降水的可能性極小。現(xiàn)場指揮部明確指出，搶險(xiǎn)救災(zāi)黃金72,h分秒必爭，未出現(xiàn)降水前，所有搶救人員仍然奮斗在一線。第二階段在 14∶24時(shí)，隨著高空槽云系移近，生成新的弱回波(見圖 4c)，中心強(qiáng)度 30,dBz，呈西南-東北走向，逐步向東北方向移動逼近爆炸點(diǎn)，通過分析判斷爆炸點(diǎn)會受到西南側(cè)的回波影響，但回波在移動過程中呈減弱的趨勢，最后預(yù)測結(jié)論為未來3,h天氣多云轉(zhuǎn)陰，伴有零星小雨，雨量 1,mm以內(nèi)，及時(shí)將預(yù)報(bào)結(jié)論報(bào)告現(xiàn)場指揮部，指揮部依據(jù)準(zhǔn)確的氣象預(yù)報(bào)結(jié)論，采取了適當(dāng)防護(hù)措施，未進(jìn)行人員撤離，工作重點(diǎn)仍是核心區(qū)搶救。15∶36時(shí)天氣系統(tǒng)開始影響爆炸點(diǎn)，但回波已經(jīng)減弱(見圖 4d)，現(xiàn)場出現(xiàn)了零星小雨，雨量0.1,mm。

圖4 2015年8月14日組合反射率因子回波(dBz)Fig.4 Composite reflectivity factor echo(dBz)，August 14，2015

3.2 強(qiáng)降水對事故救援的影響

經(jīng)過半個(gè)月的救援處置后，工作重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到現(xiàn)場污水處置，爆炸事故對距爆炸中心約 2.3,km范圍內(nèi)的水體造成污染，主要污染物為氰化物，事故現(xiàn)場兩個(gè)爆坑內(nèi)的積水嚴(yán)重污染，散落的化學(xué)品和爆炸產(chǎn)生的二次污染物隨消防用水、洗消水和雨水形成的地表徑流匯至地表積水區(qū)。爆炸核心區(qū)兩個(gè)大污水坑外圍設(shè)有圍埝防止污水外溢，如遇大雨或暴雨，將會影響核心區(qū)污水外溢擴(kuò)散以及濱海新區(qū)地下水排放，形成二次污染，市政服務(wù)和現(xiàn)場指揮部要求提前做好降雨氣象服務(wù)工作。

8月31日08∶00時(shí)～9月1日08∶00時(shí)，天津市中南部地區(qū) 24,h降水達(dá)到暴雨，濱海新區(qū)南部大港出現(xiàn)了134,mm的大暴雨，爆炸點(diǎn)所在的濱海新區(qū)中部塘沽降水量 34,mm。天氣過程的主要影響系統(tǒng)是高空低渦、切變線和地面輻合線，自 8月 30日高空500,hPa在黑龍江附近就有低渦存在，并不斷向東南方向移動，31日08∶00時(shí)雷達(dá)顯示天津?yàn)I海新區(qū)西南側(cè)出現(xiàn)了大范圍積層云混合降水回波(見圖 5a)，強(qiáng)度普遍在 30,dBz以上，8∶48時(shí)在爆炸點(diǎn)西南側(cè)30,km 處，局地生成雷暴單體并迅速發(fā)展加強(qiáng)(見圖5b)，并不斷地增強(qiáng)形成帶狀(見圖 5c)，中心強(qiáng)度高達(dá) 55,dBz，并自西南向東北移動，逐漸影響爆炸核心區(qū)，形成強(qiáng)降水并伴有雷電，17∶00時(shí)后回波開始減弱，強(qiáng)度維持 30,dBz(見圖 5d)，形成持續(xù)性穩(wěn)定降水，9月 1日 08∶00時(shí)低渦中心位于天津，中心強(qiáng)度更強(qiáng)，低層天津位于低渦的暖切變線附近，溫度露點(diǎn)差為2度，濕度非常有利。

4 結(jié) 語

本文通過對天津港“8·12”危化品爆炸事故發(fā)生及救援過程中的氣象條件進(jìn)行分析總結(jié)，得到以下結(jié)論：

①8月 12日是全月極端高溫日，日最高氣溫36.0,℃，濕度小，最小相對濕度僅為 33%,，氣壓為1,004.4,hPa，這種干熱天氣特點(diǎn)是造成爆炸事故發(fā)生的直接原因。

②?；繁ㄊ鹿蕦?dǎo)致有毒氣體或者污染物擴(kuò)散，風(fēng)向風(fēng)速起到?jīng)Q定性作用。事故殘留的化學(xué)品與產(chǎn)生的二次污染物逾百種，對局部區(qū)域的大氣環(huán)境造成了不同程度的污染。分析表明自 12日晚爆炸至14日中午，持續(xù)的西南偏西風(fēng)或西南偏南風(fēng)有利于污染物向海面擴(kuò)散從而遠(yuǎn)離城市居民區(qū)。在事故發(fā)生后的 9,d內(nèi)，71.3%,的時(shí)間為西南和正西風(fēng)向，有利于污染物快速向海面飄散，8月 25日以后大氣中的特征污染物含量穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

圖5 2015年8月31日組合反射率因子回波(dBz)Fig.5 Composite reflectivity factor echo(dBz)on August 31，2015

③降水對爆炸事故救援的影響分為兩方面：一是小雨的影響，爆炸核心區(qū)及周邊地區(qū)存在大量的有毒?；罚缬鼋邓畬l(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生劇毒氣體，將對上千在爆炸核心區(qū)參與應(yīng)急搶險(xiǎn)工作的救援人員以及周邊地區(qū)的居民帶來巨大的人員傷亡和恐慌，8月 14日爆炸點(diǎn)出現(xiàn)微量降水 0.1,mm，及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)為現(xiàn)場指揮部門牢牢把握 72,h搶險(xiǎn)黃金期提供了重要決策依據(jù)；二是強(qiáng)降水的影響，事故現(xiàn)場兩個(gè)爆坑內(nèi)的積水嚴(yán)重污染，兩個(gè)大污水坑外圍設(shè)置了圍埝防止污水外溢。