G60滬昆高速浙江段氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查分析*

單 權(quán) 魏 晨 潘婭英

(浙江省氣象服務(wù)中心,浙江 杭州 310017)

G60滬昆高速浙江段氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查分析*

單 權(quán) 魏 晨 潘婭英

(浙江省氣象服務(wù)中心,浙江 杭州 310017)

以G60滬昆高速浙江段為氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查對象,通過統(tǒng)計(jì)分析方法,挑選出災(zāi)害隱患點(diǎn),在此基礎(chǔ)上,利用問卷調(diào)查法、專家評估法、對比分析法和主成分分析等方法,對隱患點(diǎn)的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)情況進(jìn)行了調(diào)查分析。結(jié)果顯示,G60滬昆高速浙江段隱患點(diǎn)主要災(zāi)害性天氣為大霧和道路結(jié)冰,其次短時(shí)強(qiáng)降水也會引發(fā)一定的交通事故;隱患點(diǎn)的災(zāi)害性天氣主要發(fā)生在秋冬季節(jié),1—2月和9月尤為明顯;低能見度致災(zāi)閾值為500 m,短時(shí)強(qiáng)降水閾值為7 mm/h,降雪閾值為小雪或雨夾雪,各氣象要素達(dá)到以上強(qiáng)度時(shí),將對高速公路交通產(chǎn)生影響;通過與交通部門的交流座談,對方希望能獲取更多的大霧、強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣定時(shí)定點(diǎn)定量的預(yù)報(bào),同時(shí)對氣象部門提供的產(chǎn)品形式也提出了一些要求和建議,在服務(wù)方式上,可以增加更多的新媒體形式。

高速交通;氣象災(zāi)害;風(fēng)險(xiǎn)普查

0 引 言

氣象災(zāi)害是國家因自然災(zāi)害而引起經(jīng)濟(jì)損失的主要因素之一,不僅導(dǎo)致事故頻出,而且情節(jié)重大,后果嚴(yán)重,尤其是高速公路交通事故。低能見度濃霧、強(qiáng)降水、暴雨、雷暴、大風(fēng)、高溫、積雪、結(jié)冰等是影響我國交通運(yùn)輸業(yè)的主要?dú)庀鬄?zāi)害。2008年初,中國南方低溫、雨雪、冰凍災(zāi)害對交通、電力、通訊、農(nóng)業(yè)和林業(yè)等重點(diǎn)行業(yè)以及人民生活各個(gè)方面都產(chǎn)生了重大的影響。面對惡劣氣象條件、潛在氣象災(zāi)害及其衍生災(zāi)害對高速公路運(yùn)營產(chǎn)生的嚴(yán)重影響,相關(guān)的學(xué)者專家分析了降水、低溫、低能見度、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣對交通的影響和交通線路選址及建設(shè)應(yīng)考慮的氣象因素,并提出了減少氣象因素引起的交通安全問題的對策,通過災(zāi)害發(fā)生概率及相應(yīng)后果對災(zāi)害進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評估,開展了高速公路特長隧道和隧道群交通災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析及控制的研究。

1 調(diào)查的基本情況

本次調(diào)查選取滬昆高速浙江段作為此次調(diào)查工作的重點(diǎn)公路。滬昆高速的國家高速公路網(wǎng)編號為G60,浙江段起于嘉興市嘉善縣,途徑嘉興、杭州、紹興、金華、衢州,終于衢州市常山縣,1998年12月29日建成通車,公路設(shè)計(jì)寬26 m,雙向4車道,車速120 km/h。

2 資料及基本方法

2.1 數(shù)據(jù)及資料

為了調(diào)查掌握滬昆高速浙江段交通氣象災(zāi)害的相關(guān)信息,需要收集兩方面的數(shù)據(jù):1)該段高速公路交通事故發(fā)生數(shù)據(jù)和橋梁隧道基本信息;2)高速公路沿線及5 km范圍內(nèi)的相關(guān)氣象要素信息。

通過積極與交投資和交管部門進(jìn)行溝通和協(xié)調(diào),獲取了以下兩類數(shù)據(jù):1)近3年內(nèi)滬昆高速浙江段交通事故數(shù)據(jù)；2)滬昆高速浙江段橋梁、隧道的基本信息；

通過與各氣象部門有效溝通,獲取了以下幾類氣象要素信息:1)滬昆高速浙江段公路沿線及5 km范圍內(nèi)的氣象監(jiān)測站點(diǎn)信息；2)浙江省高速公路沿線氣候分布特征；3)滬昆高速浙江段矢量數(shù)據(jù)；4)浙江省高速公路交通安全氣象指數(shù)等級。

對上述收集到的基本數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?,這些數(shù)據(jù)的獲取保證了此次調(diào)查工作的順利開展。

2.2 主要方法

本次調(diào)查中,在確立隱患點(diǎn)時(shí)主要是結(jié)合高速公路多年氣象要素場分布情況和近幾年的交通事故頻次分布兩方面,將氣象要素異常區(qū)域與高事故頻次區(qū)域疊加,形成了氣象因素引發(fā)的高頻次交通事故區(qū)域,然后再結(jié)合主觀分析,進(jìn)行訂正確定。

表1 氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查基本數(shù)據(jù)一覽表

在確立了隱患點(diǎn)的基礎(chǔ)上,對于致災(zāi)因子閾值的確立主要應(yīng)用了主成分分析法。選取與交通事故具有顯著相關(guān)的日氣象要素,將4—9月定義為春夏半年、10月至次年3月為秋冬半年,分別挑選氣象因子，其中春夏半年氣象因子分別是:平均氣溫、日最高氣溫、地表平均溫度、地表日最高溫度、最小相對濕度、平均相對濕度、日照、平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速、最大風(fēng)速平均、日雨量、20—08時(shí)雨量、08—20時(shí)雨量、最小能見度、總云量等15項(xiàng)；秋冬半年氣象因子分別是:平均氣溫、日最低氣溫、地表平均溫度、地表日最低溫度、最小相對濕度、平均相對濕度、日照、平均風(fēng)速、日最大風(fēng)速、最大風(fēng)速平均、日雨量、20—08時(shí)雨量、08—20時(shí)雨量、最小能見度、總云量、積雪深度等16項(xiàng)。通過主成分分析法得到各因子的方差貢獻(xiàn)率。其中,對于提取出的各個(gè)因子在因子結(jié)構(gòu)中的重要性用因子的方差貢獻(xiàn)率來表示,某因子的方差貢獻(xiàn)率是該因子可以解釋全部變量的方差總和的百分率。方差貢獻(xiàn)率越大的因子越重要,所有因子的方差貢獻(xiàn)率的總和越大時(shí),所提取的因子對觀測變量的代表性越強(qiáng)。分析可得,在春夏半年和秋冬半年前5個(gè)因子的累積貢獻(xiàn)率達(dá)到85%以上,即5個(gè)因子已經(jīng)包含了原始指標(biāo)的85%以上的信息。因此這5個(gè)因子就是公因子,即各個(gè)變量所共有影響的因子,可以解釋變量之間的相關(guān),用它們完全可以代替原來的指標(biāo)。

因子負(fù)載是因子分析模型中最重要的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量,它不僅表示了觀測變量是如何由因子線性表出的,而且反映了公因子和變量之間的相關(guān)程度,其值越大說明它們之間的關(guān)系越密切。找出在每個(gè)因子上有顯著負(fù)載的變量,根據(jù)這些變量的意義給因子一個(gè)合適的名稱,具有較高負(fù)載的變量對因子名稱的影響更大。

分析可得,對于春夏半年,公因子 F1在日平均氣溫、地表平均溫度、日最高氣溫上有較大的負(fù)載值,所以F主要由這幾個(gè)氣象要素指標(biāo)解釋,它可以代表溫度類要素對公路交通的影響,命名為“溫度因子”。公因子F2在最小相對濕度、平均相對濕度上有較大的負(fù)載值,所以F2代表的是相對濕度要素對交通的影響,可命名為“相對濕度因子”。公因子F3在平均風(fēng)速、最大平均風(fēng)速上有較大的負(fù)載值,所以F3代表的是大風(fēng)要素對交通的影響,可命名為“大風(fēng)因子”。公因子F4在08—20時(shí)雨量、日雨量、20—08時(shí)雨量上有較大的負(fù)載值,所以F4代表的是雨量要素對交通的影響,可命名為“降水因子”。公因子F5在最小能見度上有較大的負(fù)載值,所以F5代表的是能見度要素對交通的影響,可命名為“能見度因子”。對于秋冬半年,情況也類似。

因此,在春夏半年的影響公因子,按照影響大小依次為溫度因子、相對濕度 大風(fēng)、降水、和能見度因子。而在秋冬半年的影響公因子,按照影響大小依次為溫度因子、相對濕度因子、風(fēng)速因子、降雪因子、能見度因子和降水因子。

在確定了各公因子所代表的氣象意義之后,需要得到因子關(guān)于原始?xì)庀笠財(cái)?shù)據(jù)的線性表達(dá)式,計(jì)算公因子得分系數(shù)矩陣,各得分系數(shù)即是氣象要素線性表達(dá)式的因子系數(shù)。

3 調(diào)查結(jié)果分析

3.1 氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)基本情況

本次調(diào)查在滬昆高速浙江段沿線共確定4個(gè)氣象災(zāi)害隱患點(diǎn),分別位于嘉興、紹興、杭州、金華4個(gè)地市區(qū),各隱患點(diǎn)的基本信息匯總?cè)绫?。

表2 隱患點(diǎn)基本信息調(diào)查表

由表2可知4個(gè)氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)主要位于浙中北地區(qū),其中紹興諸暨段的G60K209+218隱患點(diǎn)年均事故數(shù)最多,達(dá)到969次;其次為杭州蕭山段的G60K191+201隱患點(diǎn),年均事故數(shù)為663次;嘉興海寧段的G60K126+137隱患點(diǎn)與金華金東區(qū)的G60K298+312隱患點(diǎn)事故數(shù)相對較少。從道路形態(tài)分析,年均事故數(shù)較多和較少的隱患點(diǎn)都包含了彎道和長直道兩種道路形態(tài),這說明道路形態(tài)與年均事故數(shù)的相關(guān)性并不強(qiáng)。

4個(gè)氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)都位于浙中北地區(qū),這與浙中北地區(qū)的氣候條件有關(guān)。對浙江省高速公路沿線大霧分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn),浙中北地區(qū)的高速公路沿線年平均大霧日達(dá)到30 d以上,主要集中于滬昆高速的嘉興杭州以及金華段。對浙江高速公路沿線降雪分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),年均降雪日數(shù)從北到南依次減少,降雪日數(shù)在3～13 d之間,其中常臺高速紹興嵊州段最多,達(dá)12 d左右。由上述分析可知,浙中北部大霧和降雪分布均較為集中,容易對高速公路交通安全造成影響,因此在這個(gè)區(qū)域氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)集中分布。

3.2 災(zāi)害隱患點(diǎn)主要災(zāi)害類型及致災(zāi)氣象因子分析

對這些災(zāi)害隱患點(diǎn)的主要災(zāi)害類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)(見圖1),4個(gè)氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)中50%的災(zāi)害類型為大霧,道路結(jié)冰占33%,短時(shí)強(qiáng)降雨占17%。進(jìn)一步對主要致災(zāi)氣象因子進(jìn)行分析可知,4個(gè)氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)中50%的致災(zāi)因子為降雨,33%為降雪,低能見度占17%。由以上分析可知,大霧和道路結(jié)冰為滬昆高速浙江段最主要的自然災(zāi)害類型,降雨和降雪為主要的致災(zāi)氣象因子。

滬昆高速浙江段公路沿線及5 km范圍內(nèi)共有5個(gè)氣象監(jiān)測站點(diǎn),這5個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)均為區(qū)域自動站,可實(shí)現(xiàn)氣溫、風(fēng)、能見度、降水量等要素的觀測。在這些觀測要素中,降水量、能見度正是主要的致災(zāi)氣象因子,因此在后期的工作中一方面要加強(qiáng)對這些氣象要素的監(jiān)測分析,另一方面要加強(qiáng)高速公路沿線自動站的建設(shè)。

圖1 災(zāi)害隱患點(diǎn)主要災(zāi)害類型(a)及致災(zāi)氣象因子(b)統(tǒng)計(jì)

3.3 災(zāi)害易發(fā)時(shí)段分析

對4個(gè)隱患點(diǎn)的災(zāi)害易發(fā)時(shí)段進(jìn)行統(tǒng)計(jì),如圖2所示。

圖2 隱患點(diǎn)災(zāi)害易發(fā)時(shí)段統(tǒng)計(jì)

由圖2可知,隱患點(diǎn)災(zāi)害易發(fā)時(shí)段集中于1—2月,其次為9月,在3、6、7及12月沒有災(zāi)害易發(fā)時(shí)段分布?？傮w來看,災(zāi)害易發(fā)時(shí)段分布于秋冬半年,這可能是由于在秋冬季節(jié)浙中北地區(qū)大霧和降雪出現(xiàn)相對頻繁,容易形成低能見度和道路結(jié)冰等不利氣象條件,從而使得交通事故頻發(fā)。

此外,1—2月正值春節(jié)返鄉(xiāng)高峰,高速公路車流量大幅增加,加上雨雪冰凍等不利氣象條件的影響,使得這一時(shí)期交通事故發(fā)生相對集中。因此在后期的交通氣象服務(wù)中,應(yīng)加強(qiáng)對這一時(shí)期氣象條件的監(jiān)測和預(yù)警。

3.4 氣象災(zāi)害致災(zāi)因子閾值

通過專家評估與主成分分析法,得到了隱患點(diǎn)的致災(zāi)因子閾值,這些閾值對實(shí)際的交通氣象服務(wù)有很大的幫助。閾值指標(biāo)分為3類,分別是低能見度、短時(shí)強(qiáng)降水和降雪。

低能見度指標(biāo)閾值分為4個(gè)等級,當(dāng)能見度在200～500 m時(shí),對交通行車安全稍有影響,需要適當(dāng)控制車速,采取提醒手段;當(dāng)能見度在100～200 m時(shí),對行車安全有一定影響,需要慢速行車,采取限速通行手段;當(dāng)能見度在50～100 m時(shí),對交通有較大影響,需要限制車流,采取警車帶道等手段;當(dāng)能見度小于50 m時(shí)有嚴(yán)重影響,應(yīng)采取封道措施。

短時(shí)強(qiáng)降水指標(biāo)閾值也分為4個(gè)等級,當(dāng)小時(shí)降水量在7～15 mm時(shí),對交通稍有影響,應(yīng)提醒控制車速;當(dāng)小時(shí)降水量在15～40 mm時(shí),對交通有一定影響,需采取限速手段;當(dāng)小時(shí)降水量在40～50 mm時(shí)有較大影響,應(yīng)限流限速,帶道;當(dāng)小時(shí)降水量大于50 mm時(shí)有嚴(yán)重影響,應(yīng)封道。

降雪指標(biāo)閾值同樣為4個(gè)等級,當(dāng)出現(xiàn)小雪或雨夾雪時(shí),會對交通稍有影響,行車應(yīng)注意車速,當(dāng)出現(xiàn)中雪時(shí)有一定影響,應(yīng)慢速通行,當(dāng)出現(xiàn)大雪時(shí),對交通有較大影響,暴雪則有嚴(yán)重影響。

4 結(jié) 語

通過此次普查,主要得出了以下結(jié)論與建議。

1)G60滬昆高速浙江段隱患點(diǎn)主要災(zāi)害性天氣為大霧和道路結(jié)冰,其次短時(shí)強(qiáng)降水也會引發(fā)一定的交通事故。

2)G60滬昆高速浙江段隱患點(diǎn)的災(zāi)害性天氣主要發(fā)生在秋冬季節(jié),1—2月和9月尤為明顯。

3)G60滬昆高速浙江段隱患點(diǎn)的低能見度閾值為500 m,短時(shí)強(qiáng)降水閾值為7 mm/h,降雪閾值為小雪或雨夾雪,各氣象要素達(dá)到以上強(qiáng)度時(shí),將對高速公路交通產(chǎn)生影響。

4)通過與交通部門的交流座談,對方希望能獲取更多的大霧、強(qiáng)降水等災(zāi)害性天氣定時(shí)定點(diǎn)定量的預(yù)報(bào)。同時(shí)對氣象部門提供的產(chǎn)品形式也提出了一些要求和建議,在服務(wù)方式上,可以增加更多的新媒體形式。

[1] 李長城,張高強(qiáng),湯筠筠.高速公路交通氣象災(zāi)害預(yù)警管理系統(tǒng)研究[J].道路交通與安全,2008,(3):16-19.

[2] 陳劍飛,粟華林.廣西陸路交通氣象服務(wù)的現(xiàn)狀與思考[J].氣象研究與應(yīng)用,2010,(3):38-40.

[3] 湯筠筠,李長城.基于灰色聚類和層次分析法的汛期公路交通氣象災(zāi)害后評估方法[J].公路,2011,(1):171-176.

[4] 吳先華,趙飛,郭際,等.交通氣象服務(wù)效益評估——以滬寧高速公路為例[J].氣象科學(xué),2013,33(5):555-560.

[5] 陳劍飛,粟華林.廣西陸路交通氣象服務(wù)的現(xiàn)狀與思考[J].氣象研究與應(yīng)用,2010,31(3):38-40.

[6] 劉宇,高紅燕,寇小蘭,等.陜西交通氣象服務(wù)效益?zhèn)€例調(diào)查評估報(bào)告[J].陜西氣象,2008,(2):40-41.

[7] 張金滿,賈俊妹,曲曉黎,等.河北省公路交通氣象災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)普查結(jié)果與防范對策[J].廣東氣象,2014,36(4):53-56.

[8] 馬祖勝,李漢彬,于平.霧對河源高速公路交通的影響[J].廣東氣象.2006,28(4):61-62.

[9] 陳而廉,李生艷,林開,等.霧對廣西高速公路交通安全的影響及預(yù)防對策[J].氣象研究與應(yīng)用,2011,32(3):46-48.

[10] 陳振林,孫健.高速公路氣象服務(wù)效益評估[M].北京:氣象出版社,2009.

2014-10-24

1.2013年度中國氣象局行業(yè)氣象服務(wù)效益評估專項(xiàng);2.浙江省氣象局重點(diǎn)項(xiàng)目：智慧氣象(高速交通氣象)技術(shù)研究(2013ZD08)