氣象條件對高速公路交通影響研究進(jìn)展

張運(yùn)福,林　毅,李　倩,齊　昕,寧仕涌

(1.遼寧省氣象服務(wù)中心,沈陽　110166；2.沈陽區(qū)域氣候中心,沈陽　110166)

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氣象條件對高速公路交通影響研究進(jìn)展

張運(yùn)福1,林毅1,李倩2,齊昕1,寧仕涌1

(1.遼寧省氣象服務(wù)中心,沈陽110166；2.沈陽區(qū)域氣候中心,沈陽110166)

摘要：為了減小天氣對高速交通產(chǎn)生的不利影響，降低惡劣天氣下高速交通事故率，近年來在交通氣象方面研究廣泛開展。從天氣影響高速公路的物理機(jī)制、高速交通中氣象因子分析與預(yù)報、以及發(fā)展方向共三方面，對國內(nèi)氣象因子影響高速公路交通方面的研究進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：高速公路;惡劣天氣;交通事故

0引言

由于高速公路運(yùn)轉(zhuǎn)同人民群眾的生命財產(chǎn)安全息息相關(guān)，因此高速行車安全越來越受到重視。發(fā)達(dá)國家的每百公里事故率約為普通公路的1/3，而在我國高速公路事故率及死亡率明顯高于國外同等級公路。據(jù)統(tǒng)計全國高速公路事故中,大霧、降雨、降雪天氣下發(fā)生的事故占事故總數(shù)的39%，我國交通事故的高發(fā)與惡劣的天氣條件密切相關(guān)。如何利用高速公路氣象預(yù)報服務(wù)為高速管理提供決策依據(jù)，從而減少因惡劣天氣所引發(fā)的交通事故一直以來都是氣象、交通等部門研究的重要領(lǐng)域。本文嘗試綜合評述近年來天氣影響交通安全研究進(jìn)展，討論利用天氣預(yù)報預(yù)警高速安全的未來發(fā)展走向，以期對高速氣象研究有所幫助。

1不同天氣現(xiàn)象對高速交通影響的物理機(jī)制研究

1.1雨雪天氣對高速路面影響

雨雪天氣中路面濕滑是引起高速公路交通事故的主要原因，路面濕滑導(dǎo)致路面摩擦系數(shù)下降從而導(dǎo)致車輛行駛過程中穩(wěn)定性降低、制動距離增加。降雨后高速路面會由于積水出現(xiàn)水膜，水膜會顯著降低車輪與路面間的附著系數(shù)，導(dǎo)致車輛容易打滑從而引發(fā)交通事故。王一姝等發(fā)現(xiàn)日雨量達(dá)到10 mm上海地區(qū)的路面出現(xiàn)積水，路面附著系數(shù)降低，容易導(dǎo)致車輛側(cè)滑和控制失靈。而強(qiáng)降雨天氣過程還可能誘發(fā)坍塌、泥石流等地質(zhì)災(zāi)害,破壞公路路基、路面及其他公路設(shè)施,致使交通中斷。

在降雪和雨夾雪對北方地區(qū)尤其是東北地區(qū)的影響較大，冬季大部分交通事故與降雪有直接或間接關(guān)系。雨雪天氣過程中，路面如果清掃不及時就會堆積冰水混合物，在低溫作用下還可能出現(xiàn)道路結(jié)冰。雨雪影響下，路面道路摩擦系數(shù)的明顯下降會減弱車輛制動效果，從而嚴(yán)重影響行車安全。

1.2高速公路霧霾天氣對能見度影響

霧霾天氣對于能見度造成影響原理基本相同，空氣中大量聚集的霧滴或者塵埃對視線造成阻礙導(dǎo)致能見度降低。能見度越低駕駛員對車輛的控制難度就越大，從而導(dǎo)致交通事故發(fā)生的概率大大提高。另外司機(jī)對車距的判斷會在濃霧天氣里發(fā)生錯覺，導(dǎo)致誤判而發(fā)生交通事故。如果大霧中的水汽凝結(jié)在車窗上還會造成駕駛員視線受到影響。田小毅等分析了滬寧高速一次重大交通事故案例，作者認(rèn)為隨著大氣中污染物的增多，霾出現(xiàn)的幾率較過去相比有增高趨勢，在預(yù)報過程中要注意“霾—霾霧并存—濃霧”的天氣過程。崔馳瀟發(fā)現(xiàn)江蘇省沿海高速公路的大霧在夜間21時～次日07時加重，05～09時消散，且不同類型霧的發(fā)生地域和頻次差別很大。作者認(rèn)為大氣動力、熱力和水汽條件對大霧的產(chǎn)生起決定性作用。

1.3高溫天氣對高速運(yùn)行影響

在影響高速公路的諸多不利天氣條件中，高溫天氣及其引發(fā)的路面高溫也是不容忽視的重要因素之一。據(jù)相關(guān)資料分析，高速公路路面一般為水泥或瀝青材質(zhì)，這兩種材質(zhì)吸熱能力強(qiáng)熱容量小，當(dāng)出現(xiàn)高溫天氣時路面溫度可達(dá)70 ℃。機(jī)動車在高溫路面上行駛過程中，輪胎氣壓高于安全值，導(dǎo)致輪胎與路面間的摩擦系數(shù)降低，還可能引起爆胎，引發(fā)重大交通事故。

2基于統(tǒng)計學(xué)方法的交通氣象分析與預(yù)報

2.1高速公路惡劣天氣過程分析預(yù)報

南京信息工程大學(xué)應(yīng)用氣象學(xué)院協(xié)同江蘇省氣象科學(xué)研究所，利用滬寧高速沿線的自動監(jiān)測系統(tǒng)對影響高速運(yùn)行的多種天氣進(jìn)行分析并嘗試?yán)肳RF模式進(jìn)行預(yù)報。袁成松分析了2006～2009年滬寧高速公路高溫天氣過程，選取出高溫過程中的4個共同特征作為預(yù)報因子，利用多元線性回歸方法建立對當(dāng)日14時氣溫的預(yù)報模型。包云軒對滬寧高速的一次大霧天氣過程的動力、水汽和熱力條件分析，并提出一種新的能見度經(jīng)驗公式。王佳等對2006～2009年滬寧高速沿線能見度小于500 m的大霧天氣過程進(jìn)行分類，按照平流霧、輻射霧類型分別進(jìn)行WRF模式模擬。

2.2氣象因子對高速公路交通事故影響分析和風(fēng)險預(yù)報

吉廷艷結(jié)合貴州省近3年重特大交通事故數(shù)據(jù)和降雨、低能見度、凝凍和高溫氣象資料，建立了交通氣象指數(shù)用來表征了多種氣象要素對交通的綜合影響程度。夏敏潔等利用南京地區(qū)2012日交通事故量與氣象觀測數(shù)據(jù)建立了氣象影響模型，驗證了該模型對工作日交通事故量有較好的模擬效果。由于高速公路交通事故的影響因子不確定性較強(qiáng)，余健對引入了未確知測度理論，建立了高速公路交通安全影響評價體系。李迅將京津塘高速公路事故數(shù)據(jù)分為逐月、逐時兩種形式的萬量車流交通事故，結(jié)合氣象資料建立了交通氣象風(fēng)險和交通氣象安全指數(shù)的級別 。

3交通氣象預(yù)報研究未來發(fā)展探討

國內(nèi)交通氣象預(yù)報的主要方法是對氣象觀測資料或者模式預(yù)報資料分析，基于數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法建模。首先由于在建模過程中沒有考慮物理過程，因此模型需要大量數(shù)據(jù)支撐，適應(yīng)性較差研究成果不具備推廣性。其次，天氣對高速公路交通的影響會由于地形差別很大，已有的交通氣象預(yù)報研究中，并沒有對高速路段中地形因素進(jìn)行深入探討。

針對目前交通氣象研究提出以下發(fā)展建議。

(1)目前大部分高速氣象研究的數(shù)據(jù)基于氣象觀測站點(diǎn)，而天氣過程受多種條件影響變化復(fù)雜，氣象觀測數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確的表現(xiàn)出高速公路上的天氣。有學(xué)者為了解決這個問題對氣象觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了插值處理，以期將天氣數(shù)據(jù)細(xì)化到高速路段，但插值方法無法監(jiān)測出小尺度局地性的天氣過程。與交通部門合作建立精細(xì)化交通氣象監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，對特殊地形的積雪、結(jié)冰程度、霧霾濃度等進(jìn)行測量能夠有效提高交通氣象的預(yù)報精度。

(2)在建立交通氣象預(yù)報模型時，應(yīng)考慮更多的從路面物理過程角度分析，結(jié)合本地氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)報研究。如周須文利用不同路面抗滑性能數(shù)據(jù)，分析了路面溫度同路面抗滑性能的關(guān)系，根據(jù)河北地區(qū)氣候特點(diǎn)將公路路面進(jìn)行了分類。孟春雷基于通用陸面模式發(fā)展了BJ-ROME數(shù)值預(yù)報模型，該模型考慮了熱導(dǎo)率、熱容等多種路面特征，通過驗證發(fā)現(xiàn)該模型對北京地區(qū)路面溫度、積雪厚度的預(yù)報效果十分理想。

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Research progress of weather condition effects on highway traffic

ZHAN Yun-fu1, LIN Yi1, LI Qian2, QI Xin1, NING Shi-yong1

(1.Liaoning Provincal Service Centre,Shenyang 110166，China;2.Shenyang Regional Climate Centre, Shenyang 110166,China)

Abstract:With the purpose of reducing weather negative impact on traffic and accident rate under inclement weather, research on traffic weather has been developed widely in recent years. In this paper, physical mechanism, analysis and forecasting research and development trend of traffic weather are briefly reviewed, in order to overview domestic research on traffic weather.

Keywords:highway; inclement weather;accident

收稿日期：2016-01-08

作者簡介：林毅(1985-)，男，工程師。

中圖分類號：U492

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：C

文章編號：1008-3383(2016)05-0168-02