江蘇高速公路局地團(tuán)霧氣象特征分析

田 華，郜婧婧，李藹恂，吳 英，朱承瑛，趙魯強(qiáng)，張慧辰

（1.中國氣象局公共氣象服務(wù)中心，北京100081；2.江蘇省氣象科學(xué)研究所，江蘇 南京210008；3.公安部交通管理科學(xué)研究所，江蘇 無錫214000）

近年來在高速公路上出現(xiàn)的重大傷亡交通事故中，三分之一左右與大霧，尤其是團(tuán)霧有關(guān)聯(lián)。2013年6 月4 日京港澳高速駐馬店段受團(tuán)霧影響發(fā)生多起連環(huán)相撞事故，涉及車輛50 余輛，造成95 名人員被困，近千輛車擁堵。2016 年12 月16 日寧洛高速因團(tuán)霧引發(fā)11 起交通事故，涉及車輛20 余輛，造成1 人死亡6 人受傷。2017 年11 月15 日滁新高速因團(tuán)霧引發(fā)多點多車交通事故，涉及車輛70 余輛，造成18 人死亡。團(tuán)霧對公路行車安全的影響引起國內(nèi)學(xué)者的關(guān)注，在團(tuán)霧的發(fā)生規(guī)律、預(yù)測方法、對交通安全的影響機(jī)理等方面開展了一些研究。如丁秋冀等[1]考慮團(tuán)霧局地性特征，將單站出現(xiàn)的霧定義為團(tuán)霧，基于滬寧高速沿線交通氣象站資料，探討了團(tuán)霧發(fā)生的氣象和地形地貌條件，并比較了不同環(huán)境條件下的路段的團(tuán)霧特征差異。萬小雁等[2]利用不同陸面方案對滬寧高速公路團(tuán)霧過程進(jìn)行了模擬。王月琴等[3]采集高速公路部分站點的風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、相對濕度、氣壓和能見度作為團(tuán)霧產(chǎn)生的6 個要素指標(biāo)，基于BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立團(tuán)霧預(yù)測模型，但是由于樣本較少，模型的實用性還要進(jìn)一步檢驗。錢偉等[4]分析了寧鎮(zhèn)常局地性濃霧和團(tuán)霧的特征，建立了概念預(yù)報模型。楊成里[5]提出以團(tuán)霧發(fā)生概率為基礎(chǔ)的易發(fā)路段等級劃分和預(yù)警機(jī)制。胡思濤等[6-7]分析了團(tuán)霧天氣下高速公路交通事故特征，從駕駛員的角度開展團(tuán)霧對高速公路交通安全的影響研究。由于團(tuán)霧發(fā)生與局地微氣候環(huán)境相關(guān)，常規(guī)氣象觀測很難監(jiān)測，目前，氣象部門對霧（濃霧）的成因和特征研究較多[8-13]，此外，利用衛(wèi)星、微波輻射等資料的大霧監(jiān)測、預(yù)報工作也正在開展[14-19]，但對團(tuán)霧的研究工作還很有限，團(tuán)霧的預(yù)報預(yù)警方法也很薄弱。

江蘇省高速公路路網(wǎng)密集，團(tuán)霧事故多發(fā)。本文針對江蘇高速公路發(fā)生的5 次團(tuán)霧事故，運用公路沿線交通氣象監(jiān)測站和全省氣象站資料，分析團(tuán)霧發(fā)生的地理環(huán)境和天氣背景，團(tuán)霧發(fā)生時能見度、相對濕度、風(fēng)等氣象條件特征，探討團(tuán)霧發(fā)生規(guī)律和預(yù)報著眼點，擬為后續(xù)開展團(tuán)霧預(yù)報預(yù)警工作，預(yù)防和減少高速公路團(tuán)霧事故發(fā)生提供幫助。

1 資料

江蘇省2013 年和2015 年5 次團(tuán)霧事故資料主要是通過互聯(lián)網(wǎng)搜集，并經(jīng)相關(guān)交警部門核實，內(nèi)容包括事故時間、發(fā)生路段位置等（表1）。江蘇省2013 — 2017 年霧事故資料來源于公安部交通管理科學(xué)研究所，包括事故時間、發(fā)生路段位置等。江蘇省交通氣象站逐10 min 資料包括氣溫、降水、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、能見度等。江蘇省氣象站逐3 h 資料包括天氣現(xiàn)象、能見度、風(fēng)向、風(fēng)速、云量等。氣象資料來源于江蘇省氣象信息中心，經(jīng)過了嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

表1 團(tuán)霧事故信息

2 團(tuán)霧事故發(fā)生時間特征

從5 次團(tuán)霧事故發(fā)生月份和時間來看，5 次團(tuán)霧事故主要發(fā)生在5—6 月和11—12 月。另外，事故發(fā)生時間主要集中在北京時間00：00—07：00 和20：00—24：00 左右（圖1）。

3 團(tuán)霧發(fā)生背景分析

3.1 地理環(huán)境

5 次事故有3 次發(fā)生在沈海高速公路上，2 次發(fā)生在滬蓉高速公路上。沈海高速為江蘇沿海高速，途經(jīng)連云港、鹽城、南通。滬蓉高速西起南京東至上海，橫穿鎮(zhèn)江、常州、無錫、蘇州。沈海高速霧事故發(fā)生次數(shù)很高且主要發(fā)生在連云港段和鹽城段，兩路段近5 a 累計均發(fā)生10 次。滬蓉高速霧事故發(fā)生次數(shù)相對較少，主要在南京段、鎮(zhèn)江段、常州段和蘇州段，各段近5 a 累計次數(shù)均不高于2 次（圖2）。

從高速公路地貌來看，沈海高速連云港段處于沿海平原區(qū)，平均海拔3～5 m。鹽城段屬于濱海平原地貌，東臺境內(nèi)地勢較高，平均海拔4～5 m，向北逐漸低落，到射陽河處為1～1.5 m 左右。沈海高速連云港和鹽城段地勢低洼，沿途河網(wǎng)水系密集，加之東臨黃海，水汽來源充沛，具備很好的成霧條件。滬蓉高速鎮(zhèn)江丹陽段屬于太湖平原湖西部分，海拔7 m 左右。蘇州段平均海拔3～4 m，陽澄湖一帶2 m 左右。滬蓉高速丹陽和蘇州段，地勢低平，臨近太湖，水汽來源充沛，也具備較好的成霧地理條件。

圖1 江蘇省2013 年和2015 年5 次團(tuán)霧事故發(fā)生時間

圖2 2013—2017 年江蘇高速公路霧事故累年發(fā)生次數(shù)統(tǒng)計

3.2 天氣背景

從5 次團(tuán)霧過程發(fā)生當(dāng)日周邊地區(qū)天氣實況來看，2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日以及2015 年12 月7 日江蘇全省在02：00—08：00 天空以晴或少云為主，風(fēng)力小于2級，全省大部或東部沿海地區(qū)有輕霧或霧出現(xiàn)，表明4 次團(tuán)霧發(fā)生在霧背景條件下。而2013 年11 月23日20：00—23：00 江蘇全省天空以陰天為主，風(fēng)向以偏東風(fēng)或偏南風(fēng)為主，風(fēng)速2 m/s 左右，江蘇北部和西部有弱降水，太湖附近霾轉(zhuǎn)輕霧或雨。當(dāng)日蘇州市空氣質(zhì)量為輕度污染，表明此次團(tuán)霧主要是在弱降水背景條件下，與霾（局地污染）共同形成的?？偟膩砜?，5 次團(tuán)霧過程有4 次（2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日以及2015 年12 月7 日）發(fā)生在霧背景條件下，1 次發(fā)生（2013 年11 月23 日）在弱降水和霾（局地污染）背景條件下。

3.3 能見度特征

從團(tuán)霧發(fā)生當(dāng)日全省公路沿線逐10 min 最低能見度實況分布（圖3）上看，2013 年6 月13 日江蘇中部多條高速能見度均＜200 m，沈海高速鹽城東臺到射陽局地路段能見度低于100 m。2013 年11 月15 日，江蘇中西部和中南部多條高速能見度低于500 m，滬蓉高速鎮(zhèn)江丹陽段局地能見度在100 m以下。2015 年5 月23 日江蘇北部多條高速能見度低于200 m，沈海高速連云港段能見度低于100 m。2015 年12 月7 日江蘇東北部和南部多條高速能見度低于200 m，沈海高速鹽城射陽到響水局地路段能見度低于100 m。而2013 年11 月23 日江蘇大部高速公路能見度都在1000 m 以上，僅滬蓉高速局地路段能見度低于1000 m，蘇州段局地能見度低于500 m。由此可見，霧背景條件下，團(tuán)霧事故點周邊高速公路都有較大范圍的低能見度出現(xiàn)，并且最低能見度低于100 m。而弱降水和霾（局地污染）條件下，僅有事故點附近出現(xiàn)了較低能見度，且強(qiáng)度偏弱，范圍偏小。

對比分析事故點公路沿線交通氣象站能見度變化（圖4）?？芍F背景條件下，4 次團(tuán)霧事故點相鄰交通氣象站都有低能見度（濃霧或強(qiáng)濃霧）出現(xiàn)，都呈現(xiàn)能見度急劇下降和快速回升的特征。但同一公路上不同站點間低能見度（強(qiáng)濃霧或濃霧）出現(xiàn)的時間不同，導(dǎo)致公路沿線能見度強(qiáng)度分布不均勻。當(dāng)車輛在高速公路上快速行使穿過霧區(qū)時，駕駛?cè)藛T會感覺霧一會兒濃一會兒淡。另外，2013 年11 月23日滬寧高速蘇州梅林段除事故點臨近交通氣象站（蘇州東站）在夜間出現(xiàn)低于500 m 的低能見度外，其他相鄰站點能見度都在1000 m 以上，這也表明弱降水和霾（局地污染）條件引發(fā)的團(tuán)霧雖然能見度強(qiáng)度不強(qiáng)，但局地性特征更明顯。

圖3 團(tuán)霧發(fā)生當(dāng)日江蘇省公路沿線最低能見度分布

圖4 團(tuán)霧事故點公路沿線能見度變化特征

4 團(tuán)霧事故發(fā)生時的氣象特征

4.1 能見度變化特征

5 個事故點臨近交通氣象站能見度強(qiáng)度和持續(xù)時間有一定的差異（圖5）。霧背景條件下，有3 次團(tuán)霧事故（2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日）發(fā)生時最低能見度在100 m 左右，能見度低于1000 m 的持續(xù)時間為4～7 h；1 次團(tuán)霧事故（2015 年12 月7 日）發(fā)生時最低能見度則在400 m 左右，能見度低于1000 m 的持續(xù)時間為2 h左右。另外，能見度變化也有差異。2013 年6 月13日、2013 年11 月15 日的共同特征是能見度在1 h左右的時間內(nèi)從1000 m 左右快速下降到100 m 左右，然后波動式的緩慢下降并維持一定時間，最后又在1 h 左右時間內(nèi)快速回升到1000 m 以上。2015年5 月23 日能見度在20 min 內(nèi)從2000 m 左右迅速下降到300 m 左右，然后在3 h 左右的時間內(nèi)波動式下降至100 m 左右，短暫維持后，在1 h 內(nèi)快速回升1000 m 以上。2015 年12 月7 日雖然最低能見度強(qiáng)度不是很強(qiáng)，但是能見度變化更為復(fù)雜，出現(xiàn)4次能見度好轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)好的變化，且能見度均在30 min內(nèi)由差轉(zhuǎn)好快速回升到1000 m 以上。而弱降水和霾（局地污染）背景條件下，團(tuán)霧（2013 年11 月23日）能見度在1 h 左右的時間內(nèi)從10 000 m 左右快速下降到500 m 左右，并維持一定時間，最后又在20 min 內(nèi)快速回升到10 000 m 以上?？梢?，5 次團(tuán)霧過程向低能見度發(fā)展時具有較明顯的爆發(fā)性增強(qiáng)的特征[9-10]，另外，能見度由差轉(zhuǎn)好快速回升到1000 m 以上時，強(qiáng)度較弱的2 次團(tuán)霧（2015 年12月7 日，2013 年11 月23 日）回升速度更快。

此外，團(tuán)霧事故發(fā)生時間都處于能見度急劇變化期，其中有3 次處于能見度急劇下降期間，2 次處于能見度急劇上升期間。雖然，2013 年11 月23 日事故發(fā)生時最低能見度僅在400 m 左右，但由于是夜間能見度突降，造成駕駛?cè)藛T視程障礙，從而誘發(fā)交通事故。

4.2 相對濕度變化特征

相對濕度是反映空氣潮濕程度的一個氣象要素，是成霧的最重要影響因子之一。5 次團(tuán)霧過程除弱降水和霾（局地污染）背景條件下的團(tuán)霧（2013 年11 月23 日）相對濕度維持在70%～80%外，霧背景條件下的4 次團(tuán)霧的相對濕度均在92%以上（圖6）。相關(guān)研究[1]指出持續(xù)時間較長、能見度低、濕度小的低能見度過程大多是由于秸稈焚燒、工業(yè)粉塵污染、汽車廢氣排放等因素誘發(fā)的霧霾混合現(xiàn)象。另外，田小毅等[18]曾對滬寧37 個站次霧形成時的相對濕度做過統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)單純的霾不會使能見度很低（＜200 m），當(dāng)相對濕度介于80%～90%就要關(guān)注霧霾并存以及低能見度出現(xiàn)的可能性，相對濕度達(dá)到90%左右就可能出現(xiàn)能見度小于200 m 的低能見度現(xiàn)象。綜合2013 年11 月23 日能見度和相對濕度變化情況，也表明當(dāng)日的團(tuán)霧是由霾（局地污染）造成的。

圖5 團(tuán)霧事故點臨近交通氣象站能見度變化

圖6 團(tuán)霧事故點臨近交通氣象站相對濕度變化

4.3 氣溫和路面溫度變化特征

霧背景條件下的4 次團(tuán)霧過程氣溫日變化明顯（圖7a、7b、7c、7d），前一日最高氣溫與團(tuán)霧事故發(fā)生前后氣溫溫差較大，氣溫降幅大約在7～10 ℃。另外，2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日團(tuán)霧事故發(fā)生時刻路面溫度和氣溫差約為2 ℃以上。而2015 年12 月7 日溫差略偏小，約為1 ℃。弱降水和霾（局地污染）背景條件下的團(tuán)霧過程（圖7e）氣溫日變化不大，日降幅偏小，約在5 ℃，17：00 以后氣溫高于路面溫度，團(tuán)霧事故發(fā)生時刻路面溫度和氣溫差約為-1 ℃，較霧背景條件下的路氣溫差明顯偏小。這是由于當(dāng)日以陰天為主，天空覆蓋云系在阻擋地面有效輻射散失的同時，又可發(fā)射向下的長波輻射，對地面損失的熱量進(jìn)行補償，因而導(dǎo)致地面輻射降溫不如霧背景條件下的顯著，使得氣溫日變化不大，路氣溫差偏小。綜合來看，路氣溫差大小對團(tuán)霧強(qiáng)度的判別有一定的參考意義。路面溫度大于氣溫，且溫差在2 ℃以上時有利于能見度更低的團(tuán)霧發(fā)生。這是因為路面溫度高于氣溫，且溫差較大，一方面會產(chǎn)生輻射降溫，有利于近地層空氣冷卻和水汽的凝結(jié)，另一方面會增強(qiáng)近地層空氣湍流作用，有利于低層凝結(jié)水汽向高層交換，增強(qiáng)霧的濃度。

4.4 風(fēng)速和風(fēng)向變化特征

風(fēng)速與霧的形成關(guān)系密切。一般認(rèn)為晴朗微風(fēng)有利于輻射冷卻，使近地面水汽凝結(jié)而形成霧。研究表明[19]完全靜風(fēng)條件又可導(dǎo)致近地面湍流運動較弱，使水汽無法向上擴(kuò)散，不利于霧層的形成。所以，小于一定強(qiáng)度的風(fēng)速是霧形成和發(fā)展的有利因素。從圖8 中可見，幾次團(tuán)霧從形成前至消散期間風(fēng)速均維持在0.5～2 m/s 左右且變化幅度不大。

圖7 團(tuán)霧發(fā)生過程中事故點臨近交通氣象站氣溫和路面溫度變化

風(fēng)向與霧的發(fā)展和消散關(guān)系也很密切。適合的風(fēng)向會將暖濕空氣向冷的地表輸送，使暖濕空氣冷卻凝結(jié)而形成霧并逐漸發(fā)展加強(qiáng)。分析4 次霧背景條件下的團(tuán)霧發(fā)展和消散時風(fēng)向變化很明顯。2013年6 月13 日團(tuán)霧生成前和維持期間都以偏北風(fēng)為主，6：00 以后團(tuán)霧消散期風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)。2013 年11 月14 日夜間到15 日凌晨團(tuán)霧形成前期風(fēng)向變化較大，1：00—2：00 團(tuán)霧能見度爆發(fā)增長期以偏南風(fēng)為主，低能見度維持期風(fēng)向變化不大，以偏西風(fēng)為主，7：00 以后消散期則轉(zhuǎn)為南風(fēng)或西南風(fēng)。2015 年5 月23 日1：00—2：00 團(tuán)霧爆發(fā)增長期和2：00—6：00 團(tuán)霧維持期間風(fēng)向以偏北風(fēng)為主，6：00 以后的團(tuán)霧消散期則轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)。2015 年12 月6 日22：00—7 日凌晨團(tuán)霧爆發(fā)增長期風(fēng)向為偏西風(fēng)，凌晨至1：00 消散期則轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，1：00—2：00 爆發(fā)增長期風(fēng)向又轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，2：00—4：00 團(tuán)霧維持期風(fēng)向轉(zhuǎn)為西風(fēng)，4：00—5：00 左右消散期風(fēng)向轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)，5：00—6：00 爆發(fā)增長期轉(zhuǎn)為西風(fēng)，7：00 以后消散期轉(zhuǎn)為偏北風(fēng)?？偟膩砜?，霧背景條件的團(tuán)霧能見度生消變化與風(fēng)向變化關(guān)系較為密切。團(tuán)霧爆發(fā)增長期和維持期風(fēng)向多為偏北或偏西風(fēng)，消散期風(fēng)向則多為偏東或偏南風(fēng)。而弱降水和霾（局地污染）背景條件下的團(tuán)霧（2013 年11 月23 日）在形成前期至消散期風(fēng)向變化不大，主要以偏南或偏東風(fēng)為主。

圖8 團(tuán)霧事故點臨近交通氣象站風(fēng)向風(fēng)速變化

5 結(jié)論

（1）團(tuán)霧可在霧或弱降水和污染的背景條件下發(fā)生，其中，霧背景條件下更易多發(fā)，造成的低能見度強(qiáng)度更強(qiáng)。降水前充足的水汽條件，加之局地污染和地勢低平，水網(wǎng)密集的地理環(huán)境，也為團(tuán)霧發(fā)生提供有利條件。團(tuán)霧形成是公路沿線能見度強(qiáng)度分布不均勻的原因。

（2）霧背景條件下，團(tuán)霧發(fā)生的主要特征是相對濕度＞92%，日氣溫降幅＞7 ℃，風(fēng)力＜2 m/s。另外，地面溫度和氣溫溫差大小對于判別團(tuán)霧強(qiáng)度有一定的參考意義，地面溫度大于氣溫，且溫差在2 ℃以上時有利于強(qiáng)度更強(qiáng)的團(tuán)霧發(fā)生。霧背景條件的團(tuán)霧能見度生消變化與風(fēng)向變化關(guān)系較為密切。團(tuán)霧爆發(fā)增長期和維持期風(fēng)向多為偏北或偏西風(fēng)，消散期風(fēng)向則多為偏東或偏南風(fēng)。

（3）團(tuán)霧事故多發(fā)生在能見度急劇變化期，能見度急劇下降和上升期間都可能誘發(fā)交通事故。

（4）基于江蘇5 次團(tuán)霧事故分析了團(tuán)霧氣象特征，得出一些對團(tuán)霧預(yù)報具有一定參考意義的結(jié)論。由于樣本數(shù)據(jù)有限，后續(xù)還應(yīng)積累大量的團(tuán)霧事故資料進(jìn)一步分析驗證。