2017年初春貴州高速公路大霧天氣分析

胡躍文 秦杰 裴興云 牛迪宇 吉廷艷

（1 貴州省氣象學(xué)會(huì)，貴陽 550002；2 貴陽市烏當(dāng)區(qū)氣象局，貴陽 550018；3 貴州省氣象服務(wù)中心，貴陽 550002）

0 引言

貴州地處低緯高原山區(qū)，地形地貌復(fù)雜，天氣氣候多變，大霧天氣頻發(fā)，空間分布差異大，并呈增多趨勢(shì)，對(duì)交通安全與暢通存在嚴(yán)重隱患。陳娟等[1]對(duì)貴州霧的研究表明，1961—2010年貴州大霧的年際間變化呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，貴州大霧具有明顯的區(qū)域分布特征，各地大霧日數(shù)從最少約4 d到最多114 d不等，大霧有4個(gè)高值中心，包括西部烏蒙山東側(cè)、黔中開陽和息烽縣一帶、黔東苗嶺山脈一帶、黔西南晴隆和普安等地。近年來貴州高速公路建設(shè)營(yíng)運(yùn)發(fā)展迅速，2018年貴州高速公路通車?yán)锍桃堰_(dá)6450 km，高速公路網(wǎng)已覆蓋全省各縣，實(shí)現(xiàn)全省縣縣通高速。隨著高速公路網(wǎng)的廣覆蓋，加上貴州高速公路多隧道和橋梁的特點(diǎn)，大霧等災(zāi)害性天氣下高速公路網(wǎng)脆弱性提高，大霧對(duì)貴州高速公路交通影響將越來越嚴(yán)重，一旦引發(fā)交通事故將造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。如何應(yīng)對(duì)大霧天氣影響已成為交通、氣象等相關(guān)部門的重要任務(wù)。開展高速公路大霧成因分析，有助于提升高速公路大霧預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)能力，對(duì)高速公路安全管理、應(yīng)急措施制定等相關(guān)工作具有重要意義。

關(guān)于高速公路霧的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律與預(yù)報(bào)方法，國(guó)內(nèi)科研工作者相繼開展了較多研究。張利娜等[2]分析了北京高速公路大氣能見度演變特征及相對(duì)應(yīng)的物理因子，對(duì)大氣能見度演變的動(dòng)力熱力條件進(jìn)行了探討。吳彬貴等[3]研究了京津塘高速公路秋冬霧氣象要素與環(huán)流特征。吳兌等[4]利用廣東南嶺山地京珠高速公路粵北段布設(shè)的能見度儀和自動(dòng)氣象站觀測(cè)資料，分析發(fā)現(xiàn)南嶺山地高速公路霧區(qū)在11月—次年5月最盛。王博妮等[5]對(duì)江蘇沿海高速公路低能見度濃霧的研究指出：高空暖性高壓脊和地面變性冷高壓的高低空環(huán)流配置為霧的形成提供了逆溫層結(jié)和近地面的弱風(fēng)場(chǎng)條件；偏東氣流和逆溫層保證了水汽供應(yīng)及在低層匯聚。田小毅等[6]對(duì)滬寧高速公路江蘇段低能見度濃霧天氣過程實(shí)時(shí)資料分析，證實(shí)了濃霧具有較強(qiáng)的地域性特征，在丘陵、水網(wǎng)密集地區(qū)多局地性濃霧，日出后是團(tuán)霧多發(fā)時(shí)段。有些學(xué)者[7-22]對(duì)高速公路大霧及其影響也開展了相關(guān)研究。貴州因地形作用常受靜止鋒影響而出現(xiàn)鋒面大霧，并能持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，有時(shí)數(shù)日都是雨霧彌漫，能見度很低。針對(duì)貴州高速公路大霧的研究工作尚處于起步階段。唐延婧等[21]對(duì)貴州山區(qū)高速公路低能見度研究指出，低能見度長(zhǎng)過程有“象鼻”和緩慢下降的前期形態(tài)，能見度震蕩幅度大、變化快；短過程占多數(shù)，能見度呈“突降”形態(tài)，其范圍小、強(qiáng)度大、發(fā)生突然。關(guān)于貴州高速公路霧的研究有待進(jìn)一步開展。

本文利用氣象自動(dòng)站和交通氣象站逐分鐘能見度觀測(cè)資料、天氣圖資料以及貴陽探空資料，分析了2017年初春發(fā)生在貴州多條高速公路的持續(xù)性大霧天氣形成原因，探討了山區(qū)高速公路大霧天氣應(yīng)對(duì)措施，以期為高速公路大霧預(yù)報(bào)服務(wù)提供技術(shù)參考。

1 資料與方法

1.1 天氣實(shí)況

2017年3月9—12日貴州境內(nèi)滬昆、蘭海、杭瑞、惠興等高速公路出現(xiàn)持續(xù)性大霧天氣（能見度≤500 m）。這是一次鋒面大霧天氣過程，大霧持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從9日00時(shí)—13日08時(shí)持續(xù)有大霧出現(xiàn)，其中，9日23時(shí)—10日08時(shí)及11日21時(shí)—12日09時(shí)這兩個(gè)時(shí)段內(nèi)大霧范圍較廣，氣象站監(jiān)測(cè)顯示大霧范圍持續(xù)在10縣站以上（圖1）。

圖1 2017年3月10日06時(shí)（a）和12日04時(shí)（b）高速公路大霧分布（色斑為能見度，單位：m）Fig. 1 Heavy fog distribution on expressways at 06:00 BT 10 March (a) and 04:00 BT 12 March (b) 2017 (Shaded areas are visibility, unit: m)

3月8日貴州中東部受冷高壓控制，靜止鋒位于云南東部，8日夜間到9日白天冷高壓減弱東移，靜止鋒隨之東退北抬，滬昆高速普安、關(guān)嶺、清鎮(zhèn)等地出現(xiàn)大霧；9日夜間隨著靜止鋒再次西伸南壓，大霧范圍擴(kuò)大，除滬昆高速普安、關(guān)嶺外，蘭海高速息烽、惠興高速興仁等地也出現(xiàn)大霧；10日白天到11日白天大霧天氣減弱，在蘭海息烽、都勻等地有大霧；11日夜間—12日早晨大霧天氣再次增強(qiáng)，12日03—05時(shí)貴州高速公路多地出現(xiàn)大霧，包括滬昆高速（普安、晴隆、關(guān)嶺、安順、清鎮(zhèn)、貴陽）、蘭海高速（修文、息烽、遵義）、蓉遵高速（習(xí)水、仁懷）、杭瑞高速（大方）、惠興高速（貞豐）等地。靜止鋒的東西擺動(dòng)是這次高速公路大霧形成的主要影響系統(tǒng)。

1.2 資料來源

能見度資料包括氣象站（77縣、3區(qū)）和建于高速公路上的交通氣象站（25個(gè)）自動(dòng)監(jiān)測(cè)的分鐘數(shù)據(jù)，資料分別來源于CIMISS系統(tǒng)（全國(guó)綜合氣象信息共享平臺(tái)）和貴州省交通氣象服務(wù)系統(tǒng)。貴州省交通氣象站的建設(shè)始于2014年，當(dāng)年建設(shè)完成40個(gè)站點(diǎn)，由貴州省交通廳牽頭建站，2016—2018年又陸續(xù)建設(shè)了60余個(gè)交通氣象站，但由于設(shè)備維護(hù)和管理權(quán)限等原因，能夠獲取到本次大霧天氣的觀測(cè)資料僅有25個(gè)站點(diǎn)資料。

貴陽探空資料來源于CIMISS系統(tǒng)，天氣圖資料來源于MICAPS（氣象信息綜合分析處理系統(tǒng)）數(shù)據(jù)。

1.3 分析方法

利用MICAPS系統(tǒng)進(jìn)行大氣環(huán)流形勢(shì)和水汽條件分析，根據(jù)貴陽探空資料繪制層結(jié)曲線，分析大氣層結(jié)特征。

針對(duì)出現(xiàn)大霧的氣象站點(diǎn)，篩選相對(duì)最近（約10 km以內(nèi)）的6個(gè)交通氣象站為分析對(duì)象（表1），對(duì)比分析山區(qū)大霧演變特點(diǎn)。

表1 氣象站與交通氣象站相關(guān)信息Table 1 Information of automatic weather station and traffic weather station

2 環(huán)流形勢(shì)

整個(gè)大霧期間，中高緯經(jīng)向環(huán)流明顯，500 hPa副熱帶高壓主要位于南海以東洋面，強(qiáng)度較弱，貴州主要受偏西氣流影響，陸續(xù)有高原槽東移；700 hPa貴州也主要受偏西氣流影響（圖2）。

850 hPa，大霧之前8日20時(shí)貴州受弱脊后部的偏東氣流影響。9日白天華南及廣西一帶南風(fēng)增強(qiáng)形成西南急流，貴州轉(zhuǎn)為西南風(fēng)，有利于水汽輸送；川東低渦形成，弱脊仍然存在，位于江浙一帶。10日08時(shí)川東低渦東移減弱，貴州轉(zhuǎn)為偏東風(fēng)，水汽輸送減弱，在貴州南部到廣西北部之間有切變形成，江浙一帶弱脊維持。10日20時(shí)—11日08時(shí)廣西、廣東南風(fēng)減弱，貴州維持偏東風(fēng)。11日20時(shí)貴州轉(zhuǎn)為偏南風(fēng)，為大霧的發(fā)展提供了水汽輸送條件。12日白天廣東、廣西一帶南風(fēng)增強(qiáng)，同時(shí)，位于蒙古的高壓系統(tǒng)也東南移動(dòng)，高壓底部形成一支較強(qiáng)的東風(fēng)急流，湖南、江西一帶為明顯的切變系統(tǒng)。

地面圖上，3月6—8日冷空氣持續(xù)補(bǔ)充影響貴州，靜止鋒位于云南東部，9日冷高壓減弱東移，靜止鋒隨之東退北抬到貴州中北部，伴隨靜止鋒東退過程，貴州西部出現(xiàn)大霧，9日夜間南風(fēng)勢(shì)力減弱，靜止鋒西伸南壓（10日08時(shí)到達(dá)西部），由于水汽豐富，鋒面云系發(fā)展，造成大霧范圍擴(kuò)大。10日白天南風(fēng)增強(qiáng)、靜止鋒東退，10日夜間南風(fēng)減弱、靜止鋒西伸；11日白天南風(fēng)再次增強(qiáng)，靜止鋒有所減弱；11日夜間靜止鋒在貴州中西部發(fā)展增強(qiáng)，由于水汽充沛，再次造成大范圍大霧；12日白天到夜間熱低壓發(fā)展逐漸控制貴州大部地區(qū)，靜止鋒減弱，大霧天氣也隨之減弱。

總之，低空西南氣流輸送充沛的水汽，靜止鋒系統(tǒng)北抬，是造成9日夜間大霧形成的主要原因；靜止鋒系統(tǒng)東西擺動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間存在，導(dǎo)致大霧長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)；低空西南氣流再次發(fā)展和靜止鋒維持，造成11日夜間大范圍大霧天氣。

3 氣象站與交通氣象站能見度對(duì)比

貴州鋒面大霧與靜止鋒云系的發(fā)展有直接關(guān)系。一般來說，靜止鋒云系發(fā)展增厚，造成云底下降，并在海拔相對(duì)較高的山地接地形成地面大霧。由于貴州以山地為主的地形特點(diǎn)，致使高速公路多修建于半山之間，相比行政縣區(qū)來說，大多數(shù)高速公路海拔相對(duì)較高，因此，在鋒面天氣系統(tǒng)影響下，高速公路更容易發(fā)生大霧。

對(duì)比氣象站與交通氣象站能見度發(fā)現(xiàn)，鋒面系統(tǒng)影響下相鄰區(qū)域內(nèi)海拔高度與能見度具有反相關(guān)性，海拔相對(duì)較高處能見度較低，大霧現(xiàn)象嚴(yán)重，大霧起始時(shí)間較早、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。8日夜間伴隨靜止鋒從云南東部向貴州東退過程，貴州西部高海拔地區(qū)出現(xiàn)大霧。盤州和紅果西位于貴州西部，海拔在1800 m以上，紅果西海拔比盤州高55 m。監(jiān)測(cè)資料顯示紅果西于9日00：40—04：40斷斷續(xù)續(xù)出現(xiàn)大霧，盤州由于海拔相對(duì)較低，因此能見度相對(duì)較好，僅在9日03：55出現(xiàn)大霧（圖3）。

圖2 2017年3月9—12日天氣形勢(shì)Fig. 2 Weather conditions during 9 to 12 March 2017

9日夜間隨著靜止鋒從貴州中北部移向西南部，導(dǎo)致海拔相對(duì)較高地區(qū)出現(xiàn)大霧天氣。興仁、團(tuán)坡位于貴州西部，海拔在1300 m以上，團(tuán)坡相比興仁海拔較高，大霧于10日04：40產(chǎn)生，比興仁早1 h，大霧持續(xù)時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng)，結(jié)束于10日09:10，比興仁晚50 min。萬山和老山口位于貴州東部，老山口海拔658 m，比萬山低226 m，大霧主要發(fā)生在10日00：45—04：25，萬山由于海拔相對(duì)較高，大霧天氣嚴(yán)重，大霧持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，從9日22：40起持續(xù)約18 h。龍里和賈托坡位于貴州中部，賈托坡海拔1314 m，比龍里高221 m，賈托坡于01：05—01：50出現(xiàn)大霧，龍里未出現(xiàn)大霧。

11日夜間由于靜止鋒再次增強(qiáng)發(fā)展，造成貴州多地出現(xiàn)大霧天氣。普安和獅子山位于貴州西部，海拔在1600 m上下，獅子山海拔比普安低53 m，大霧現(xiàn)象相對(duì)較輕，呈現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)狀態(tài)，持續(xù)時(shí)間較短；普安大霧天氣嚴(yán)重，大霧于11日19：15產(chǎn)生，至12日08：55消散，持續(xù)近14 h。白云和曹關(guān)位于貴州中部，海拔在1300 m上下，曹關(guān)海拔較白云低51 m，能見度較好，沒有出現(xiàn)大霧，白云能見度相對(duì)較差，能見度在1000 m上下，并于12日00：25出現(xiàn)短時(shí)大霧。

4 水汽條件

造成本次大霧天氣過程的水汽主要來源于南海。大霧形成前偏南風(fēng)將南海水汽向貴州等地輸送，9日20時(shí)850 hPa貴州比濕＞6 g/kg，相對(duì)濕度在90%以上，水汽通量為2×10-7～6×10-7g/(s·cm·hPa)，貴州處于水汽輻合地帶（水汽通量散度為負(fù)值）。低空充沛的水汽和輻合有利于低云發(fā)展增厚、云底下降，從而導(dǎo)致近地面大霧形成。10日白天到11日白天貴州主要受脊后切變系統(tǒng)北側(cè)的偏北氣流影響，水汽輸送減弱，低云發(fā)展受限，大霧現(xiàn)象也隨之減弱。11日20時(shí)由于高壓系統(tǒng)東移，貴州轉(zhuǎn)受偏南氣流影響，水汽通量再次增強(qiáng)，比濕達(dá)7～9 g/kg，水汽輻合明顯（圖4），致使低云再次發(fā)展增厚，導(dǎo)致11日夜間貴州多條高速公路出現(xiàn)大霧天氣，大霧范圍比9日夜間更廣。

5 大氣層結(jié)特征

低空逆溫的維持和充足的水汽是大霧形成、發(fā)展的重要條件。由于鋒面系統(tǒng)的存在，低空形成上暖下冷的逆溫結(jié)構(gòu)，大氣處于穩(wěn)定狀態(tài)，有利于水汽在低空聚集，從而促進(jìn)低云發(fā)展增厚、云底下降，云底在海拔較高的山地接地形成地面大霧。隨著逆溫層的減弱消失，穩(wěn)定層受到破壞，云底抬升，地面大霧也隨之減弱消散。

圖3 氣象站與交通氣象站能見度對(duì)比Fig. 3 Visibility comparison between automatic weather station and traffic weather station

從貴陽探空資料可以看出，9日20時(shí)，淺層逆溫位于800 hPa高度附近，低層濕度較大，800 hPa高度以下溫度露點(diǎn)差為0.4～1℃，云底位于871 hPa高度，低云在發(fā)展，有利于近地面大霧形成。10日白天逆溫減弱，穩(wěn)定層受到破壞，不利于水汽的聚集和低云發(fā)展，地面大霧也隨之減弱；10日20時(shí)在700～800 hPa之間又出現(xiàn)淺層逆溫并持續(xù)到12日20時(shí)，其中，12日08時(shí)逆溫增厚，說明穩(wěn)定層結(jié)較厚，有利于大霧持續(xù)發(fā)展，實(shí)況也顯示11日夜間大霧范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；13日08時(shí)低空逆溫消失，大霧過程隨之結(jié)束。

6 山區(qū)高速公路大霧天氣應(yīng)對(duì)措施探討

貴州屬于高原山區(qū)，地勢(shì)起伏大。與平原地區(qū)不同，貴州高速公路隧道較多，大霧天氣常導(dǎo)致隧道內(nèi)外能見度反差較大，隧道外霧氣繚繞、能見度低、視野模糊，隧道內(nèi)雖然光線昏暗但能見度好于隧道外，車輛從隧道內(nèi)駛出時(shí)因能見度陡降易發(fā)生危險(xiǎn)。因此，大霧天氣車輛行經(jīng)隧道出口時(shí)要特別警惕，注意控制車速。

圖4 2017年3月9—11日水汽條件Fig. 4 Water vapor conditions during 9 to 11 March 2017

因地形地勢(shì)特殊，貴州大霧類型比較復(fù)雜，主要分為鋒面大霧、輻射大霧和地形大霧。鋒面大霧持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，一天中任何時(shí)段均有可能發(fā)生鋒面大霧；鋒面大霧時(shí)常伴有蒙蒙細(xì)雨，路面附著系數(shù)降低，容易導(dǎo)致剎車失阻、車輛側(cè)滑和控制失靈等現(xiàn)象，從而引發(fā)交通事故；鋒面大霧的生成、發(fā)展和消散與靜止鋒系統(tǒng)的生消和位置關(guān)系較大，常出現(xiàn)在地勢(shì)相對(duì)較高地區(qū)。輻射大霧主要出現(xiàn)在夜間到早晨，與平原地區(qū)輻射大霧形成機(jī)制相同，在水汽充足的條件下，因夜間輻射降溫作用產(chǎn)生。地形大霧局地性明顯、范圍有限，以普安、大方、息烽、開陽和萬山等地出現(xiàn)較多。駕車人員途經(jīng)大霧路段要注意減速行駛、控制車距、開啟霧燈和報(bào)警閃光燈，特別注意鋒面大霧天氣因路面濕滑和低能見度雙重因素影響而產(chǎn)生的安全隱患。

7 結(jié)論

1）配合高空槽的東移影響，低空西南氣流將南海水汽向貴州輸送，靜止鋒系統(tǒng)的東西擺動(dòng)和長(zhǎng)時(shí)間存在，是這次高速公路大霧過程的主要天氣背景。

2）鋒面系統(tǒng)影響下相鄰區(qū)域內(nèi)海拔高度與能見度具有反相關(guān)性，海拔相對(duì)較高處能見度較低，大霧現(xiàn)象嚴(yán)重、持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)。貴州高速公路多修建于半山之間，海拔相對(duì)較高，在鋒面天氣系統(tǒng)影響下，高速公路更容易發(fā)生大霧。

3）低空偏南氣流向貴州輸送水汽，致使比濕和相對(duì)濕度較大；逆溫層的維持，大氣層結(jié)穩(wěn)定，有利于水汽在低空聚集；充沛的水汽和輻合有利于低云發(fā)展增厚、云底下降，從而導(dǎo)致近地面大霧形成和維持；隨著逆溫層的減弱消失，穩(wěn)定層受到破壞，不利于水汽的聚集和低云發(fā)展，地面大霧也隨之減弱消散。

4）貴州高速公路隧道較多，大霧天氣常導(dǎo)致隧道內(nèi)外能見度反差較大，車輛行經(jīng)隧道出口時(shí)要特別警惕，注意安全。另外，貴州鋒面大霧常伴有蒙蒙細(xì)雨，因路面濕滑和低能見度雙重因素影響更容易引發(fā)交通事故，需要特別防范。

本文分析的大霧天氣屬于典型鋒面大霧過程，因類似大霧天氣造成的貴州高速公路交通事故時(shí)有發(fā)生，社會(huì)影響較大，如：2012年2月20日下午廈蓉高速貴陽往都勻方向芭茅沖大橋發(fā)生14輛車連環(huán)相撞的重大交通事故，造成7人死亡，22人不同程度受傷，事故當(dāng)日，貴州大部出現(xiàn)大霧并伴有降雨天氣，省內(nèi)多條高速公路能見度低。2012年2月28日下午滬昆高速晴隆路段因大霧天氣發(fā)生6車連環(huán)相撞事故，2人當(dāng)場(chǎng)死亡。2014年1月10日因大霧并伴有降雨天氣，滬昆高速安順至鎮(zhèn)寧路段7車相撞，1人受傷。2015年1月27日貴遵高速因大霧和降雨天氣，15車連環(huán)追尾，1人死亡、4人受傷。近年來交通部門在高速公路沿線建設(shè)的交通氣象站，彌補(bǔ)了氣象部門對(duì)交通氣象服務(wù)的監(jiān)測(cè)能力，提高了觀測(cè)資料精度，對(duì)山區(qū)高速公路大霧天氣分析和服務(wù)能力的提高具有重要作用。本文結(jié)合交通氣象站資料開展的大霧天氣分析，具有一定實(shí)際意義。