京疆高速米東區(qū)路段冬季濃霧特征及其成因分析

阿不都沙拉木·阿扎提，黎瑩暉

烏魯木齊市米東區(qū)氣象局，新疆烏魯木齊 831400

隨著我國(guó)高速公路里程的不斷增加，人們的出行生活變得更加快捷、高效，而隨之產(chǎn)生的高速交通安全問(wèn)題也越來(lái)越受到人們的廣泛關(guān)注。眾所周知，氣象狀況會(huì)對(duì)高速交通安全產(chǎn)生尤為顯著的影響，特別是當(dāng)出現(xiàn)大霧天氣時(shí)，因能見度較低而影響交通安全，極易造成嚴(yán)重的交通事故。以米東區(qū)為例，2006年11月29日10:00，京疆高速公路阜康至米泉間路段發(fā)生多車連環(huán)追尾，造成2名貨車司機(jī)當(dāng)場(chǎng)身亡，5人受傷，至少17輛車不同程度受損毀。2009年11月26日10:50左右，烏奎高速公路烏奎連接線路段，因霧天引發(fā)多車連環(huán)追尾或剮蹭，一輛油罐車被后車追尾造成載罐原油泄漏，所幸未有人員傷亡。2013年11月18日凌晨，受團(tuán)霧影響，京疆高等級(jí)公路上沙河立交處連發(fā)3起交通事故，前后9輛車追尾，1名駕駛員當(dāng)場(chǎng)身亡，1人重傷，4人輕傷。2017年1月5日11:00，受大霧天氣影響，吐烏大高速公路發(fā)生多車追尾，一輛運(yùn)送32 t瀝青的罐車被撞破裂起火，事故造成1名司機(jī)受傷。很多事故均在告訴人們，大霧天氣已成為影響高速公路安全的重要因素。

高速公路交通安全保障日益受到人們關(guān)注，因此針對(duì)高速公路能見度的研究也開始逐漸增多。一些氣象工作者利用氣候統(tǒng)計(jì)方法研究高速公路霧的特征[1-3]。田華等[4-5]進(jìn)一步分析了霧與氣象要素的關(guān)系，指出相對(duì)濕度、氣溫、風(fēng)速等氣象要素對(duì)霧的預(yù)報(bào)有較好的指示意義。由于利用常規(guī)觀測(cè)資料研究能見度存在局限性，因此部分學(xué)者運(yùn)用數(shù)值模擬法對(duì)高速公路大霧天氣展開深入分析與解讀。例如：萬(wàn)小雁、王佳、嚴(yán)明良、包云軒等[6-10]在研究過(guò)程中均運(yùn)用WRF模式對(duì)滬寧高速公路大霧天氣展開數(shù)值模擬分析。與此同時(shí)，還采取構(gòu)建高速公路檢測(cè)系統(tǒng)的方式，廣泛搜集更加準(zhǔn)確的高速路面氣象檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)這些監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)研究高速公路大霧天氣。例如：吳兌等[11-13]結(jié)合觀測(cè)資料針對(duì)南嶺山地高速公路霧予以分析和解讀，并設(shè)計(jì)了4種能夠有效預(yù)測(cè)該公路段云巖霧區(qū)能見度預(yù)測(cè)方案；張利娜等[14]結(jié)合首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)高速公路專業(yè)氣象自動(dòng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)站發(fā)布的高時(shí)間分辨率監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)大氣能見度演變規(guī)律和與之相關(guān)的物理因素展開深入研究；王博妮等[15]在相關(guān)研究中重點(diǎn)針對(duì)滬寧高速公路的某次大霧成因進(jìn)行了系統(tǒng)分析；趙娜等[16]總結(jié)梳理了京秦高速公路沿線霧生霧消的預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)。

1 資料與研究方法

根據(jù)自治區(qū)交通局統(tǒng)計(jì)，自1998年全線通車以來(lái)，米東區(qū)平均每年因濃霧導(dǎo)致道路封閉天數(shù)為66 d，造成車輛滯留9 000臺(tái)次以上，每年因封閉道路帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)800萬(wàn)元以上，造成交通事故致人死傷7人次，經(jīng)濟(jì)損失4 600萬(wàn)元以上，濃霧儼然已成為該路段影響最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害。

主要利用2013年10—2017年3月烏魯木齊米東區(qū)吐烏大高速霧區(qū)附近自動(dòng)氣象站的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、能見度等氣象要素的逐日資料和米泉能見度儀觀測(cè)數(shù)據(jù)，深入解讀高速公路濃霧的能見度變化規(guī)律。

2 京疆高速米東區(qū)路段大霧氣候特征

2.1 大霧年際變化特征

統(tǒng)計(jì)表明，京疆高速米東區(qū)路段2013—2016年共出現(xiàn)霧日數(shù)為203 d，年均50 d，并且大霧日數(shù)最多的年份是2016年，達(dá)到85 d，占41.8%，最少的年份是2014年，為24 d，占11.8%。近5年京疆高速米東區(qū)路段大霧日數(shù)呈增加趨勢(shì)(圖1)。

圖1 2013—2016年大霧日數(shù)的年變化

2.2 大霧月變化特征

從2013—2016年京疆高速米東區(qū)路段各月大霧日數(shù)月變化圖可以看出，大霧日數(shù)月變化較為明顯，通常是11月至翌年3月，尤以12月最多，高達(dá)73次，占36%，這主要是因?yàn)槎疽归g因輻射冷卻而產(chǎn)生輻射霧(圖2)。大霧分別在10、11、12月驟減。對(duì)于京疆高速米東區(qū)路段冬季為大霧的多發(fā)期。

圖2 2013—2016年大霧日數(shù)的月變化

2.3 大霧的時(shí)間變化特征

分析京疆高速米東區(qū)路段大霧開始結(jié)束時(shí)間。圖3為2013—2016年京疆高速米東區(qū)路段大霧開始時(shí)間頻率的日變化，大霧通常是從20:00至翌日10:00開始，并且基本上在20:00至翌日09:00，而00:00～08:00出現(xiàn)頻率最高。關(guān)于大霧結(jié)束時(shí)間，通常10:00～11:00結(jié)束。以上結(jié)果表明，京疆高速米東區(qū)路段大霧開始時(shí)間頻率最高在清晨，結(jié)束時(shí)間頻率最高在上午。從大霧的發(fā)生時(shí)段來(lái)看，一般生成于后半夜或清晨，日出前最濃。多發(fā)時(shí)段一般為22:00至翌日08:00，冬季尤為嚴(yán)重?？傊?，霧多在凌晨至日出前后時(shí)段生成，在日出后消散。

圖3 大霧開始出現(xiàn)時(shí)間的頻率分布(北京時(shí)間)

3 京疆高速米東區(qū)路段大霧與氣象要素的關(guān)系

3.1 霧與相對(duì)濕度

米東區(qū)秋冬季節(jié)平均濕度明顯大于其他時(shí)間，并且這一時(shí)間持續(xù)增加，濕度的增加對(duì)霧氣的形成有很大的作用，并且發(fā)現(xiàn)米東區(qū)的濕度比我國(guó)南方濕度小，但霧氣的嚴(yán)重程度明顯高于南方濕度大的地區(qū)，因?yàn)?、9月濕度的上升明顯，與晝夜溫差大有關(guān)，濕度的迅速增加也會(huì)導(dǎo)致大霧的形成。

空氣濕度是用于衡量空氣中水汽量與潮濕狀況的一個(gè)物理量，并且是霧形成的最關(guān)鍵影響因素。圖4為霧日相對(duì)濕度頻率分布圖，從中能夠看出霧出現(xiàn)的概率會(huì)隨著相對(duì)濕度的增加而增加，兩者存在指數(shù)增長(zhǎng)關(guān)系。霧出現(xiàn)時(shí)，相對(duì)濕度均不低于70%，尤其是在相對(duì)濕度為90%～100%時(shí)，霧產(chǎn)生的頻率達(dá)到最高。

圖4 2013—2016年京疆高速米東區(qū)路段大霧日相對(duì)濕度頻率

3.2 霧與氣溫

氣溫對(duì)霧的形成具有一定的影響。如果地面熱量散失，溫度下降，此時(shí)地面空氣濕度增加，當(dāng)氣溫降至某一臨界點(diǎn)時(shí)，空氣中的一些水汽會(huì)凝結(jié)聚集成水滴，飄浮在地面上方的空氣中，進(jìn)而產(chǎn)生霧。米東區(qū)大霧天日均溫為-6.8 ℃，大霧產(chǎn)生的溫度范圍大，-23.5～6.0 ℃之間均會(huì)產(chǎn)生大霧，其中87.2%的大霧產(chǎn)生于-15～0 ℃區(qū)間，-5～0 ℃最多。當(dāng)氣溫超過(guò)5 ℃時(shí)大霧發(fā)生率只有約0.8%，這表明溫度過(guò)高水汽難以凝結(jié)，因而很難形成霧；當(dāng)溫度較低時(shí)，水汽往往會(huì)直接凝華為冰晶，也很難形成大霧，因此-20 ℃時(shí)大霧的發(fā)生率低，僅有0.6%。

3.3 霧與風(fēng)速

大霧通常會(huì)出現(xiàn)在風(fēng)速0～3 m/s的環(huán)境下，占總數(shù)的86.3%左右，其中靜風(fēng)出現(xiàn)頻率最高約26.9%；0～1 m/s為23.3%，居第二位；2～3 m/s出現(xiàn)頻率是18.3%，高于1～2 m/s的出現(xiàn)頻率；當(dāng)超過(guò)5 m/s時(shí)，大霧的出現(xiàn)頻率只有約0.9%。

4 水系及種植原因

在此區(qū)域內(nèi)，水系豐富，主要要500、505水庫(kù)、塔橋?yàn)持兴畮?kù)、青格達(dá)湖以及老龍河(烏市排污河)，附近農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)總計(jì)有近44 km2水田也在道路西北方向。每年出現(xiàn)濃霧天氣主要集中在11月至翌年1月。此外，城區(qū)北部所在的地方地勢(shì)較低，存在大片農(nóng)田，風(fēng)速較小，這些綜合因素使得米東區(qū)、京疆高速米東區(qū)路段冬季常遇大霧天氣，且形成大霧后不易擴(kuò)散。

5 結(jié)論

(1)從近5年的霧日變化來(lái)看，京疆高速米東區(qū)路段霧日總體呈上升趨勢(shì)、霧多出現(xiàn)在秋、冬季。

(2)京疆高速米東區(qū)路段大霧開始時(shí)間頻率最高在清晨，結(jié)束時(shí)間頻率最高在上午。從大霧的發(fā)生時(shí)段來(lái)看，一般生成于后半夜或清晨，日出前最濃。多發(fā)時(shí)段一般為22:00至翌日08:00，冬季節(jié)尤為嚴(yán)重?？傊F多在凌晨至日出前后時(shí)段生成。在日出后消散。

(3)研究相對(duì)濕度、氣溫以及風(fēng)速等氣象因子，對(duì)京疆高速米東區(qū)路段沿線霧的預(yù)報(bào)具有很好的指示意義。當(dāng)相對(duì)濕度90%～100%，氣溫保持在-15～0 ℃、風(fēng)速為0～3 m/s時(shí)，大霧的發(fā)生概率最高。

(4)從近5年的京疆高速米東區(qū)路段各月大霧日數(shù)月變化可以看出，大霧日數(shù)月變化明顯，主要出現(xiàn)在11月至翌年3月，其中以12月最多，為73次，占36%，這主要因?yàn)槎疽归g因輻射冷卻而產(chǎn)生輻射霧。11、12、1月京疆高速米東區(qū)路段大霧的多發(fā)期。

(5)霧具有較強(qiáng)的局地特征，氣象部門在后續(xù)的交通氣象服務(wù)中不僅要持續(xù)改進(jìn)和優(yōu)化預(yù)報(bào)方法，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)根據(jù)霧產(chǎn)生、發(fā)展的基本規(guī)律，結(jié)合高速公路各個(gè)路段在各個(gè)階段的特征深入分析霧對(duì)交通氣象所造成的影響。