高靜如

（同濟(jì)大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院，上海 201800）

研究表明，高速公路交通事故中約22%～45%與霧、雨等天氣相關(guān)[1]，霧是高速公路上常見的災(zāi)害性天氣之一。霧天能見度的降低常導(dǎo)致多車追尾事故發(fā)生，人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失巨大。因此，研究霧情發(fā)生與天氣條件和天氣過程的關(guān)系，對于霧情預(yù)警和提高高速公路霧天交通管理水平，有效預(yù)防交通事故有十分重要的意義[2]。

1 霧對高速公路運(yùn)營安全的影響

由于交通事故的隨機(jī)性，現(xiàn)有技術(shù)條件下很難證明一起事故是由霧單因素引起的。但是，發(fā)生在霧天的多次、多車追尾事故，已對高速公路運(yùn)營安全造成嚴(yán)重危害。通過對1990年至2011年全國60起高速公路霧天二次或多次事故的統(tǒng)計(jì)，得到霧天高速公路平均每起事故的傷亡損失情況，霧天事故嚴(yán)重程度遠(yuǎn)高于正常天氣，如表1所示。

表1 霧天高速公路多車事故嚴(yán)重程度分析表

通過研究霧情與天氣過程的關(guān)系，可以根據(jù)霧區(qū)環(huán)境和天氣預(yù)報(bào)信息做好霧情預(yù)警，并將預(yù)警信息適時(shí)發(fā)布給交通管理部門和駕駛員，提高霧天管理的針對性，有效性減少交通事故和延誤發(fā)生。

2 霧的天氣影響特征分析

除全域性大霧外，高速公路沿線的霧以輻射霧居多，定點(diǎn)分布，形成霧區(qū)。研究表明霧的形成包括：冷卻條件、水汽條件、凝結(jié)條件、天氣條件、層結(jié)條件和風(fēng)力條件[3]。

2.1 霧天形成的影響因素分析

選取起霧前1小時(shí)內(nèi)平均濕度、最大濕度、晝夜溫差及起霧時(shí)溫度進(jìn)行主成分分析[4]，確定影響霧天出現(xiàn)的最相關(guān)因子。

主成分：

其中，ZX為上述影響因素X經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后所得矩陣。經(jīng)對統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的分析，可以得出主成分綜合模型：

由式（2）可知，起霧前1小時(shí)平均濕度X1和晝夜溫差X2系數(shù)絕對值大于0.3，表明其對霧天天氣的影響較大，是關(guān)鍵控制因素。

2.2 霧形成與相對濕度關(guān)系分析

統(tǒng)計(jì)霧形成時(shí)大氣相對濕度出現(xiàn)頻率與相對濕度大于95%時(shí)的霧出現(xiàn)頻率的關(guān)系如表2所示。

表2 霧天天氣相對濕度分布范圍

定義相對濕度系數(shù)為：

Fh越大表示相對濕度對霧天出現(xiàn)的影響越大，反之則越小。

從表2可以看出，霧形成時(shí)相對濕度f≥95%的相對濕度系數(shù)最大，表明對霧天出現(xiàn)的影響最大。因此，將起霧的相對濕度范圍確定為f≥95%。

2.3 霧的形成與相對濕度及溫差的綜合分析

將統(tǒng)計(jì)的248個(gè)霧天原始數(shù)據(jù)按晝夜溫差及相對濕度繪制成散點(diǎn)圖，綜合相對濕度及溫差與霧發(fā)生的關(guān)系，將霧發(fā)生時(shí)集中范圍分為4個(gè)區(qū)域，如圖1所示。

圖1 霧天相對濕度和晝夜溫差分布散點(diǎn)圖

從圖1可以看出，區(qū)域Ⅰ發(fā)生霧頻數(shù)最高，區(qū)域Ⅲ次之，區(qū)域Ⅳ最低，即霧發(fā)生概率最高的溫差及相對濕度范圍為：晝夜溫差3℃～8℃，相對濕度95%～99%，相對濕度對霧的形成影響較大。

3 霧天預(yù)測優(yōu)勢比模型

對霧天出現(xiàn)與否進(jìn)行量化，用函數(shù)值Y=1表示在該相對濕度和溫差條件下有霧天天氣出現(xiàn)，Y=0表示霧天天氣沒有出現(xiàn)。

對霧天天氣數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并利用邏輯回歸方法[5]分析霧天出現(xiàn)函數(shù)Y，在變量相對濕度和溫差的影響下霧天天氣是否出現(xiàn)。

通過參數(shù)估計(jì)值得到預(yù)報(bào)模型：

霧天天氣在對應(yīng)的相對濕度f和溫差ΔT作用下是否出現(xiàn)的優(yōu)勢比N（對應(yīng)溫度濕度條件下起霧的概率和不起霧的概率之比）[6]：

當(dāng) f=95，ΔT=4.5，則 P（Y=1=0.886），P（Y=0）=1-P(Y=1)=0.114，所以霧天天氣出現(xiàn)的優(yōu)勢比N=P(Y=1)/P(Y=0)=7.77，即在當(dāng)相對濕度大于95%，晝夜溫差大于4.5℃時(shí)，起霧的概率是不起霧的概率的7.77倍，表明在該天氣環(huán)境下極易起霧。

4 結(jié)論

通過收集重慶某高速3個(gè)霧區(qū)觀測點(diǎn)2009～2011年兩個(gè)霧季資料，建立了霧天預(yù)測優(yōu)勢比模型，研究結(jié)論有：

（1）對霧的形成影響因素進(jìn)行主成分分析及相關(guān)性分析，認(rèn)為起霧前1小時(shí)內(nèi)平均相對濕度及溫差與霧的形成相關(guān)性最高，為關(guān)鍵控制因素。

（2）相對濕度對霧天的形成具有最顯著影響。

（3）根據(jù)相對濕度和溫差對霧天形成的影響特征，劃定霧天形成的溫度濕度區(qū)間。當(dāng)晝夜溫差在3℃～8℃，相對濕度為95%～99%時(shí)起霧可能性最大。

[1]Julia B Edwards.The Relationship Between Road Accident Severity and Recorded Weather[J].Journal of Safety Research.1998,29(4)：249-262

[2]Frank D.Shepard.Reduced visibility due to fog on the highway[M].Washington D.C.,1996

[3]陶建軍,楊禹華.高濕天氣的時(shí)空變化及其對交通安全的影響[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào).2008,18(9)：11-15

[4]沈曉燕.劉浩學(xué).基于主成分分析法的危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸企業(yè)安全評(píng)價(jià)[J].中國安全學(xué)報(bào).2012,22(1)：124-129

[5]李悅,關(guān)鋅.我國地?zé)豳Y源開發(fā)利用優(yōu)勢對比分析[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì).2011.6：1-3

[6]許沖,徐錫偉.邏輯回歸模型在玉樹地震滑坡危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用與檢驗(yàn)[J].工程地質(zhì)學(xué)報(bào).2012,20(3)：326-333