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        2017年初春貴州高速公路大霧天氣分析

        2019-10-15 03:59:34胡躍文秦杰裴興云牛迪宇吉廷艷
        關(guān)鍵詞:鋒面大霧氣象站

        胡躍文 秦杰 裴興云 牛迪宇 吉廷艷

        (1 貴州省氣象學會,貴陽 550002;2 貴陽市烏當區(qū)氣象局,貴陽 550018;3 貴州省氣象服務中心,貴陽 550002)

        0 引言

        貴州地處低緯高原山區(qū),地形地貌復雜,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,對交通安全與暢通存在嚴重隱患。陳娟等[1]對貴州霧的研究表明,1961—2010年貴州大霧的年際間變化呈現(xiàn)增加趨勢,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)營運發(fā)展迅速,2018年貴州高速公路通車里程已達6450 km,高速公路網(wǎng)已覆蓋全省各縣,實現(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,大霧等災害性天氣下高速公路網(wǎng)脆弱性提高,大霧對貴州高速公路交通影響將越來越嚴重,一旦引發(fā)交通事故將造成重大經(jīng)濟損失和人員傷亡。如何應對大霧天氣影響已成為交通、氣象等相關(guān)部門的重要任務。開展高速公路大霧成因分析,有助于提升高速公路大霧預報預警服務能力,對高速公路安全管理、應急措施制定等相關(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)律與預報方法,國內(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應的物理因子,對大氣能見度演變的動力熱力條件進行了探討。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)的能見度儀和自動氣象站觀測資料,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)和近地面的弱風場條件;偏東氣流和逆溫層保證了水汽供應及在低層匯聚。田小毅等[6]對滬寧高速公路江蘇段低能見度濃霧天氣過程實時資料分析,證實了濃霧具有較強的地域性特征,在丘陵、水網(wǎng)密集地區(qū)多局地性濃霧,日出后是團霧多發(fā)時段。有些學者[7-22]對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)較長時間,有時數(shù)日都是雨霧彌漫,能見度很低。針對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]對貴州山區(qū)高速公路低能見度研究指出,低能見度長過程有“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、強度大、發(fā)生突然。關(guān)于貴州高速公路霧的研究有待進一步開展。

        本文利用氣象自動站和交通氣象站逐分鐘能見度觀測資料、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對措施,以期為高速公路大霧預報服務提供技術(shù)參考。

        1 資料與方法

        1.1 天氣實況

        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)時間較長,從9日00時—13日08時持續(xù)有大霧出現(xiàn),其中,9日23時—10日08時及11日21時—12日09時這兩個時段內(nèi)大霧范圍較廣,氣象站監(jiān)測顯示大霧范圍持續(xù)在10縣站以上(圖1)。

        圖1 2017年3月10日06時(a)和12日04時(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,12日03—05時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)自動監(jiān)測的分鐘數(shù)據(jù),資料分別來源于CIMISS系統(tǒng)(全國綜合氣象信息共享平臺)和貴州省交通氣象服務系統(tǒng)。貴州省交通氣象站的建設(shè)始于2014年,當年建設(shè)完成40個站點,由貴州省交通廳牽頭建站,2016—2018年又陸續(xù)建設(shè)了60余個交通氣象站,但由于設(shè)備維護和管理權(quán)限等原因,能夠獲取到本次大霧天氣的觀測資料僅有25個站點資料。

        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)進行大氣環(huán)流形勢和水汽條件分析,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。

        針對出現(xiàn)大霧的氣象站點,篩選相對最近(約10 km以內(nèi))的6個交通氣象站為分析對象(表1),對比分析山區(qū)大霧演變特點。

        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

        整個大霧期間,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增強形成西南急流,貴州轉(zhuǎn)為西南風,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時川東低渦東移減弱,貴州轉(zhuǎn)為偏東風,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—11日08時廣西、廣東南風減弱,貴州維持偏東風。11日20時貴州轉(zhuǎn)為偏南風,為大霧的發(fā)展提供了水汽輸送條件。12日白天廣東、廣西一帶南風增強,同時,位于蒙古的高壓系統(tǒng)也東南移動,高壓底部形成一支較強的東風急流,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日夜間南風勢力減弱,靜止鋒西伸南壓(10日08時到達西部),由于水汽豐富,鋒面云系發(fā)展,造成大霧范圍擴大。10日白天南風增強、靜止鋒東退,10日夜間南風減弱、靜止鋒西伸;11日白天南風再次增強,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,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)東西擺動和長時間存在,導致大霧長時間持續(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,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,海拔相對較高處能見度較低,大霧現(xiàn)象嚴重,大霧起始時間較早、持續(xù)時間較長。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,盤州由于海拔相對較低,因此能見度相對較好,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,導致海拔相對較高地區(qū)出現(xiàn)大霧天氣。興仁、團坡位于貴州西部,海拔在1300 m以上,團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)時間也相對較長,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較高,大霧天氣嚴重,大霧持續(xù)時間較長,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)象相對較輕,呈現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)狀態(tài),持續(xù)時間較短;普安大霧天氣嚴重,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,白云能見度相對較差,能見度在1000 m上下,并于12日00:25出現(xiàn)短時大霧。

        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。大霧形成前偏南風將南海水汽向貴州等地輸送,9日20時850 hPa貴州比濕>6 g/kg,相對濕度在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,比濕達7~9 g/kg,水汽輻合明顯(圖4),致使低云再次發(fā)展增厚,導致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,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時在700~800 hPa之間又出現(xiàn)淺層逆溫并持續(xù)到12日20時,其中,12日08時逆溫增厚,說明穩(wěn)定層結(jié)較厚,有利于大霧持續(xù)發(fā)展,實況也顯示11日夜間大霧范圍廣、持續(xù)時間長;13日08時低空逆溫消失,大霧過程隨之結(jié)束。

        6 山區(qū)高速公路大霧天氣應對措施探討

        貴州屬于高原山區(qū),地勢起伏大。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)駛出時因能見度陡降易發(fā)生危險。因此,大霧天氣車輛行經(jīng)隧道出口時要特別警惕,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

        因地形地勢特殊,貴州大霧類型比較復雜,主要分為鋒面大霧、輻射大霧和地形大霧。鋒面大霧持續(xù)時間較長,一天中任何時段均有可能發(fā)生鋒面大霧;鋒面大霧時常伴有蒙蒙細雨,路面附著系數(shù)降低,容易導致剎車失阻、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)在地勢相對較高地區(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)的東西擺動和長時間存在,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,海拔相對較高處能見度較低,大霧現(xiàn)象嚴重、持續(xù)時間較長。貴州高速公路多修建于半山之間,海拔相對較高,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,大霧天氣常導致隧道內(nèi)外能見度反差較大,車輛行經(jīng)隧道出口時要特別警惕,注意安全。另外,貴州鋒面大霧常伴有蒙蒙細雨,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有發(fā)生,社會影響較大,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人當場死亡。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,彌補了氣象部門對交通氣象服務的監(jiān)測能力,提高了觀測資料精度,對山區(qū)高速公路大霧天氣分析和服務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,具有一定實際意義。

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