苗英豪，劉卜寧，WANG Linbing，2，武佳祺

(1.北京科技大學(xué) 國(guó)家材料服役安全科學(xué)中心，北京 100083；2.弗吉尼亞理工大學(xué) 土木與環(huán)境工程系，弗吉尼亞 黑堡VA24061；3.北京工業(yè)大學(xué) 交通工程北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100124)

0 引言

公路建設(shè)于自然環(huán)境之中，并不斷受到各種自然因素的影響，氣候是其中最為活躍的因素，深刻影響著公路的使用性能和壽命。氣候的影響一直是公路工程領(lǐng)域的重要研究課題，一方面需要掌握氣候?qū)饭こ滩牧?、結(jié)構(gòu)的影響機(jī)理；另一方面則需要了解不同地域影響公路的氣候條件的具體狀況。在認(rèn)識(shí)氣候條件的地域差異方面，區(qū)劃方法是重要手段。蘇聯(lián)開(kāi)展公路氣候區(qū)劃研究較早，并制定了全國(guó)公路氣候分區(qū)[1]。自20世紀(jì)50年代起，中國(guó)研究人員提出并逐步完善了公路氣候區(qū)劃(分區(qū))、公路自然區(qū)劃[2－4]，并于1986年頒布了JTJ 003—86《公路自然區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》[5]。標(biāo)準(zhǔn)采用三級(jí)區(qū)劃體系，一、二級(jí)區(qū)劃由全國(guó)統(tǒng)一劃分且在標(biāo)準(zhǔn)中給出，三級(jí)區(qū)劃由各省自行劃分。在隨后的一段時(shí)期內(nèi)，一些省份在標(biāo)準(zhǔn)的框架下，制定了三級(jí)區(qū)劃[6－8]，同時(shí)也提出了一些針對(duì)具體應(yīng)用的氣候分區(qū)[9－10]。苗英豪等[11]在總結(jié)公路自然區(qū)劃應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)中國(guó)公路氣候區(qū)劃做了進(jìn)一步研究。美國(guó)在實(shí)施長(zhǎng)期路面性能(Long Term Pavement Performance，LTPP)研究計(jì)劃時(shí)，制定了一個(gè)氣候分區(qū)，用以區(qū)別氣候條件影響的差異[12－13]。在公路氣候區(qū)劃相關(guān)研究中，研究人員也提出了一系列影響公路的氣候條件評(píng)價(jià)指標(biāo)，苗英豪等[14]對(duì)影響公路的氣候條件評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，建立了影響公路的氣候條件指標(biāo)體系。

氣候變化是當(dāng)前人類面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，給自然界及人類社會(huì)帶來(lái)了巨大影響。許多領(lǐng)域都在積極開(kāi)展研究[15－18]，在尋求減緩氣候變化的途徑[19－20]的同時(shí)，也在探討適應(yīng)氣候變化的策略[21－22]。氣候變化的影響引起了公路工程領(lǐng)域研究人員的關(guān)注，一些研究人員結(jié)合調(diào)研歸納了氣候變化對(duì)道路工程的潛在影響[23－26]:

(1)在冰凍區(qū)，冬季溫度的上升將增加凍融變化的頻率，加重凍脹相關(guān)病害，導(dǎo)致路面抗滑性能下降，影響到季節(jié)性凍土和永久凍土的承載力。長(zhǎng)遠(yuǎn)的影響還包括風(fēng)化加劇導(dǎo)致邊坡落石發(fā)生概率的增加。

(2)夏季溫度的升高，特別是極端高溫出現(xiàn)頻率和絕對(duì)值的增大，對(duì)瀝青路面的車轍及耐久性有極大的影響。同時(shí)，高溫升高導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力增大或伸長(zhǎng)量的額外增加，還會(huì)影響到水泥混凝土路面、橋梁結(jié)構(gòu)等的服役行為與安全。

(3)冰凍區(qū)冬季降水量的增多，將顯著增加道路冬季運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，除冰鹽的使用頻次和使用量增加，還會(huì)加劇道路、結(jié)構(gòu)材料的腐蝕。對(duì)于積雪地區(qū)，還會(huì)增加雪崩發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

(4)單日降水強(qiáng)度以及極端降水發(fā)生概率的升高，將顯著增加洪水、沖刷、滑坡、泥石流等災(zāi)害發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)?？傮w降水量的升高，將增大路基土的濕度，影響路基穩(wěn)定性和承載能力。濕度的升高還將加速橋梁等結(jié)構(gòu)物病害的發(fā)生。

(5)夏季降水減少與高溫升高的變化組合，將增加山火發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，危及區(qū)域內(nèi)道路。

(6)氣候變化導(dǎo)致的海平面上升，將加重沿海地區(qū)海水、海浪對(duì)道路的侵蝕，增加道路淹沒(méi)于海水的概率。

在氣候變化對(duì)道路工程影響的相關(guān)研究中，大多聚焦于潛在影響、政策和個(gè)案研究[27－29]，影響公路的氣候條件變化的客觀狀況研究還未見(jiàn)報(bào)道。文章利用1959年以來(lái)中國(guó)699個(gè)氣象站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算了影響公路的典型氣候條件指標(biāo)，進(jìn)而分析了影響公路的中國(guó)氣候條件客觀變化狀況，可為道路工程領(lǐng)域應(yīng)對(duì)氣候變化提供基礎(chǔ)支撐。

1 氣候指標(biāo)及氣象數(shù)據(jù)

1.1 氣候指標(biāo)

在眾多氣候要素中，熱量條件和水分條件對(duì)公路的影響尤為顯著。苗英豪等[11]在研究中國(guó)公路氣候區(qū)劃時(shí)，以高溫過(guò)程、低溫過(guò)程、非冰凍期降水和冰凍期降水作為影響公路的典型氣候過(guò)程，選取了年≥20℃積溫(TRA20)、年冰凍指數(shù)(IF)、年非冰凍期降水量(PNF)和年冰凍期降水量(PF)的累年年平均值作為宏觀層區(qū)劃指標(biāo)，用以定量描述區(qū)域間影響公路的氣候條件差異。文章亦選取上述4個(gè)指標(biāo)，逐年計(jì)算指標(biāo)值，用以考察中國(guó)影響公路的氣候條件的變化狀況。為了便于比較，具體計(jì)算中將年≥20℃積溫修改為年≥20℃相對(duì)積溫。

(1)年≥20℃相對(duì)積溫(TRA20)

以自然年為計(jì)算區(qū)間，TRA20由式(1)和(2)表示為

式中n為計(jì)算區(qū)間內(nèi)的天數(shù)；Ti為計(jì)算區(qū)間內(nèi)第i 日的日平均氣溫，℃。

(2)年冰凍指數(shù)[11]

計(jì)算區(qū)間為計(jì)算年秋天日平均氣溫低于0℃的第一天，至第二年春天日平均氣溫低于0℃的最后一天。I由式(3)和(4)表示為

(3)年非冰凍期降水量(PNF)[11]

計(jì)算區(qū)間為春天日平均氣溫低于0℃的最后一天，至秋天日平均氣溫低于0℃的第一天。PNF由式(5)表示為

式中P i為計(jì)算區(qū)間內(nèi)第i日的降水量，mm。

(4)年冰凍期降水量(PF)[11]

計(jì)算區(qū)間與IF相同，PF由式(6)表示為

1.2 氣象數(shù)據(jù)及氣候指標(biāo)的計(jì)算

研究中使用的氣象數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供，包括1959—2019年分布于全國(guó)699個(gè)氣象站點(diǎn)的相關(guān)氣候要素值，氣象站點(diǎn)的分布如圖1所示。文章所用地圖的審圖號(hào)為GS(2021)4041號(hào)。TRA20和PNF的分析使用了1960—2019年的氣象數(shù)據(jù)，IF和PF的分析使用了1959—2019年的氣象數(shù)據(jù)(由于這兩個(gè)指標(biāo)跨年計(jì)算，所以指標(biāo)年份為1959—2018年)。由于不同年份氣象站點(diǎn)的數(shù)量并不完全一致，而文章考察的重點(diǎn)是60年來(lái)氣候條件的改變情況，氣象站點(diǎn)的增加或減少，會(huì)影響對(duì)應(yīng)區(qū)域的插值結(jié)果，導(dǎo)致氣象條件變化分析的偏差，因此在研究中舍棄了觀測(cè)年份不連續(xù)的站點(diǎn)。最終TRA20、PNF、IF、PF的分析分別使用了588、555、555和516個(gè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù)。通過(guò)逐年逐站計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的值，進(jìn)而利用協(xié)同克里格(CoKriging)插值方法，考慮高程的影響，對(duì)各個(gè)指標(biāo)的逐年數(shù)據(jù)進(jìn)行插值分析，并生成覆蓋中國(guó)的5 km×5 km柵格指標(biāo)數(shù)據(jù)，作為氣候條件變化狀況分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖1 氣象站點(diǎn)分布圖

2 氣候條件總體變化狀況

為了考察中國(guó)影響公路的氣候條件總體變化情況，利用TRA20、IF、PNF和PF等4個(gè)指標(biāo)逐年5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)，計(jì)算了各指標(biāo)年度全國(guó)平均值，用以分析影響公路的氣候條件總體變化狀況。

2.1 溫度條件變化狀況

TRA20是描述高溫過(guò)程的氣候指標(biāo)，根據(jù)1960—2019年間TRA20的年度全國(guó)平均值，繪制了TRA20隨年份變化的曲線圖(如圖2所示)，用以分析影響公路的高溫過(guò)程變化情況?？梢钥闯?，盡管隨年份的變化表現(xiàn)出一定幅度的波動(dòng)，但1993年之后的上升趨勢(shì)仍清晰可辨。滑動(dòng)平均值的方法有助于從隨機(jī)波動(dòng)的數(shù)據(jù)中抽提出變化的趨勢(shì)，因此在圖2中同時(shí)繪制了TRA20全國(guó)平均值的5、10、20年滑動(dòng)平均值曲線?？梢郧逦乜闯?，1976年之前TRA20全國(guó)平均值呈小幅下降的趨勢(shì)，以5年滑動(dòng)平均值計(jì)，1964—1976年間，TRA20全國(guó)平均值下降了24.8℃，約為1964年的6.55%。1976—1993年間，TRA20全國(guó)平均值相對(duì)穩(wěn)定，5、10及20年滑動(dòng)平均值穩(wěn)定約為363℃。1993年之后，TRA20全國(guó)平均值快速升高，以20年滑動(dòng)平均值計(jì)，1993—2019年，TRA20全國(guó)平均值上升了74.0℃，約為1993年的20.44%。盡管自1993年以來(lái)TRA20全國(guó)平均值的20年滑動(dòng)平均值基本呈線性增長(zhǎng)，但2005年之后TRA20全國(guó)平均值的5年和10年滑動(dòng)平均值增速明顯減小，并向20年滑動(dòng)平均值靠攏，表明近年來(lái)TRA20全國(guó)平均值的增長(zhǎng)速度在逐漸放緩。

圖2 全國(guó)平均T RA20隨年份的變化趨勢(shì)圖

IF是描述低溫過(guò)程的氣候指標(biāo)，1959—2018年間IF全國(guó)平均值隨年份變化的曲線，以及對(duì)應(yīng)的5、10、20年滑動(dòng)平均值曲線如圖3所示?？梢钥闯觯琁F全國(guó)平均值呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。1985年之前，IF全國(guó)平均值波動(dòng)幅度較大，5年滑動(dòng)平均值仍有較大幅度的波動(dòng)，但從10年和20年滑動(dòng)平均值來(lái)看，IF全國(guó)平均值下降的幅度并不大。以10年滑動(dòng)平均值計(jì)，1968—1985年間，IF全國(guó)平均值下降了32.2℃，下降幅度僅為1968年的3.67%。1985年之后IF全國(guó)平均值快速下降，1985—2008年間，20年滑動(dòng)平均值呈線性下降，期間IF全國(guó)平均值下降了140.2℃，下降幅度為1985年的16.35%。2008年之后IF全國(guó)平均值的10年和20年滑動(dòng)平均值基本保持平穩(wěn)，略有起伏，但I(xiàn)F全國(guó)平均值的5年滑動(dòng)平均值波動(dòng)較大，且近年呈進(jìn)一步下降的趨勢(shì)。

圖3 全國(guó)平均I F隨年份的變化趨勢(shì)圖

2.2 水分條件變化狀況

1960—2019年間PNF全國(guó)平均值隨年份變化的曲線，以及對(duì)應(yīng)的5、10、20年滑動(dòng)平均值曲線如圖4所示?？梢钥闯觯M管PNF全國(guó)平均值呈現(xiàn)一定幅度的波動(dòng)，但總體保持穩(wěn)定。以20年滑動(dòng)平均值計(jì)，1979—2019年間，PNF全國(guó)平均值幾乎沒(méi)有變化，僅有19.8 mm的增長(zhǎng)，增大幅度僅為1979年的3.37%。2015年之后，PNF全國(guó)平均值的5年滑動(dòng)平均值偏離20年滑動(dòng)平均值的幅度顯著增大，表明近些年P(guān)NF全國(guó)平均值有增大的趨勢(shì)，是否有長(zhǎng)期的影響，仍需根據(jù)未來(lái)年份的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

圖4 全國(guó)平均P NF隨年份的變化趨勢(shì)圖

1959—2018年間PF全國(guó)平均值隨年份變化的曲線，以及對(duì)應(yīng)的5、10、20年滑動(dòng)平均值曲線如圖5所示?？梢钥闯觯?969年之前，PF全國(guó)平均值呈現(xiàn)出較大幅度波動(dòng)，以5年滑動(dòng)平均值來(lái)看，表現(xiàn)出明顯的上升趨勢(shì)。1969年之后，PF全國(guó)平均值的波動(dòng)幅度明顯減小，總體變化趨于平穩(wěn)，以20年滑動(dòng)平均值來(lái)看，1978—1982年間，PF全國(guó)平均值略有增大，之后一直到1997年基本保持穩(wěn)定，1997年之后呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。1997—2018年間，PF全國(guó)平均值下降了2.0 mm，下降幅度為1997年的6.40%。近年來(lái)，PF全國(guó)平均值的5、10、20年滑動(dòng)平均值曲線趨于重疊，表明PF全國(guó)平均值逐漸趨于穩(wěn)定。

圖5 全國(guó)平均P F隨年份的變化趨勢(shì)圖

3 氣候條件變化的區(qū)域差異

由于氣象狀況具有較大波動(dòng)性，某一年份的氣象數(shù)據(jù)難以代表一個(gè)地方的氣候條件，同樣某一年份的氣象狀況的波動(dòng)，也不能判定氣候條件的變化。實(shí)踐中常使用一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)期的氣候指標(biāo)均值表征一個(gè)地方的氣候條件。由第2節(jié)的分析可見(jiàn)，TRA20、IF、PNF和PF等4個(gè)指標(biāo)全國(guó)平均值的20年滑動(dòng)平均值變化趨勢(shì)相對(duì)單調(diào)。綜合考慮數(shù)據(jù)的情況以及對(duì)氣候條件表征的可靠性，在考察中國(guó)影響公路的氣候條件變化的區(qū)域差異時(shí)，以各指標(biāo)的20年滑動(dòng)平均值為數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。對(duì)于TRA20和PNF，以2019年和1979年對(duì)應(yīng)的20年滑動(dòng)平均值的差值為依據(jù)，對(duì)于IF和PF，以2018年和1978年對(duì)應(yīng)的20年滑動(dòng)平均值的差值為依據(jù)，分別分析各指標(biāo)40年間變化的區(qū)域差異。具體分析中，以各指標(biāo)逐年5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，逐柵格計(jì)算各指標(biāo)對(duì)應(yīng)年份20年滑動(dòng)平均值，得到對(duì)應(yīng)的20年滑動(dòng)平均值5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)，進(jìn)而逐柵格計(jì)算各指標(biāo)20年滑動(dòng)平均值40年間的變化值，得到各指標(biāo)40年間變化值的5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上開(kāi)展氣候條件變化區(qū)域差異的分析。

3.1 溫度條件變化的區(qū)域差異

根據(jù)40年間TRA20變化值的5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)，繪制了其變化值的直方圖和全國(guó)等值線圖，分別如圖6和7所示。由圖6可以看出，自1979—2019年間，全國(guó)僅有不到15%的區(qū)域TRA20出現(xiàn)下降或沒(méi)有變化，下降幅度主要分布在0～60℃區(qū)間。超過(guò)90%的區(qū)域TRA20出現(xiàn)不同程度上升，上升幅度在0～120℃區(qū)域分布最廣，其中上升幅度在0～60℃和60～120℃的區(qū)域分別占全國(guó)面積的35%和37%以上，上升幅度超過(guò)120℃的區(qū)域占全國(guó)面積的18%以上。

圖6 1979—2019年T RA20變化分布直方圖

由圖7可知，40年間TRA20降低的區(qū)域，分布于青藏高原的東南部，新疆西部部分區(qū)域，四川、甘肅、陜西交界區(qū)域，陜西東南、湖北西北和河南西部連接區(qū)域，以及云南、貴州、重慶等地散布的小片區(qū)域?？傮w來(lái)看，TRA20降低值大部分在50℃以下，僅新疆西部和西藏中南部小片區(qū)域的降低值超過(guò)50℃。

圖7 1979—2019年T RA20變化等值線圖

東南沿海、云南、西北地區(qū)、京津冀及山東沿渤海區(qū)域，40年間TRA20升高非常顯著，升高值超過(guò)90℃的區(qū)域廣泛分布，許多地區(qū)的升高值超過(guò)120℃，也有成片區(qū)域的升高值超過(guò)150℃，云南南部和華南沿海局部區(qū)域TRA20升高值超過(guò)200℃。東北大部分區(qū)域TRA20的升高值在60～90℃之間，中部部分區(qū)域的升高值超過(guò)120℃，東部和北部一些區(qū)域的升高值在60℃以下。

根據(jù)40年間IF變化值的5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)繪制的直方圖如圖8所示。1978—2018年間，全國(guó)僅有不到2%的區(qū)域IF出現(xiàn)一定幅度上升，上升幅度主要分布在0～60℃區(qū)間。超過(guò)98%區(qū)域IF出現(xiàn)不同程度下降或保持不變，其中下降幅度超過(guò)60℃的區(qū)域占全國(guó)面積的69%以上。

圖8 1978—2018年I F變化分布直方圖

40年間IF變化值全國(guó)等值線圖如圖9所示。秦嶺淮河以南主要為非冰凍區(qū)，冰凍指數(shù)變化非常有限，大多在10℃以內(nèi)，冰凍指數(shù)出現(xiàn)增加的區(qū)域都分布于這些區(qū)域。在主要冰凍區(qū)，IF均表現(xiàn)出不同程度的減小。西藏中部、青海大部、新疆北部、東北北部、內(nèi)蒙古大部，IF減小尤為明顯，減小值均在200℃以上；西藏中南部、新疆東北部、東北北部的部分區(qū)域，減小值甚至超過(guò)400℃；青海東北部、甘肅大部、寧夏大部、陜西北部、山西大部、河北大部、山東北部、東北南部等大片區(qū)域IF減小幅度在100～200℃之間。

圖9 1978—2018年I變化等值線圖

3.2 水分條件變化的區(qū)域差異

根據(jù)40年間PNF變化值的5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)，繪制了PNF變化值的直方圖和全國(guó)等值線圖，分別如圖10和11所示。由圖10可以看出，自1979—2019年間，全國(guó)超過(guò)68%的區(qū)域PNF出現(xiàn)上升，不到32%的區(qū)域PNF出現(xiàn)下降，77%以上的區(qū)域PNF的變化幅度在60 mm以內(nèi)。

圖10 1979—2019年P(guān) NF變化分布圖

從圖11給出的PNF變化分布可以看出，40年間西南大部、西藏東南部、廣西西部及湖北西部PNF下降最為顯著，大部分區(qū)域下降幅度在40 mm以上，其中西藏云南交界、云南貴州交界、四川中南部的部分區(qū)域下降幅度在120 mm以上。東北南部、華北大部、山東大部是PNF顯著下降另一大片區(qū)域，其中遼東半島、京津冀環(huán)渤海區(qū)域、山東半島下降幅度在40 mm以上，其中河北東北、山東半島東南局部下降幅度在120 mm以上。另外新疆中部、甘肅東南部、陜西東部、湖北河南交界局部區(qū)域PNF也有所下降。

圖11 1979—2019年P(guān) 變化等值線圖

東南區(qū)域PNF增加最為顯著，其中江西中部、浙江、上海、江蘇東南部、安徽東南部、福建沿海、珠江三角洲、雷州半島及海南北部等區(qū)域PNF增加值在100 mm以上，部分區(qū)域PNF增加值在150 mm以上。西藏西部、新疆南部、青海西部及四川西部部分區(qū)域PNF也有較為顯著的增加，增加值在50 mm以上，局部增加值在150 mm以上。西北大部、東北北部等區(qū)域PNF變化相對(duì)平緩，大部分區(qū)域的變化幅度在20 mm以內(nèi)。

根據(jù)40年間PF變化值的5 km×5 km柵格數(shù)據(jù)繪制的直方圖和全國(guó)等值線圖分別如圖12和13所示。由圖12可以看出，1978—2018年間，全國(guó)PF上升的區(qū)域約占56%，下降的區(qū)域約占44%，超過(guò)85%的區(qū)域PF的變化幅度在10 mm以內(nèi)。

圖12 1978—2018年P(guān) F變化分布直方圖

從圖13給出的PF變化分布來(lái)看，40年間湖南、江西、浙江、福建等省大部以及廣西東北部、廣東北部PF出現(xiàn)明顯下降，其中江西中部、浙江西部和東部沿海局部區(qū)域下降幅度超過(guò)30 mm，四川中部也有局部區(qū)域PF下降幅度超過(guò)30 mm。上述區(qū)域處于我國(guó)地理意義上的非冰凍區(qū)，文章定義的冰凍期為“計(jì)算年秋天日平均氣溫低于0℃的第一天至第二年春天日平均氣溫低于0℃的最后一天”。對(duì)于這些區(qū)域，冬季溫度在0℃上下波動(dòng)，降水形式也以降雨為主，文章定義的PF一定程度上放大了這些區(qū)域的“冰凍期降水量”。新疆北部、東北東部、西藏中南局部、安徽南部局部PF出現(xiàn)明顯增大，部分區(qū)域PF增大值在15 mm以上，其他區(qū)域40年間PF沒(méi)有明顯變化。

圖13 1978—2018年P(guān) F變化等值線圖

4 氣候條件變化特征

從氣候條件全國(guó)總體變化狀況來(lái)看，溫度條件的變化較為顯著，相關(guān)指標(biāo)的20年滑動(dòng)平均值變化速度雖有所不同，但基本呈單調(diào)變化。1979—2019年，高溫過(guò)程指標(biāo)TRA20的20年滑動(dòng)平均值增長(zhǎng)了70.6℃，增長(zhǎng)幅度達(dá)到19.32%，低溫過(guò)程指標(biāo)IF的20年滑動(dòng)平均值減小了143.2℃，減小幅度達(dá)到16.64%。水分條件相對(duì)穩(wěn)定，40年間，非冰凍期降水量指標(biāo)PNF的20年滑動(dòng)平均值在波動(dòng)中呈小幅上升，冰凍期降水量指標(biāo)PF的20年滑動(dòng)平均值在波動(dòng)中呈小幅下降。

對(duì)于不同區(qū)域，氣候條件的變化情況和變化幅度存在較大差異。東南地區(qū)溫度條件和水分條件的變化均有非常顯著的改變，沿海地區(qū)TRA20的增加尤為突出，從沿海向內(nèi)內(nèi)陸TRA20增加量逐漸減小。對(duì)于PNF，以東北部、中部、珠江三角洲區(qū)域、雷州半島和海南北部增加幅度最大。

西北地區(qū)高溫條件和低溫條件均發(fā)生了非常顯著的改變，局部區(qū)域降水有顯著增加。其中，新疆中南部TRA20的增加幅度最為顯著。IF表現(xiàn)為不同幅度的下降，以新疆東北部下降最為顯著。另外，新疆北部地區(qū)PF有顯著增加，以北部偏南增加較為顯著，新疆南部局地PNF增加較為顯著。

青藏高原東部TRA20的變化并不突出，西部和南部局地有較為明顯的增加。低溫條件改變顯著，大部分區(qū)域IF呈現(xiàn)大幅下降。水分條件方面，大部分區(qū)域PNF呈現(xiàn)增加，西部部分區(qū)域最為顯著，東南部分區(qū)域PNF出現(xiàn)較為顯著的下降。對(duì)于冰凍期降水量，除散布的局部區(qū)域有顯著增加外，大部分區(qū)域沒(méi)有顯著變化。值得注意的是，青藏高原地區(qū)氣象站點(diǎn)非常稀疏，氣候指標(biāo)插值計(jì)算的偏差可能高于其他區(qū)域。

華北中原一帶，TRA20在大部分區(qū)域表現(xiàn)為增大，京津冀、山東半島等區(qū)域增加較為顯著。IF均表現(xiàn)為減小，減小幅度在40～200℃之間，由南向北逐漸增大。PNF以減小為主，沿海地區(qū)減小較為突出。PF沒(méi)有顯著變化。

東北地區(qū)高溫條件變化相對(duì)溫和，TRA20表現(xiàn)為小幅上升，局部增加超過(guò)120℃。低溫條件變化非常顯著，IF顯著減小，由南向北減小幅度逐漸增大。非冰凍期降水變化不大，北部地區(qū)PNF略有增大，南部地區(qū)略有減少。冰凍期降水量呈現(xiàn)一定幅度的增加，東北部PF增加較為明顯，向西南增幅逐漸減小。

西南地區(qū)，云南西南部TRA20增加非常顯著，四川中南部、重慶東北部也有比較明顯的增加。西南地區(qū)大部降水量有一定幅度的下降，四川西部降水呈小幅增加。

5 結(jié)論

依托中國(guó)699個(gè)氣象站點(diǎn)1959—2019年間的氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，選取年≥20℃相對(duì)積溫、年冰凍指數(shù)、年非冰凍期降水量和年冰凍期降水量等4個(gè)氣候指標(biāo)，分析了影響公路的中國(guó)氣候條件實(shí)際變化狀況及區(qū)域差異，得到主要結(jié)論如下:

(1)總體來(lái)看，1959—2019年間影響公路的中國(guó)氣候條件發(fā)生了顯著變化，其中溫度條件變化突出，水分條件相對(duì)穩(wěn)定。過(guò)去40年間，全國(guó)平均年≥20°C相對(duì)積溫顯著升高，升高幅度達(dá)19.32%，全國(guó)平均冰凍指數(shù)顯著降低，降低幅度達(dá)16.64%。

(2)氣候條件的改變表現(xiàn)出顯著的地域差異，不僅變化幅度差異明顯，變化特征也不盡相同。東南、西北、云南、京津冀及山東半島區(qū)域的高溫條件變化最為顯著，高溫影響大幅加重。青藏高原大部、新疆北部、東北北部、內(nèi)蒙古大部低溫條件變化顯著，冰凍顯著減輕，潛在的凍融循環(huán)影響加劇。西南和東南地區(qū)的水分條件變化最為顯著，西南地區(qū)降水量顯著減小，東南地區(qū)降水量大幅增加，水毀風(fēng)險(xiǎn)加劇。

(3)大部分區(qū)域氣候條件的變化幅度足以對(duì)公路工程產(chǎn)生顯著影響，應(yīng)當(dāng)引起行業(yè)的高度重視。在研究氣候?qū)酚绊懙耐瑫r(shí)，應(yīng)加強(qiáng)影響公路的氣候條件變化現(xiàn)狀及預(yù)測(cè)研究。在公路規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造及運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)充分考慮氣候條件的動(dòng)態(tài)變化，提升公路的氣候韌性。

致謝:感謝國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心為研究提供了詳實(shí)的氣象數(shù)據(jù)。