G60滬昆高速浙江段氣象災害風險普查分析*

單 權 魏 晨 潘婭英

(浙江省氣象服務中心,浙江 杭州 310017)

G60滬昆高速浙江段氣象災害風險普查分析*

單 權 魏 晨 潘婭英

(浙江省氣象服務中心,浙江 杭州 310017)

以G60滬昆高速浙江段為氣象災害風險普查對象,通過統計分析方法,挑選出災害隱患點,在此基礎上,利用問卷調查法、專家評估法、對比分析法和主成分分析等方法,對隱患點的氣象災害風險情況進行了調查分析。結果顯示,G60滬昆高速浙江段隱患點主要災害性天氣為大霧和道路結冰,其次短時強降水也會引發一定的交通事故;隱患點的災害性天氣主要發生在秋冬季節,1—2月和9月尤為明顯;低能見度致災閾值為500 m,短時強降水閾值為7 mm/h,降雪閾值為小雪或雨夾雪,各氣象要素達到以上強度時,將對高速公路交通產生影響;通過與交通部門的交流座談,對方希望能獲取更多的大霧、強降水等災害性天氣定時定點定量的預報,同時對氣象部門提供的產品形式也提出了一些要求和建議,在服務方式上,可以增加更多的新媒體形式。

高速交通;氣象災害;風險普查

0 引 言

氣象災害是國家因自然災害而引起經濟損失的主要因素之一,不僅導致事故頻出,而且情節重大,后果嚴重,尤其是高速公路交通事故。低能見度濃霧、強降水、暴雨、雷暴、大風、高溫、積雪、結冰等是影響我國交通運輸業的主要氣象災害。2008年初,中國南方低溫、雨雪、冰凍災害對交通、電力、通訊、農業和林業等重點行業以及人民生活各個方面都產生了重大的影響。面對惡劣氣象條件、潛在氣象災害及其衍生災害對高速公路運營產生的嚴重影響,相關的學者專家分析了降水、低溫、低能見度、大風等災害性天氣對交通的影響和交通線路選址及建設應考慮的氣象因素,并提出了減少氣象因素引起的交通安全問題的對策,通過災害發生概率及相應后果對災害進行了風險評估,開展了高速公路特長隧道和隧道群交通災害風險分析及控制的研究。

1 調查的基本情況

本次調查選取滬昆高速浙江段作為此次調查工作的重點公路。滬昆高速的國家高速公路網編號為G60,浙江段起于嘉興市嘉善縣,途徑嘉興、杭州、紹興、金華、衢州,終于衢州市常山縣,1998年12月29日建成通車,公路設計寬26 m,雙向4車道,車速120 km/h。

2 資料及基本方法

2.1 數據及資料

為了調查掌握滬昆高速浙江段交通氣象災害的相關信息,需要收集兩方面的數據:1)該段高速公路交通事故發生數據和橋梁隧道基本信息;2)高速公路沿線及5 km范圍內的相關氣象要素信息。

通過積極與交投資和交管部門進行溝通和協調,獲取了以下兩類數據:1)近3年內滬昆高速浙江段交通事故數據；2)滬昆高速浙江段橋梁、隧道的基本信息；

通過與各氣象部門有效溝通,獲取了以下幾類氣象要素信息:1)滬昆高速浙江段公路沿線及5 km范圍內的氣象監測站點信息；2)浙江省高速公路沿線氣候分布特征；3)滬昆高速浙江段矢量數據；4)浙江省高速公路交通安全氣象指數等級。

對上述收集到的基本數據匯總如表1,這些數據的獲取保證了此次調查工作的順利開展。

2.2 主要方法

本次調查中,在確立隱患點時主要是結合高速公路多年氣象要素場分布情況和近幾年的交通事故頻次分布兩方面,將氣象要素異常區域與高事故頻次區域疊加,形成了氣象因素引發的高頻次交通事故區域,然后再結合主觀分析,進行訂正確定。

表1 氣象災害風險普查基本數據一覽表

在確立了隱患點的基礎上,對于致災因子閾值的確立主要應用了主成分分析法。選取與交通事故具有顯著相關的日氣象要素,將4—9月定義為春夏半年、10月至次年3月為秋冬半年,分別挑選氣象因子，其中春夏半年氣象因子分別是:平均氣溫、日最高氣溫、地表平均溫度、地表日最高溫度、最小相對濕度、平均相對濕度、日照、平均風速、日最大風速、最大風速平均、日雨量、20—08時雨量、08—20時雨量、最小能見度、總云量等15項；秋冬半年氣象因子分別是:平均氣溫、日最低氣溫、地表平均溫度、地表日最低溫度、最小相對濕度、平均相對濕度、日照、平均風速、日最大風速、最大風速平均、日雨量、20—08時雨量、08—20時雨量、最小能見度、總云量、積雪深度等16項。通過主成分分析法得到各因子的方差貢獻率。其中,對于提取出的各個因子在因子結構中的重要性用因子的方差貢獻率來表示,某因子的方差貢獻率是該因子可以解釋全部變量的方差總和的百分率。方差貢獻率越大的因子越重要,所有因子的方差貢獻率的總和越大時,所提取的因子對觀測變量的代表性越強。分析可得,在春夏半年和秋冬半年前5個因子的累積貢獻率達到85%以上,即5個因子已經包含了原始指標的85%以上的信息。因此這5個因子就是公因子,即各個變量所共有影響的因子,可以解釋變量之間的相關,用它們完全可以代替原來的指標。

因子負載是因子分析模型中最重要的一個統計量,它不僅表示了觀測變量是如何由因子線性表出的,而且反映了公因子和變量之間的相關程度,其值越大說明它們之間的關系越密切。找出在每個因子上有顯著負載的變量,根據這些變量的意義給因子一個合適的名稱,具有較高負載的變量對因子名稱的影響更大。

分析可得,對于春夏半年,公因子 F1在日平均氣溫、地表平均溫度、日最高氣溫上有較大的負載值,所以F主要由這幾個氣象要素指標解釋,它可以代表溫度類要素對公路交通的影響,命名為“溫度因子”。公因子F2在最小相對濕度、平均相對濕度上有較大的負載值,所以F2代表的是相對濕度要素對交通的影響,可命名為“相對濕度因子”。公因子F3在平均風速、最大平均風速上有較大的負載值,所以F3代表的是大風要素對交通的影響,可命名為“大風因子”。公因子F4在08—20時雨量、日雨量、20—08時雨量上有較大的負載值,所以F4代表的是雨量要素對交通的影響,可命名為“降水因子”。公因子F5在最小能見度上有較大的負載值,所以F5代表的是能見度要素對交通的影響,可命名為“能見度因子”。對于秋冬半年,情況也類似。

因此,在春夏半年的影響公因子,按照影響大小依次為溫度因子、相對濕度 大風、降水、和能見度因子。而在秋冬半年的影響公因子,按照影響大小依次為溫度因子、相對濕度因子、風速因子、降雪因子、能見度因子和降水因子。

在確定了各公因子所代表的氣象意義之后,需要得到因子關于原始氣象要素數據的線性表達式,計算公因子得分系數矩陣,各得分系數即是氣象要素線性表達式的因子系數。

3 調查結果分析

3.1 氣象災害隱患點基本情況

本次調查在滬昆高速浙江段沿線共確定4個氣象災害隱患點,分別位于嘉興、紹興、杭州、金華4個地市區,各隱患點的基本信息匯總如表2。

表2 隱患點基本信息調查表

由表2可知4個氣象災害隱患點主要位于浙中北地區,其中紹興諸暨段的G60K209+218隱患點年均事故數最多,達到969次;其次為杭州蕭山段的G60K191+201隱患點,年均事故數為663次;嘉興海寧段的G60K126+137隱患點與金華金東區的G60K298+312隱患點事故數相對較少。從道路形態分析,年均事故數較多和較少的隱患點都包含了彎道和長直道兩種道路形態,這說明道路形態與年均事故數的相關性并不強。

4個氣象災害隱患點都位于浙中北地區,這與浙中北地區的氣候條件有關。對浙江省高速公路沿線大霧分布進行統計分析發現,浙中北地區的高速公路沿線年平均大霧日達到30 d以上,主要集中于滬昆高速的嘉興杭州以及金華段。對浙江高速公路沿線降雪分布進行統計發現,年均降雪日數從北到南依次減少,降雪日數在3～13 d之間,其中常臺高速紹興嵊州段最多,達12 d左右。由上述分析可知,浙中北部大霧和降雪分布均較為集中,容易對高速公路交通安全造成影響,因此在這個區域氣象災害隱患點集中分布。

3.2 災害隱患點主要災害類型及致災氣象因子分析

對這些災害隱患點的主要災害類型進行統計發現(見圖1),4個氣象災害隱患點中50%的災害類型為大霧,道路結冰占33%,短時強降雨占17%。進一步對主要致災氣象因子進行分析可知,4個氣象災害隱患點中50%的致災因子為降雨,33%為降雪,低能見度占17%。由以上分析可知,大霧和道路結冰為滬昆高速浙江段最主要的自然災害類型,降雨和降雪為主要的致災氣象因子。

滬昆高速浙江段公路沿線及5 km范圍內共有5個氣象監測站點,這5個監測站點均為區域自動站,可實現氣溫、風、能見度、降水量等要素的觀測。在這些觀測要素中,降水量、能見度正是主要的致災氣象因子,因此在后期的工作中一方面要加強對這些氣象要素的監測分析,另一方面要加強高速公路沿線自動站的建設。

圖1 災害隱患點主要災害類型(a)及致災氣象因子(b)統計

3.3 災害易發時段分析

對4個隱患點的災害易發時段進行統計,如圖2所示。

圖2 隱患點災害易發時段統計

由圖2可知,隱患點災害易發時段集中于1—2月,其次為9月,在3、6、7及12月沒有災害易發時段分布。總體來看,災害易發時段分布于秋冬半年,這可能是由于在秋冬季節浙中北地區大霧和降雪出現相對頻繁,容易形成低能見度和道路結冰等不利氣象條件,從而使得交通事故頻發。

此外,1—2月正值春節返鄉高峰,高速公路車流量大幅增加,加上雨雪冰凍等不利氣象條件的影響,使得這一時期交通事故發生相對集中。因此在后期的交通氣象服務中,應加強對這一時期氣象條件的監測和預警。

3.4 氣象災害致災因子閾值

通過專家評估與主成分分析法,得到了隱患點的致災因子閾值,這些閾值對實際的交通氣象服務有很大的幫助。閾值指標分為3類,分別是低能見度、短時強降水和降雪。

低能見度指標閾值分為4個等級,當能見度在200～500 m時,對交通行車安全稍有影響,需要適當控制車速,采取提醒手段;當能見度在100～200 m時,對行車安全有一定影響,需要慢速行車,采取限速通行手段;當能見度在50～100 m時,對交通有較大影響,需要限制車流,采取警車帶道等手段;當能見度小于50 m時有嚴重影響,應采取封道措施。

短時強降水指標閾值也分為4個等級,當小時降水量在7～15 mm時,對交通稍有影響,應提醒控制車速;當小時降水量在15～40 mm時,對交通有一定影響,需采取限速手段;當小時降水量在40～50 mm時有較大影響,應限流限速,帶道;當小時降水量大于50 mm時有嚴重影響,應封道。

降雪指標閾值同樣為4個等級,當出現小雪或雨夾雪時,會對交通稍有影響,行車應注意車速,當出現中雪時有一定影響,應慢速通行,當出現大雪時,對交通有較大影響,暴雪則有嚴重影響。

4 結 語

通過此次普查,主要得出了以下結論與建議。

1)G60滬昆高速浙江段隱患點主要災害性天氣為大霧和道路結冰,其次短時強降水也會引發一定的交通事故。

2)G60滬昆高速浙江段隱患點的災害性天氣主要發生在秋冬季節,1—2月和9月尤為明顯。

3)G60滬昆高速浙江段隱患點的低能見度閾值為500 m,短時強降水閾值為7 mm/h,降雪閾值為小雪或雨夾雪,各氣象要素達到以上強度時,將對高速公路交通產生影響。

4)通過與交通部門的交流座談,對方希望能獲取更多的大霧、強降水等災害性天氣定時定點定量的預報。同時對氣象部門提供的產品形式也提出了一些要求和建議,在服務方式上,可以增加更多的新媒體形式。

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2014-10-24

1.2013年度中國氣象局行業氣象服務效益評估專項;2.浙江省氣象局重點項目：智慧氣象(高速交通氣象)技術研究(2013ZD08)