2017年初春貴州高速公路大霧天氣分析

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，地形地貌復雜，天氣氣候多變，大霧天氣頻發，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增加趨勢，貴州大霧具有明顯的區域分布特征，各地大霧日數從最少約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、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營運發展迅速，2018年貴州高速公路通車里程已達6450 km，高速公路網已覆蓋全省各縣，實現全省縣縣通高速。隨著高速公路網的廣覆蓋，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，一旦引發交通事故將造成重大經濟損失和人員傷亡。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工作具有重要意義。

關于高速公路霧的發生、發展規律與預報方法，國內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的能見度儀和自動氣象站觀測資料，分析發現南嶺山地高速公路霧區在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流配置為霧的形成提供了逆溫層結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、水網密集地區多局地性濃霧，日出后是團霧多發時段。有些學者[7-22]對高速公路大霧及其影響也開展了相關研究。貴州因地形作用常受靜止鋒影響而出現鋒面大霧，并能持續較長時間，有時數日都是雨霧彌漫，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，能見度震蕩幅度大、變化快；短過程占多數，能見度呈“突降”形態，其范圍小、強度大、發生突然。關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年初春發生在貴州多條高速公路的持續性大霧天氣形成原因，探討了山區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日貴州境內滬昆、蘭海、杭瑞、惠興等高速公路出現持續性大霧天氣（能見度≤500 m）。這是一次鋒面大霧天氣過程，大霧持續時間較長，從9日00時—13日08時持續有大霧出現，其中，9日23時—10日08時及11日21時—12日09時這兩個時段內大霧范圍較廣，氣象站監測顯示大霧范圍持續在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、關嶺、清鎮等地出現大霧；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、關嶺外，蘭海高速息烽、惠興高速興仁等地也出現大霧；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大霧，包括滬昆高速（普安、晴隆、關嶺、安順、清鎮、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。

1.2 資料來源

能見度資料包括氣象站（77縣、3區）和建于高速公路上的交通氣象站（25個）自動監測的分鐘數據，資料分別來源于CIMISS系統（全國綜合氣象信息共享平臺）和貴州省交通氣象服務系統。貴州省交通氣象站的建設始于2014年，當年建設完成40個站點，由貴州省交通廳牽頭建站，2016—2018年又陸續建設了60余個交通氣象站，但由于設備維護和管理權限等原因，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，天氣圖資料來源于MICAPS（氣象信息綜合分析處理系統）數據。

1.3 分析方法

利用MICAPS系統進行大氣環流形勢和水汽條件分析，根據貴陽探空資料繪制層結曲線，分析大氣層結特征。

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

表1 氣象站與交通氣象站相關信息Table 1 Information of automatic weather station and traffic weather station

2 環流形勢

整個大霧期間，中高緯經向環流明顯，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時貴州轉為偏南風，為大霧的發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。

地面圖上，3月6—8日冷空氣持續補充影響貴州，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展逐漸控制貴州大部地區，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，靜止鋒系統北抬，是造成9日夜間大霧形成的主要原因；靜止鋒系統東西擺動和長時間存在，導致大霧長時間持續；低空西南氣流再次發展和靜止鋒維持，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展有直接關系。一般來說，靜止鋒云系發展增厚，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，相比行政縣區來說，大多數高速公路海拔相對較高，因此，在鋒面天氣系統影響下，高速公路更容易發生大霧。

對比氣象站與交通氣象站能見度發現，鋒面系統影響下相鄰區域內海拔高度與能見度具有反相關性，海拔相對較高處能見度較低，大霧現象嚴重，大霧起始時間較早、持續時間較長。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出現大霧。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。監測資料顯示紅果西于9日00：40—04：40斷斷續續出現大霧，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出現大霧天氣。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產生，比興仁早1 h，大霧持續時間也相對較長，結束于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，大霧持續時間較長，從9日22：40起持續約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出現大霧，龍里未出現大霧。

11日夜間由于靜止鋒再次增強發展，造成貴州多地出現大霧天氣。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，大霧現象相對較輕，呈現斷斷續續狀態，持續時間較短；普安大霧天氣嚴重，大霧于11日19：15產生，至12日08：55消散，持續近14 h。白云和曹關位于貴州中部，海拔在1300 m上下，曹關海拔較白云低51 m，能見度較好，沒有出現大霧，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北側的偏北氣流影響，水汽輸送減弱，低云發展受限，大霧現象也隨之減弱。11日20時由于高壓系統東移，貴州轉受偏南氣流影響，水汽通量再次增強，比濕達7～9 g/kg，水汽輻合明顯（圖4），致使低云再次發展增厚，導致11日夜間貴州多條高速公路出現大霧天氣，大霧范圍比9日夜間更廣。

5 大氣層結特征

低空逆溫的維持和充足的水汽是大霧形成、發展的重要條件。由于鋒面系統的存在，低空形成上暖下冷的逆溫結構，大氣處于穩定狀態，有利于水汽在低空聚集，從而促進低云發展增厚、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，低云在發展，有利于近地面大霧形成。10日白天逆溫減弱，穩定層受到破壞，不利于水汽的聚集和低云發展，地面大霧也隨之減弱；10日20時在700～800 hPa之間又出現淺層逆溫并持續到12日20時，其中，12日08時逆溫增厚，說明穩定層結較厚，有利于大霧持續發展，實況也顯示11日夜間大霧范圍廣、持續時間長；13日08時低空逆溫消失，大霧過程隨之結束。

6 山區高速公路大霧天氣應對措施探討

貴州屬于高原山區，地勢起伏大。與平原地區不同，貴州高速公路隧道較多，大霧天氣常導致隧道內外能見度反差較大，隧道外霧氣繚繞、能見度低、視野模糊，隧道內雖然光線昏暗但能見度好于隧道外，車輛從隧道內駛出時因能見度陡降易發生危險。因此，大霧天氣車輛行經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。鋒面大霧持續時間較長，一天中任何時段均有可能發生鋒面大霧；鋒面大霧時常伴有蒙蒙細雨，路面附著系數降低，容易導致剎車失阻、車輛側滑和控制失靈等現象，從而引發交通事故；鋒面大霧的生成、發展和消散與靜止鋒系統的生消和位置關系較大，常出現在地勢相對較高地區。輻射大霧主要出現在夜間到早晨，與平原地區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較多。駕車人員途經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生的安全隱患。

7 結論

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）鋒面系統影響下相鄰區域內海拔高度與能見度具有反相關性，海拔相對較高處能見度較低，大霧現象嚴重、持續時間較長。貴州高速公路多修建于半山之間，海拔相對較高，在鋒面天氣系統影響下，高速公路更容易發生大霧。

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，大氣層結穩定，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，穩定層受到破壞，不利于水汽的聚集和低云發展，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外能見度反差較大，車輛行經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生14輛車連環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，貴州大部出現大霧并伴有降雨天氣，省內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生6車連環相撞事故，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的交通氣象站，彌補了氣象部門對交通氣象服務的監測能力，提高了觀測資料精度，對山區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。