京疆高速米東區(qū)路段冬季濃霧特征及其成因分析

阿不都沙拉木·阿扎提，黎瑩暉

烏魯木齊市米東區(qū)氣象局，新疆烏魯木齊 831400

隨著我國高速公路里程的不斷增加，人們的出行生活變得更加快捷、高效，而隨之產(chǎn)生的高速交通安全問題也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。眾所周知，氣象狀況會對高速交通安全產(chǎn)生尤為顯著的影響，特別是當出現(xiàn)大霧天氣時，因能見度較低而影響交通安全，極易造成嚴重的交通事故。以米東區(qū)為例，2006年11月29日10:00，京疆高速公路阜康至米泉間路段發(fā)生多車連環(huán)追尾，造成2名貨車司機當場身亡，5人受傷，至少17輛車不同程度受損毀。2009年11月26日10:50左右，烏奎高速公路烏奎連接線路段，因霧天引發(fā)多車連環(huán)追尾或剮蹭，一輛油罐車被后車追尾造成載罐原油泄漏，所幸未有人員傷亡。2013年11月18日凌晨，受團霧影響，京疆高等級公路上沙河立交處連發(fā)3起交通事故，前后9輛車追尾，1名駕駛員當場身亡，1人重傷，4人輕傷。2017年1月5日11:00，受大霧天氣影響，吐烏大高速公路發(fā)生多車追尾，一輛運送32 t瀝青的罐車被撞破裂起火，事故造成1名司機受傷。很多事故均在告訴人們，大霧天氣已成為影響高速公路安全的重要因素。

高速公路交通安全保障日益受到人們關(guān)注，因此針對高速公路能見度的研究也開始逐漸增多。一些氣象工作者利用氣候統(tǒng)計方法研究高速公路霧的特征[1-3]。田華等[4-5]進一步分析了霧與氣象要素的關(guān)系，指出相對濕度、氣溫、風(fēng)速等氣象要素對霧的預(yù)報有較好的指示意義。由于利用常規(guī)觀測資料研究能見度存在局限性，因此部分學(xué)者運用數(shù)值模擬法對高速公路大霧天氣展開深入分析與解讀。例如：萬小雁、王佳、嚴明良、包云軒等[6-10]在研究過程中均運用WRF模式對滬寧高速公路大霧天氣展開數(shù)值模擬分析。與此同時，還采取構(gòu)建高速公路檢測系統(tǒng)的方式，廣泛搜集更加準確的高速路面氣象檢測數(shù)據(jù)，通過這些監(jiān)測數(shù)據(jù)研究高速公路大霧天氣。例如：吳兌等[11-13]結(jié)合觀測資料針對南嶺山地高速公路霧予以分析和解讀，并設(shè)計了4種能夠有效預(yù)測該公路段云巖霧區(qū)能見度預(yù)測方案；張利娜等[14]結(jié)合首都國際機場高速公路專業(yè)氣象自動監(jiān)測網(wǎng)站發(fā)布的高時間分辨率監(jiān)測數(shù)據(jù)，針對大氣能見度演變規(guī)律和與之相關(guān)的物理因素展開深入研究；王博妮等[15]在相關(guān)研究中重點針對滬寧高速公路的某次大霧成因進行了系統(tǒng)分析；趙娜等[16]總結(jié)梳理了京秦高速公路沿線霧生霧消的預(yù)報數(shù)據(jù)。

1 資料與研究方法

根據(jù)自治區(qū)交通局統(tǒng)計，自1998年全線通車以來，米東區(qū)平均每年因濃霧導(dǎo)致道路封閉天數(shù)為66 d，造成車輛滯留9 000臺次以上，每年因封閉道路帶來的直接經(jīng)濟損失達800萬元以上，造成交通事故致人死傷7人次，經(jīng)濟損失4 600萬元以上，濃霧儼然已成為該路段影響最嚴重的氣象災(zāi)害。

主要利用2013年10—2017年3月烏魯木齊米東區(qū)吐烏大高速霧區(qū)附近自動氣象站的溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、能見度等氣象要素的逐日資料和米泉能見度儀觀測數(shù)據(jù)，深入解讀高速公路濃霧的能見度變化規(guī)律。

2 京疆高速米東區(qū)路段大霧氣候特征

2.1 大霧年際變化特征

統(tǒng)計表明，京疆高速米東區(qū)路段2013—2016年共出現(xiàn)霧日數(shù)為203 d，年均50 d，并且大霧日數(shù)最多的年份是2016年，達到85 d，占41.8%，最少的年份是2014年，為24 d，占11.8%。近5年京疆高速米東區(qū)路段大霧日數(shù)呈增加趨勢(圖1)。

圖1 2013—2016年大霧日數(shù)的年變化

2.2 大霧月變化特征

從2013—2016年京疆高速米東區(qū)路段各月大霧日數(shù)月變化圖可以看出，大霧日數(shù)月變化較為明顯，通常是11月至翌年3月，尤以12月最多，高達73次，占36%，這主要是因為冬季夜間因輻射冷卻而產(chǎn)生輻射霧(圖2)。大霧分別在10、11、12月驟減。對于京疆高速米東區(qū)路段冬季為大霧的多發(fā)期。

圖2 2013—2016年大霧日數(shù)的月變化

2.3 大霧的時間變化特征

分析京疆高速米東區(qū)路段大霧開始結(jié)束時間。圖3為2013—2016年京疆高速米東區(qū)路段大霧開始時間頻率的日變化，大霧通常是從20:00至翌日10:00開始，并且基本上在20:00至翌日09:00，而00:00～08:00出現(xiàn)頻率最高。關(guān)于大霧結(jié)束時間，通常10:00～11:00結(jié)束。以上結(jié)果表明，京疆高速米東區(qū)路段大霧開始時間頻率最高在清晨，結(jié)束時間頻率最高在上午。從大霧的發(fā)生時段來看，一般生成于后半夜或清晨，日出前最濃。多發(fā)時段一般為22:00至翌日08:00，冬季尤為嚴重。總之，霧多在凌晨至日出前后時段生成，在日出后消散。

圖3 大霧開始出現(xiàn)時間的頻率分布(北京時間)

3 京疆高速米東區(qū)路段大霧與氣象要素的關(guān)系

3.1 霧與相對濕度

米東區(qū)秋冬季節(jié)平均濕度明顯大于其他時間，并且這一時間持續(xù)增加，濕度的增加對霧氣的形成有很大的作用，并且發(fā)現(xiàn)米東區(qū)的濕度比我國南方濕度小，但霧氣的嚴重程度明顯高于南方濕度大的地區(qū)，因為8、9月濕度的上升明顯，與晝夜溫差大有關(guān)，濕度的迅速增加也會導(dǎo)致大霧的形成。

空氣濕度是用于衡量空氣中水汽量與潮濕狀況的一個物理量，并且是霧形成的最關(guān)鍵影響因素。圖4為霧日相對濕度頻率分布圖，從中能夠看出霧出現(xiàn)的概率會隨著相對濕度的增加而增加，兩者存在指數(shù)增長關(guān)系。霧出現(xiàn)時，相對濕度均不低于70%，尤其是在相對濕度為90%～100%時，霧產(chǎn)生的頻率達到最高。

圖4 2013—2016年京疆高速米東區(qū)路段大霧日相對濕度頻率

3.2 霧與氣溫

氣溫對霧的形成具有一定的影響。如果地面熱量散失，溫度下降，此時地面空氣濕度增加，當氣溫降至某一臨界點時，空氣中的一些水汽會凝結(jié)聚集成水滴，飄浮在地面上方的空氣中，進而產(chǎn)生霧。米東區(qū)大霧天日均溫為-6.8 ℃，大霧產(chǎn)生的溫度范圍大，-23.5～6.0 ℃之間均會產(chǎn)生大霧，其中87.2%的大霧產(chǎn)生于-15～0 ℃區(qū)間，-5～0 ℃最多。當氣溫超過5 ℃時大霧發(fā)生率只有約0.8%，這表明溫度過高水汽難以凝結(jié)，因而很難形成霧；當溫度較低時，水汽往往會直接凝華為冰晶，也很難形成大霧，因此-20 ℃時大霧的發(fā)生率低，僅有0.6%。

3.3 霧與風(fēng)速

大霧通常會出現(xiàn)在風(fēng)速0～3 m/s的環(huán)境下，占總數(shù)的86.3%左右，其中靜風(fēng)出現(xiàn)頻率最高約26.9%；0～1 m/s為23.3%，居第二位；2～3 m/s出現(xiàn)頻率是18.3%，高于1～2 m/s的出現(xiàn)頻率；當超過5 m/s時，大霧的出現(xiàn)頻率只有約0.9%。

4 水系及種植原因

在此區(qū)域內(nèi)，水系豐富，主要要500、505水庫、塔橋灣中水庫、青格達湖以及老龍河(烏市排污河)，附近農(nóng)業(yè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)總計有近44 km2水田也在道路西北方向。每年出現(xiàn)濃霧天氣主要集中在11月至翌年1月。此外，城區(qū)北部所在的地方地勢較低，存在大片農(nóng)田，風(fēng)速較小，這些綜合因素使得米東區(qū)、京疆高速米東區(qū)路段冬季常遇大霧天氣，且形成大霧后不易擴散。

5 結(jié)論

(1)從近5年的霧日變化來看，京疆高速米東區(qū)路段霧日總體呈上升趨勢、霧多出現(xiàn)在秋、冬季。

(2)京疆高速米東區(qū)路段大霧開始時間頻率最高在清晨，結(jié)束時間頻率最高在上午。從大霧的發(fā)生時段來看，一般生成于后半夜或清晨，日出前最濃。多發(fā)時段一般為22:00至翌日08:00，冬季節(jié)尤為嚴重。總之，霧多在凌晨至日出前后時段生成。在日出后消散。

(3)研究相對濕度、氣溫以及風(fēng)速等氣象因子，對京疆高速米東區(qū)路段沿線霧的預(yù)報具有很好的指示意義。當相對濕度90%～100%，氣溫保持在-15～0 ℃、風(fēng)速為0～3 m/s時，大霧的發(fā)生概率最高。

(4)從近5年的京疆高速米東區(qū)路段各月大霧日數(shù)月變化可以看出，大霧日數(shù)月變化明顯，主要出現(xiàn)在11月至翌年3月，其中以12月最多，為73次，占36%，這主要因為冬季夜間因輻射冷卻而產(chǎn)生輻射霧。11、12、1月京疆高速米東區(qū)路段大霧的多發(fā)期。

(5)霧具有較強的局地特征，氣象部門在后續(xù)的交通氣象服務(wù)中不僅要持續(xù)改進和優(yōu)化預(yù)報方法，同時還應(yīng)當根據(jù)霧產(chǎn)生、發(fā)展的基本規(guī)律，結(jié)合高速公路各個路段在各個階段的特征深入分析霧對交通氣象所造成的影響。