东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统

书书书第２６卷第４期２０１０年８月气象与环境学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＹＡＮＤＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＶｏｌ．２６Ｎｏ．４Ａｕｇｕｓｔ２０１０收稿日期：２０１０－０４－０１；修订日期：２０１０－０７－１２。基金项目：辽宁省气象局２００７年科研课题“东北高速公路天气预报”资助。作者简介：王明华，女，１９６３年生，主要从事灾害气象服务，Ｅｍａｉｌ：[e-mail]。东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统王明华　陆忠艳　才奎志　关颖　袁子鹏　黄阁（沈阳中心气象台，辽宁沈阳１１００１６）　　摘　要：概述了东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统的总体结构，介绍了系统包含的行车安全气象条件预报专用数据库、行车安全气象条件预报方法和预报工作平台。业务应用结果表明：系统为预报员提供了能够满足实时业务需要的高速公路行车安全气象条件预报工作平台，研制的大雾、积雪、道路结冰和湿滑等客观预报方法可为交通管理部门提供高速公路行车安全气象参考信息。关键词：高速公路行车安全；气象条件；客观预报方法；预报业务系统　　中图分类号：Ｐ４５６　　文献标识码：Ａ　　文章编号：１６７３－５０３Ｘ（２０１０）０４－００５３－０４１　引言交通安全和运行与气象部门密切相关。据交管部门统计，近３０％的交通事故是在恶劣天气中发生的，大雾、雨和雪等天气是影响交通安全的主要灾害性天气。统计资料显示，对气象条件预测、应对措施不到位，因能见度低、安全视距不够、速度过快造成的交通事故，占高速公路事故总量的２７％。另外，灾害性天气经常造成公路的堵塞、封路，直接导致交通运输中断，给地方经济和公路自身经济效益造成损失。因此，加强雾、雨、雪等对交通有重要影响的天气预警工作，是实现交通运输安全、畅通和高效的重要保障之一。开展高速公路行车安全气象条件预报，探讨雾、雨、雪等交通高影响天气对行车安全的影响，并在此基础上建立高影响天气的预警模型，开发高影响天气预警业务系统，则显得十分迫切。在英国、德国、美国、日本等许多发达国家早已开展高速公路气象服务保障业务，其技术、设备也比较先进，尤其在能见度监测和预报方面取得了较好的研究成果及应用效益，为公路安全运输提供了有力的气象保障，取得的社会经济效益也是明显的。我国近几年在交通气象方面开展了许多研究。北京、江苏、上海、重庆以及广东［１－３］等省市针对部分高速公路开展了科研开发和预报服务工作。这些工作为开展交通高影响天气预警业务系统建设提供了良好的科学基础。道路交通高影响天气的预警，既是我国气象部门预报预测业务体制改革中专业化气象预报业务的一种拓展，也是交通部门发展到一定阶段提出的必然需求。２００５年交通部、中国气象局正式启动了两部门在公路交通气象监测、预报和预警领域的合作。初步建立了国家级道路交通天气预报预警业务，以雨、雪、雾等影响公路交通畅通的主要气象灾害为重点，逐步开展了全国高速公路和国道气象灾害监测预报预警工作，社会效益和经济效益显著。也为东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统的开展奠定了基础。当前的业务系统已将雨、雪、雾等高影响天气预报结果推算到我国的干线公路路段上，但还没有实现对道路交通高影响天气的预报。本研究项目正是基于道路交通的管理、国家公共安全的需求和交通气象业务的实践所提出的，通过系统的建设可使预报人员及时了解东北地区道路沿线的天气变化，提供交通高影响天气的预警与服务，从而增强预报的准确性、及时性和针对性，对提高预报质量和预报服务针对性、进而改进高速公路的服务质量以及提高道路的使用效率及安全性具有重要意义。２　系统结构系统是针对高速公路天气预报服务特点，以气象信息数据库为支撑，以高速公路天气预报方法为工作要点，以Ｃ＋＋语言为主要编程语言，建立以网络传输为主要途径的综合预报业务系统。系统由高速公路气象预报专用数据库、高速公路天气预报方法和高速公路天气预报工作平台３部分组成。２１　东北高速公路气象预报专用数据库高速公路气象预报专用数据库主要包括高速公路气象预报站点数据库、高速公路地理信息数据库、高速公路气象预报信息数据库。高速公路气象预报站点数据库主要存储高速公路沿线气象预报站点，如果高速公路沿线无气象预５４　　　气象与环境学报第２６卷　报站点，则选取该段高速公路所在的市气象预报站点代替。高速公路地理信息数据库主要存储东北地区各条高速公路的地理信息数据，为高速公路底图的制作提供数据保障。高速公路气象预报信息数据库主要存储各地区未来２４ｈ气象预报信息，主要包括天空状况、最低气温、最高气温和风向、风速等。２２　东北高速公路行车安全气象条件预报方法２２１　大雾客观预报方法大雾可造成大气能见度降低。据统计，高速公路上因浓雾影响造成的交通事故大约占事故总数的１／４左右，雾天高速公路的事故率是平常的１０倍，故有“浓雾”是高速公路的“杀手”之说。陈传雷等［４］、蒋大凯等［５］对辽宁雾的时空分布及成因和区域性大雾的预报方法进行了深入研究，对１９９４—２００２年７３次辽宁省区域性大雾过程进行对比分析后，将区域性大雾分为４种天气型：倒槽型、锋面气旋型、地形槽型和高压前部型。选取利用ＭＭ５非静力数值模式计算输出的相对湿度场、降水场、风场和气压场等，进入图１所示流程［５］进行计算，从而得出辽宁图１　辽宁省区域性大雾客观预报流程省区域性大雾客观预报结果。２２２　积雪客观预报方法雪对公路路况的破坏是气象条件中最明显的，对交通系统的影响也是多方面的。雪能使路面变滑，导致交通事故上升、运输效率严重下降。对积雪的预报主要是考虑降雪量及温度，当有微量降雪或小雪且温度低于０℃时，路面积雪很薄，不会对行车安全造成影响；当有微量降雪或小雪但温度高于０℃时则雪会融化，路面不会有积雪的存在，因而上述两种情况不考虑积雪对行车安全的影响。当有中雪［６］以上天气时，积雪覆盖路面，严重影响车辆的制动性；暴雪不仅能在路面造成较厚积雪，形成雪阻，迫使汽车在公路上停驶，造成严重交通堵塞，甚至关闭高速公路，对行车安全有重要影响。积雪预报流程见图２。图２　辽宁省积雪客观预报流程２２３　道路结冰客观预报方法　　对道路结冰的预报侧重考虑降水的性质及温度，有雨或雨夹雪天气，地面温度低于０℃后，在路面会形成冰面，对车辆行驶安全影响最大。道路结冰预报流程见图３。图３　辽宁省道路结冰客观预报流程２２４　湿滑客观预报方法降雨对交通的影响是引起路面打滑。由于雨水的浸润导致路面摩擦系数减小，使汽车制动距离增加，侧滑可能性增加，方向控制失灵而危及行车安全。湿滑预报流程见图４。图４　辽宁省道路湿滑客观预报流程２３　东北高速公路行车安全气象条件预报工作平台　　东北高速公路行车安全气象条件预报工作平台是以东北高速公路气象预报专用数据库、高速公路地理信息数据库为支撑，制作客观化东北高速公路气象预报产品（图５）。该平台具有预报产品制作、修改、发布等功能。　第４期王明华等：东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统５５　　　　　预报产品以图片与文字相结合的形式显示未来图５　东北高速公路气象预报业务工作平台示意２４ｈ各路段的行车安全气象条件。以２０１０年１月１９日的东北高速公路行车安全气象条件预报结果为例，该系统预报出了高速公路会出现对行车安全有重要影响的湿滑、结冰、积雪现象，如图６所示。　　利用东北高速公路行车安全气象条件预报工作平台，可以制作高速公路气象预报产品，预报分为指导预报和公众预报两部分。指导预报产品通过沈阳中心气象台指导产品网提供给各市级气象台使用。公众预报产品一方面为领导提供决策服务，另一方面通过报纸、电台、互联网等各种媒体向社会发布。３　结语东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统综合利用东北气象服务资源，在为下级台站高速公图６　东北高速公路天气预报产品路气象预报业务指导和为各级政府、交通管理部门提供的决策服务中发挥了重要的作用。通过高速公路行车安全气象条件预报业务系统，可以及时更新东北地区高速公路沿线的天气变化，发布高速公路天气预警与服务，从而增强预报的准确性、及时性和针对性，对提高预报质量和预报服务针对性、进而改进高速公路的服务质量以及提高道路使用效率及安全性具有重要意义，是专业气象服务领域的一次拓展。系统自投入使用后，运行稳定，效果良好，研制的客观预报方法能够提供高速公路行车安全气象条件预报参考信息。目前研发的东北高速公路行车安全气象条件预报业务系统只是选取了对行车安全有重要影响的气象因子，实际上对高速公路行车安全有影响的气象因子远不止这些，例如大风、沙尘天气５６　　　气象与环境学报第２６卷　等都会对行车安全造成一定的影响，需进一步研究。另外，本文选用的气象因子对行车安全的影响程度未进行分级，因雾、雨、雪的量级不同，对行车安全造成的影响也不同，需要继续与交通部门合作并完善。参考文献［１］　张朝林，张利娜，程丛兰，等．高速公路气象预报系统研究现状与未来趋势［Ｊ］．热带气象学报，２００７，２３（６）：６５２－６５８．［２］　王淑英，孟燕军，赵习方，等．北京高速公路大气能见度与气象条件的相关分析［Ｊ］．气象科技，２００２（５）：３０６－３２０．［３］　张振维，李巍，等．沈大高速公路沿线气象因子特征研究［Ｊ］．环境保护科学，２０００（９７）：４５－４６．［４］　陈传雷，蒋大凯，孔令军，等．近５３年辽宁雾的时空分布及成因分析［Ｊ］．气象与环境学报，２００６，２２（１）：２１－２４．［５］　蒋大凯，闵锦忠，陈传雷，等．辽宁省区域性大雾预报研究［Ｊ］．气象科学，２００７，２７（５）：５７８－５８３．［６］　张鹏，齐晓杰，赵国．气象条件对交通事故的影响分析［Ｊ］．科技论坛，２００９：６６．ＳｅｒｖｉｃｅｓｙｓｔｅｍｏｎｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｈｉｇｈｗａｙｔｒａｆｆｉｃｓａｆｅｔｙｉｎＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａＷＡＮＧＭｉｎｇｈｕａ　ＬＵＺｈｏｎｇｙａｎ　ＣＡＩＫｕｉｚｈｉ　ＧＵＡＮＹｉｎｇ　ＹＵＡＮＺｉｐｅｎｇ　ＨＵＡＮＧＧｅ（ＳｈｅｎｙａｎｇＣｅｎｔｒａｌＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｏｒｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１００１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｇｅｎｅｒａｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｓｅｒｖｉｃｅｓｙｓｔｅｍｏｎｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｈｉｇｈｗａｙｔｒａｆｆｉｃｓａｆｅｔｙｉｎＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＣｈｉｎａｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｄａｔａｂａｓｅ，ｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｗｏｒｋｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓｅｒｖｉｃｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｎｅｅｄｓｆｏｒｆｏｒｅｃａｓｔｅｒ．Ｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔｏｎｈｅａｖｙｆｏｇ，ｓｎｏｗｃｏｖｅｒ，ｒｏａｄｉｃｉｎｇ，ｗｅｔａｎｄｓｌｉｐｐｅｒｙｒｏａｄａｎｄｓｏｏｎｃｏｕｌｄｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｆｏｒｈｉｇｈｗａｙｔｒａｆｆｉｃｓａｆｅｔｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈｉｇｈｗａｙｔｒａｆｆｉｃｓａｆｅｔｙ；Ｗｅａｔｈｅｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ；Ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｏｒｅｃａｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ；Ｆｏｒｅｃａｓｔｓｙｓｔｅｍ