1、第 41 卷 第 1 期2023 年 2 月Vol.41 No.1February，2023干旱气象Journal of Arid Meteorology连霍高速公路陕西段低能见度特征及影响因素张宏芳，张曦，梁佳，郭琦，王靖中（陕西省气象服务中心，陕西 西安 710014）摘要：为了提升高速公路沿线低能见度预报预警能力，本文利用连霍高速公路陕西段沿线10个交通气象观测站逐时观测资料和欧洲中期数值预报中心ERA5逐小时再分析数据，分析公路沿线低能见度分布特征，探究低能见度与其他气象要素的关系。结果表明：1月是连霍高速公路陕西段沿线低能见度天气高发月份，而2月低能见度天气最少；一日中00：0010
2、：00（北京时，下同）低能见度出现次数最多，其中050 m的低能见度主要出现在05：0006：00；低能见度持续时间较短，多在2 h以内，最长持续17 h。兴平到常兴段、陈仓段低能见度天气较多，是日常交通气象服务需要重点关注的路段。低能见度与各气象要素的关系分析发现，05 的气温、90%以上的相对湿度、1.0 ms-1以下的风速且处于东北风至东风条件下低能见度出现次数最多。夏季和冬季低能见度多与降水天气有关，低能见度通常出现在降水过程中或过程后，这种低能见度天气均在天气系统影响时出现，较辐射降温引起的低能见度持续时间更长、范围更广。各季节低能见度形成时的相对湿度不尽相同，冬、夏、秋季低能见度天
3、气的相对湿度较高，而春季低能见度天气的相对湿度较低。关键词：连霍高速公路陕西段；低能见度；分布特征；影响因素文章编号：1006-7639（2023）01-0082-09 DOI：10.11755/j.issn.1006-7639（2023）-01-0082中图分类号：P49；U491.4 文献标志码：A引 言伴随着国民经济的快速发展，高速公路在日常交通、运输方面的作用越来越大，与此同时在气候变暖背景下各类恶劣气象条件对其影响也日趋明显（王志等，2017；Xu et al.，2018；Yuan et al.，2018）。据公安部数据统计显示，我国高速公路交通事故中恶劣天气占比近两成，15%的重特
4、大交通事故和21%的直接经济损失发生在恶劣气象条件下（田华等，2019）。因此，开展高速公路沿线恶劣天气的时空分布特征及预报预警技术研究是推进交通气象高质量发展的重要基础。大雾、霾、沙尘、降水等引发的低能见度天气是造成我国高速公路交通事故最严重的灾害性天气之一（包云轩等，2013），如河北高速公路 38.3%的通行受阻是由气象因素造成，其中以雾居多，冰雪次之（曲晓黎等，2016；曲晓黎等，2020）；安徽高速公路管制中雾占比 60.9%，且管制等级较高（丁国香等，2018）。从20世纪60年代起，美国、英国等率先开展大气能见度的时空变化及趋势研究；20 世纪80年代后，能见度的相关研究逐渐细化
5、，主要侧重于大气污染物影响及气象条件等多角度分析（Craig and Faulkenberry，1979；Naegele and Sellers，1981；Lee and Kwak，2018）。我国大气能见度的研究起步较晚，20世纪 80年代后才陆续开展一系列关于能见度发生发展规律（吴丹等，2019；丁秋冀等，2013）、宏微观物理特征（吴兑等，2007；黄建平等，1998；王宏斌等，2021）及天气成因（高红燕等，2013；刘小宁等，2005）等方面的研究。归纳起来，能见度与气象要素（相对湿度、气温、气压、风速等）的关系分析大多采用相关系数、百分率、Ridit分析等方法。研究发现，北京高速公
6、路沿线大气能张宏芳，张 曦，梁 佳，等.连霍高速公路陕西段低能见度特征及影响因素 J.干旱气象，2023，41（1）：82-90，ZHANG Hongfang，ZHANG Xi，LIANG Jia，et al.Characteristics and influence factors of low visibility along Shaanxi section of the Lian-Huo expressway J.Journal of Arid Meteorology，2023，41（1）：82-90，DOI：10.11755/j.issn.1006-7639（2023）-01-0082
7、收稿日期：2021-11-16；改回日期：2022-04-19基金项目：陕西省重点研发计划项目（2022SF-360）、中国气象局气象灾害风险评估项目、秦岭和黄土高原生态环境气象重点实验室开放研究基金课题（2020G-9）共同资助作者简介：张宏芳（1981），女，陕西平利人，正高级工程师，主要从事气象服务与应用气象研究。E-mail:。第 1 期张宏芳等：连霍高速公路陕西段低能见度特征及影响因素见度与相对湿度呈负相关，与风速和气压呈正相关，高湿和小风是出现低能见度的主要气象条件（王淑英等，2002）；江苏沿海高速公路的能见度低于 500 m 后，若相对湿度继续增大到 97%左右，且气温处于04
8、、风速小于2.0 ms-1、风向为ENESSE（东东北南东南）时，能见度可能继续下降到200 m 以下（王博妮等，2016）。然而，能见度与气象要素之间并非是简单的线性关系。张利娜等（2008）研究发现，首都国际机场高速公路沿线大气能见度与湿度之间呈明显的乘幂分布关系，而与气温呈U型相关。可见，能见度的形成与发展机制复杂，不同地域环境的能见度分布特征及其发生发展规律存在较大差异。因此，开展不同高速路段能见度时空分布特征和影响因子分析，构建精准预报预警模型，对提升交通气象高质量服务水平有重要意义。近年来，随着我国高速公路通车里程的快速增加，交通气象服务需求更加精细化，加之我国幅员辽阔、地形复杂、
9、气候多样，气候变暖背景下开展不同高速路段能见度研究对防灾减灾意义重大。陕西省作为我国内陆中心和旅游大省，是交通枢纽中心带，目前全省公路里程达17万km，高速公路通车里程突破5 000 km（张宏芳等，2020）。由于陕西省高速公路沿线交通气象观测站建站晚，交通气象基础数据匮乏，预报基础薄弱，对高速公路沿线恶劣天气下低能见度的认识还处于探索阶段。连霍高速公路（G30）作为贯穿陕西省东西向的主干线，沿线途经渭南、西安、咸阳、宝鸡4市13县（区），全长379 km。从2019年开始，基于十三五省部合作和中国气象局项目，陕西省气象局在连霍高速公路陕西段布设了13套交通气象观测站。本文基于连霍高速公路陕
10、西段交通气象观测站数据和欧洲中期数值预报中心ERA5再分析资料，深入分析公路沿线低能见度的时空分布特征及其与气象要素的关系，旨在揭示公路沿线低能见度发生发展规律及其相关气象条件等关键气象信息，以期为该路段低能见度的精细化定点预报与预警提供技术支撑。1资料和方法所用资料包括：（1）2019年11月30日至2020年12月31日连霍高速公路陕西段沿线10个交通气象观测站逐小时（北京时，下同）观测数据，包括最小能见度、降水量、相对湿度、气温、最高气温、最低气温、风速和风向、路面温度、路面最高温度、路面最低温度及路面状态等要素。其中，临渭站位于渭南市，兴平站、秦都站、武功站位于咸阳市，杨凌站位于西安市
11、，常兴站、眉县站、阳平站、陈仓站、坪头站位于宝鸡市（图1）。（2）2020年1月2425日欧洲中期数值预报中心ERA5逐小时再分析数据，包括地面气压、相对湿度、风场、位势高度、比湿等要素（https：/climate.copernicus.eu/prod-ucts/climate-rean-alysis）。该资料从地面到0.01 hPa共分为137层，水平分辨率为 0.1250.125。（3）陕西省及各市行政边界，是基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS（2016）1606号的标准地图制作，底图无修改。按照 高速公路交通气象条件等级 标准（卞光辉等，2010），根据低能见度对
12、高速公路的影响程度，本文将最小能见度小于等于500 m定义为低能见度，并划分为4个等级：200500 m、100200 m、50100 m、050 m。在计算低能见度时次前，预先对10个交通气象站观测资料进行质量控制，剔除错图1连霍高速陕西段（黑色粗实线）沿线交通气象观测站（蓝色五角星）和海拔高度（填色区，单位：m）分布Fig.1The distribution of traffic meteorological monitoring stations（blue five-pointed stars）and altitude（color filled areas，Unit：m）along Sh
13、aanxi section of the Lian-Huo expressway（black thick solid line）8341 卷干旱气象误数据；然后，当某一时刻某站能见度数据满足低能见度定义时，则计为1时次。2高速沿线不同等级低能见度特征2.1低能见度总体变化特征2019年11月30日至2020年12月31日连霍高速陕西段10个交通气象站有66 d出现低能见度天气，共计533时次。其中，200500 m低能见度天气437时次，占比82.0%；100200 m低能见度天气72时次，占比 13.5%；50100 m 低能见度天气 21 时次，占比3.9%；050 m低能见度天气仅出现3
14、时次，占比0.6%。2020年各月均有低能见度天气出现，1月低能见度天气发生次数最多，出现16 d，共计262时次（占比55.0%），其中050 m低能见度天气出现2 时次；其次是 8 月，出现 5 d，共计 48 时次（占比10.1%），而 2、3月低能见度天气相对较少，均出现3 d，时次占比分别为6.3%、8.4%（图略）。可见，1月是连霍高速陕西段低能见度天气高发月份，是日常业务中需要重点关注的时段。从低能见度时次日变化 图2（a）来看，连霍高速陕西段一天中的任何时刻都可能出现低能见度天气，尤其00：0010：00低能见度天气频发，该时段低能见度占比71.3%，07：00、09：00为峰
15、值（占比8.3%）；14：0018：00低能见度天气较少，时次占比仅0.7%0.9%。从不同等级低能见度分布 图2（a）来看，050 m低能见度主要出现在05：0006：00，50100 m低能见度主要出现在夜间到凌晨，时段比较分散；100200 m低能见度主要出现在01：0003：00、05：0007：00，200500 m低能见度主要出现在00：0010：00。最小能见度逐时变化 图2（b）显示，23：00至次日10：00均有小于100 m的低能见度天气出现，正好对应低能见度的高发时段；12：0015：00最小能见度通常为200500 m，经研判该时段强浓雾天气少导致低能见度出现次数较少。
16、从低能见度持续时间图2（c）来看，连霍高速陕西段的低能见度通常持续不足 1 h，1 h 以内的低能见度天气占比最大为50.6%，且随着持续时间的延长，占比显著降低，12 h、23 h、45 h 的低能见度天气占比分别为18.5%、9.9%、6.8%；超过7 h的低能见度天气较少，研究时段内仅出现9次，共计占比5.6%。其中，持续时间最长的过程是2020年1月25日关中、陕南出现的大范围大雾或浓雾天气，24日19：0020：00开始，25日12：00之前消散，低能见度最长持续时间达17 h。图2连霍高速陕西段不同等级低能见度出现时次及占比（a）与最小能见度（b）日变化和不同持续时间低能见度出现次数占比（c）Fig.2The diurnal variations of occurring times and proportion of low visibility with different levels（a）and minimum visibility（b）and the proportion of occurring times of low visibility with diff