高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務研究進展

康延臻，王式功,2，楊　旭，李景鑫，徐文君，尚可政

(1.蘭州大學大氣科學學院，甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室，甘肅　蘭州　730000；2.成都信息工程大學大氣科學學院，高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，四川　成都　610225；3.中國氣象科學研究院，北京　100081；4.中國人壽財產(chǎn)保險蘭州分公司，甘肅　蘭州　730000)

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高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務研究進展

康延臻1，王式功1,2，楊旭1，李景鑫3，徐文君4，尚可政1

(1.蘭州大學大氣科學學院，甘肅省干旱氣候變化與減災重點實驗室，甘肅蘭州730000；2.成都信息工程大學大氣科學學院，高原大氣與環(huán)境四川省重點實驗室，四川成都610225；3.中國氣象科學研究院，北京100081；4.中國人壽財產(chǎn)保險蘭州分公司，甘肅蘭州730000)

高速公路交通運輸是國民經(jīng)濟建設和民眾出行的大動脈，它對氣象條件具有高敏感性。不利的天氣條件易導致交通事故頻發(fā)，造成財產(chǎn)損失和人員傷亡，已成為社會各界廣泛關注的熱點問題。本文系統(tǒng)梳理了國內外高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務研究進展，重點介紹高速公路交通氣象監(jiān)測預報研究發(fā)展歷程，分析幾類惡劣天氣對交通運輸安全的影響與機理，最后探討了中國特色高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)建設的內容、特點及趨勢。結果表明，以霧為主的低能見度、道路積雪和結冰、強降水等是影響高速公路安全運行的主要氣象因素。本研究旨在促進我國交通氣象學科的發(fā)展，提升現(xiàn)代化高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務水平，并為科學決策道路建設、防范和應對交通事故、保障財產(chǎn)和生命安全提供參考依據(jù)。

高速公路；交通氣象；交通安全；監(jiān)測預報；惡劣天氣；預警服務

引　言

交通運輸作為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的重要基礎，在切實保障人民基本生產(chǎn)生活、有力支撐社會經(jīng)濟發(fā)展方面意義重大。高速公路具有較一般公路快捷、高效的特點，是國家交通運輸?shù)拇髣用}，其發(fā)達程度是一個國家經(jīng)濟實力的重要標志?，F(xiàn)代高速公路運輸體系所追求的目標是“高速、高效、安全和舒適”，但隨著運輸量的增加和極端天氣事件的頻繁出現(xiàn)，高速公路的安全運營受到嚴重影響。大霧、降水、大風、沙塵暴、極端溫度、雷電、積雪和道路結冰、以及由暴雨天氣誘發(fā)的泥石流、塌方等地質災害是影響安全行車的主要氣象因素。

據(jù)統(tǒng)計，美國高速公路平均每年發(fā)生的600萬起交通事故中約有170萬是由惡劣天氣引發(fā)的，造成約80萬人受傷和7 000人死亡[1]。2001—2007年我國高速公路因不良天氣條件引發(fā)的事故數(shù)和死亡人數(shù)呈逐年上升趨勢，每年約有30%的高速公路交通事故與不良天氣條件直接有關，不良天氣條件下高速公路交通事故傷亡人數(shù)約占交通事故總傷亡人數(shù)的20%[2-3]。近年來，全國平均每年高速公路交通事故死亡人數(shù)近12萬人，其中約70%與氣象原因有關。如2013年1月31日，北京市凍雨和降雪天氣形成的“地穿甲”現(xiàn)象，造成道路行人摔傷和車輛刮蹭、追尾等事故，半天內達2 000余起，造成至少4人死亡；2015年12月8日，在山西太長高速公路太原方向王村橋路段，因大霧能見度極低，發(fā)生多起多車相撞道路交通事故，共涉及車輛33輛，造成6人死亡、4人受傷；交通運輸部安全委員會發(fā)布的《交通運輸安全生產(chǎn)事故報告(2013年)》顯示，由于惡劣天氣事故多發(fā)，2013年全國道路、水路運輸以及交通運輸工程建設領域共發(fā)生一次死亡3人及以上的安全生產(chǎn)事故280起(件)，死亡失蹤1 336人。另外，不良氣象條件引起的機動車輛交通事故保險理賠案件也呈逐年增多趨勢。如2005年，北京地區(qū)的雹災、福建地區(qū)“龍王”臺風形成的大面積水災，直接造成當?shù)貦C動車輛損失幾千萬元；據(jù)山西省保監(jiān)局不完全統(tǒng)計，2013年4月19日山西大部分地區(qū)受罕見暴雪影響，因暴雪災害引起的路滑車輛碰撞的保險理賠案件2 473起，理賠金額高達925.55萬元。

高速公路交通安全與氣象條件關系非常密切。歐美等發(fā)達國家早已建成了四通八達的高速公路網(wǎng)絡，因此極其重視道路交通安全對氣象條件的需求，并投入大量的人力、物力、財力進行預報方法和服務手段的研究，取得了大量的研究成果[4]。我國自1988年第一條高速公路沈大線建成通車以來，高速公路通車里程不斷增長，截至2015年底，高速公路總通車里程已增至12.5373×104km，機動車保有量達2.79億輛，其中汽車1.72億輛。2016—2020年(十三五時期)是高速公路加快成網(wǎng)的關鍵時期，提出了高速公路建設的5個任務，從而使高速公路作為綜合交通運輸體系的重要組成部分發(fā)揮支撐和引領作用。此外，根據(jù)《國家公路網(wǎng)規(guī)劃(2013—2030年)》，到2030年將基本建成覆蓋全國的高速公路網(wǎng)，其中國家高速公路共36條，達11.8萬km。

我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展，特別是物流等行業(yè)異軍突起，使道路交通呈現(xiàn)出交通流量高位增長、交通工具日趨多元、群眾出行需求日益旺盛新格局的同時，也造成了高速公路交通事故發(fā)生率大幅攀升。高速公路交通事故的發(fā)生是人員、車輛、道路、天氣等因素綜合作用的結果，10 mm以上降水(雨、雪)、凍雨(道路結冰)、霧(大霧、團霧)、揚沙、沙塵暴等惡劣天氣現(xiàn)象是高速公路交通事故的重要誘因。據(jù)湖北省公安廳高速公路警察總隊統(tǒng)計[5]，高速公路40%的交通事故發(fā)生在陰天，38%的交通事故發(fā)生在雨天。以漢宜高速為例，汛期(5—9月)是交通事故高發(fā)時期，冬季(12月—翌年2月)其次，春季(3—4月)及秋季(10—11月)事故發(fā)生較少，這與汛期不利氣象條件的多發(fā)密切相關。

我國的高速公路建設發(fā)展迅速，在國民經(jīng)濟發(fā)展、國防建設和人民生活水平提高等方面都發(fā)揮著重要作用?；诟咚俟方煌ㄊ鹿蕦庀髼l件高度敏感性這一事實，迫切需要加強高速公路氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)的建設，而公路氣象預報信息系統(tǒng)作為國家交通(公路)信息服務平臺的7大系統(tǒng)之一，其重要性正在不斷被社會認可和提升[6]。高速公路氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)首先為駕駛員、道路養(yǎng)護人員、應急救援人員和交通指揮管理部門提供及時準確的路況運行和氣象信息，為政府部門科學決策提供依據(jù)，進而采取積極有效的措施改善道路交通條件和使用性能，以延長道路的使用壽命；其次在重大氣象災害發(fā)生時，高速公路管理部門可提前根據(jù)交通氣象預報做出應急安排，以便預防或減輕災害性天氣造成的危害，確保高速公路安全暢通；再者，氣象信息有助于在建或擬建高速公路的線路規(guī)劃、工程建設及災害防御科學決策，從源頭上預防不利天氣對高速公路安全運行造成危害。據(jù)2011年交通運輸部與中國氣象局評估證明，交通氣象服務對公路交通行業(yè)發(fā)展的貢獻率超過1.09%。實踐證明，在危險天氣來臨前，準確及時的道路交通天氣預報預警服務是保障交通安全的重要舉措。高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務系統(tǒng)具有重要實用價值[7-8]。

雖然我國高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務研究與應用得到進一步加強，但在現(xiàn)有高速公路氣象監(jiān)測技術條件下，對路面溫度變化規(guī)律、不同降水類型(強度)形成的結冰過程、路面積水深度變化等物理變化的認識具有一定局限性，同時大部分地區(qū)高速公路氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)的研究與開發(fā)尚待完善。為滿足我國現(xiàn)代化高速公路建設和發(fā)展需求，迫切需要建立一個立體化、網(wǎng)絡化、信息化、智能化、高效安全的現(xiàn)代化高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)。本文試圖在總結國內外高速公路交通氣象監(jiān)測預報研究進展的同時，重點分析了惡劣天氣狀況(大霧、低能見度、強降雨、降雪、大風、極端溫度、冰雹、雷電等)對高速公路交通運輸安全的影響及其機理，并探析高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)建設的內容及特點；在分析我國交通氣象監(jiān)測預報服務發(fā)展趨勢的基礎上，提出有針對性的建議。旨在為保障安全運行和減少人民生命財產(chǎn)損失、提高我國智能化高速公路建設提供科學依據(jù)。

1　高速公路交通氣象監(jiān)測預報研究發(fā)展歷程

現(xiàn)代交通運輸體系所追求的安全、快速、高效和經(jīng)濟適用，在很大程度上受到氣象因素的影響和制約。面對全球氣候變暖引起的極端災害性天氣增多以及世界經(jīng)濟社會快速發(fā)展的新常態(tài)，有效保障惡劣天氣條件下的交通安全，力求獲取最大的經(jīng)濟效益和社會效益，提高應對交通氣象災害處理能力，是一項重要而緊迫的任務。交通氣象監(jiān)測預報服務的好壞，直接影響到高速公路運輸系統(tǒng)和設施的安全、效率及經(jīng)濟效益，具有增強運輸安全和保障經(jīng)濟效益的雙重作用。

高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務系統(tǒng)是道路交通氣象的重要組成部分，普遍受到各國政府的高度重視。隨著道路交通氣象科學研究的不斷發(fā)展及國際合作的加強，1984年第一個國際性交通氣象組織即歐洲交通氣象委員會(Standing Europe Road Weather Commission，SERWEC)在哥本哈根宣告成立，1992年更名為國際交通氣象委員會(Standing International Road Weather Commission，SIRWEC)，旨在進一步促進全球范圍內公路交通氣象領域的知識交流。成員國主要集中在歐洲、北美，每2 a舉辦一次全球公路氣象大會，主要開展道路安全維護管理、氣象學、環(huán)境保護等道路氣象領域間的信息交流，致力于降低和減少氣象條件對交通的不利影響。合作研發(fā)的道路氣象信息系統(tǒng)(Road Weather Information System，RWIS)，已在30多個國家和地區(qū)使用，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟社會效益。國外的交通與氣象一體化進程及其研究成果，為我國公路交通氣象研究提供了寶貴的經(jīng)驗。我國已加入SIRWEC組織，并參加了14～17屆SIRWEC研討會議。

1.1國外研究現(xiàn)狀

交通氣象服務水平高低，主要依靠基于實時公路沿線觀測數(shù)據(jù)和分析預報集成系統(tǒng)。北歐、美國、加拿大、日本等發(fā)達國家在公路交通氣象服務方面的工作起步較早，并根據(jù)自身需求開展了大量卓有成效的工作，積累了豐富的經(jīng)驗。一些國家建立了道路氣象信息系統(tǒng)(RWIS)，其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用傳感器收集和監(jiān)控影響安全運行的道路小氣候數(shù)據(jù)，包括溫度、風速、風向、降水和濕度等變化狀況，每隔一定時間自動將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降缆饭芾硇畔⑾到y(tǒng)中。管理人員通過對數(shù)據(jù)分析來評價未來氣象條件對道路運行可能帶來的影響，制定應對措施，從而保障公路的正常、安全運行，同時還可以為道路養(yǎng)護人員提供實時的道路信息，有助于對道路進行合理維護管理。

1.1.1歐洲

在1980年代，德國、挪威、瑞典、芬蘭等國家先后建立了道路氣象實時監(jiān)測預報系統(tǒng)，并將許多開創(chuàng)性的應用成果逐漸推廣到世界各地。挪威主要通過雷達和衛(wèi)星對極端天氣條件下道路的天氣狀況進行監(jiān)測，為道路管理部門提供地面監(jiān)控資料，以文本形式發(fā)布一般天氣預報產(chǎn)品及惡劣駕駛條件下山地、峽谷等地的特殊天氣產(chǎn)品。近期，主要致力于研發(fā)能夠自動生成預報結果、跟蹤監(jiān)測結果的公路氣象條件預報模型。芬蘭氣象局和道路維護公司合作成立了道路天氣服務中心，2000年開始使用道路交通模式為道路交通提供地面結冰、霜凍、霧凇、變溫、地面雨水、凍雨、霧、降雪等天氣狀況和預報服務，用于指導道路維護活動，保障行車安全，減少人員傷亡和維護成本。氣象學家、道路維護公司和汽車駕駛人員，通過手機輸入出發(fā)時間、目的地等信息就可以查閱道路沿線的天氣狀況[9]。德國建立了公路天氣信息系統(tǒng)，利用氣象部門短期天氣預報和在公路上安裝的滑溜預警設施及公路天氣監(jiān)測系統(tǒng)，來實時監(jiān)測常規(guī)氣象要素以及路面狀態(tài)。英國開發(fā)了3種道面溫度預報模型[10-12]，其中Icebreak model發(fā)展成為可提前6 h預報路面溫度狀態(tài)的自動預報模式，誤差在1 ℃左右。且公路管理站依托氣象局在交通事故易發(fā)的陡坡、岔坡道上安裝的監(jiān)測雷達，發(fā)布位于風暴路段的交通氣象預報，降低了不利天氣對旅客、運輸貨物及交通設施帶來的風險，使交通事故明顯減少，為政府節(jié)約了大量資金。

1.1.2北美洲

美國和加拿大領土面積廣闊，自然氣候條件較西歐諸國復雜多樣，因此對高速公路預報與監(jiān)測系統(tǒng)的研究和應用更為重視。1990年代，美國聯(lián)邦高速公路局與國家氣象科研單位合作建立了道路氣象預報系統(tǒng)，進行冬季公路的維護[13]。2001年美國佛羅里達州開發(fā)了道路氣象信息系統(tǒng)，首要目標是為交通部門道路的使用者、災害管理部門等提供及時有效的天氣預警信息，以便保證交通安全，減少與天氣相關的交通事故，提高預警管理能力。2004年，美國交通部聯(lián)邦高速公路管理局提出建立“國家范圍地面交通天氣觀測和預報系統(tǒng)的建設方案(CLARUS)”計劃，由美國交通部門、氣象部門及多所大學科研機構聯(lián)合設計完成，在進行廣泛驗證后已進入推廣使用階段。另外，美國各州也積極發(fā)展適合本地區(qū)的道路氣象監(jiān)測與預報系統(tǒng)。如華盛頓州建立了適合當?shù)靥鞖獾牡缆仿访骖A報模式，用于路面溫度等氣象要素的預報，并利用網(wǎng)站發(fā)布道路實時天氣預報信息。田納西州的低能見度預警系統(tǒng)覆蓋了30.6 km道路，設置2個環(huán)境監(jiān)測站和8套能見度監(jiān)測儀。美國也有很多私人公司參與制作道路氣象信息與36～48 h預報，用戶在付費后可以隨時了解高速公路路段當前天氣情況及未來趨勢。多年來，道路氣象監(jiān)測預報服務給美國帶來顯著的經(jīng)濟效益。美國愛達荷州依據(jù)天氣預報對第12號高速公路29英里路段進行防冰凍預處理，減少了62%的道路維護時間和83%的研磨劑用量，事故發(fā)生率也因此降低了83%[14]。研究顯示，道路氣象預報系統(tǒng)所產(chǎn)生的直接經(jīng)濟效益約為投入成本的2倍，而間接經(jīng)濟效益高達10倍。Boon等[15]通過評估華盛頓全面使用交通氣象信息服務系統(tǒng)及相關運輸效率，進一步確定研究費用和產(chǎn)出效益之比為1:5。目前，美國在各州道路天氣信息系統(tǒng)的基礎上，正在形成國家級的道路天氣信息系統(tǒng)，并逐漸成為智能交通系統(tǒng)(Intelligent Transportation Systems，ITS)的組成部分，應用范圍和功能將進一步擴大。

加拿大已研制了路面狀況預報模式(Model of Environment and Temperature of Roads, METRo)[16]，該模式由路面能量平衡模塊和路面材料熱傳導模塊及路面水、雪、冰積聚模塊組成，可在人工與自動2種狀態(tài)下運行，提供每日2次的24 h路面溫度預報，其獨特的誤差耦合訂正機制使預報誤差約在±2 K左右。近年來，METRo還在歐洲斯洛伐克、斯洛文尼亞和捷克等國家得到推廣應用，取得了良好的效果。

鑒于大部分歐美國家處于中高緯度地區(qū)，地理氣候區(qū)域特征使高速公路運輸易受到低溫雨雪冰凍災害的影響。因此，公路交通氣象預報系統(tǒng)側重于路面狀態(tài)(尤其是道路結冰)預報模式的研究。1957年，美國學者Barber[17]最早利用熱傳導方程來確定路面最高溫度。Christison等[18]以一維熱傳導方程為基礎，建立了基于有限差分方法求解瀝青路面狀況的預估模型，并將其模擬結果作為初始條件和邊界條件代入預估模型，最終獲得路面溫度狀況預報。1980年代后，利用交通氣象觀測數(shù)據(jù)和以輻射能量平衡為基礎建立的路面模式溫度場改進算法，再同化各種有效參量建立的路面狀況預報模型得到迅速發(fā)展[19-20]。為提高高速公路上路面溫度、降雪、結冰及積水深度的預報水平，在傳統(tǒng)的路面模式改進過程中，基于GIS和物理模型的地形[21]、車流量[22-23]、環(huán)境風[24]、氣溫[25]、云量[26]和工業(yè)鹽播撒[27]等影響道路表面輻射能量平衡的相關因子，已被廣泛應用。其中在道路結冰預報時，充分考慮了路面輻射能量平衡方程、路面特性以及人為影響(諸如車流量、工業(yè)鹽播撒)，為有效、定量地確定撒鹽的時間和數(shù)量節(jié)省資金，以及提高應急防御效率提供重要科學依據(jù)。

1.2國內研究現(xiàn)狀

交通氣象信息是智能交通系統(tǒng)(ITS)的基礎，高速公路交通基本信息可劃分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息。靜態(tài)交通信息，包括道路條件信息、沿線交通設施信息和環(huán)境信息等；動態(tài)交通信息，包括實時交通狀態(tài)、公路施工、特殊管理情況和氣象環(huán)境信息等。

高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)，主要包括高速公路自動氣象監(jiān)測、信息傳輸、數(shù)據(jù)庫、交通氣象分析預報系統(tǒng)和預警服務系統(tǒng)(手機短信、高速公路顯示屏、電視網(wǎng)絡等)等。其中，網(wǎng)絡式交通氣象綜合監(jiān)測站(Transportation Meteorological Station Base Network，NTMS)是ITS系統(tǒng)的基本組成單元，其綜合信息采集、信息處理、網(wǎng)絡通訊和基站的自身安全監(jiān)控能力以及對危險環(huán)境信息自識別能力等，直接影響ITS基礎信息的準確性。華云等公司針對我國高速公路沿線氣象環(huán)境監(jiān)測預警需求，開發(fā)的高速公路氣象監(jiān)測及預警系統(tǒng)(Highway Meteorological Monitoring and Warning System，HMWS)，主要由高速公路氣象與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)(Highway Meteorological Monitoring System，HMS)、高速公路氣象災害預警發(fā)布系統(tǒng)(Highway Meteorological Disaster Issuing System，HMI)和高速公路氣象環(huán)境災害預警中心站(Highway Meteorological Warning Center，HMC)構成，已在山東、河北和貴州等城市推廣應用。

我國交通氣象信息監(jiān)測系統(tǒng)研究雖然起步較晚，但近幾年發(fā)展速度較快，主要得益于氣象觀測技術的進步和我國公路交通建設的快速發(fā)展。1990年代，我國公路基礎設施實現(xiàn)了跨越式發(fā)展。全國公路通車里程凈增37×104km，是1980年代凈增里程的2.6倍。特別是高速公路通車里程由1990年代初的幾百公里增長到1.6×104km，高等級公路的比重提高了9%，公路密度已達每百平方公里14.6 km。2004年我國公路通車總里程達187.1×104km，其中高速公路里程達3.4×104km，位居世界第二位。1988—2015年，我國從“2縱2橫和3個重要路段”，發(fā)展到“5縱7橫”，再到“7918”縱橫華夏大地的高速公路網(wǎng)，高速公路里程已達12.5373×104km，超過美國居于世界第一。

我國自然氣候狀況與歐美等發(fā)達國家有明顯差異，道路氣象條件局地性十分顯著。尤其是霧對道路交通安全的威脅較發(fā)達國家嚴重得多，因此霧對于交通安全影響的相關研究開展較早。1996年，江蘇省氣象局和滬寧高速公路運營管理部門緊密合作，開展了高速公路氣象條件監(jiān)測、預報預警服務等試驗。因冬、春季京珠高速公路粵境北段南嶺大瑤山濃霧頻發(fā)，交通部與中國氣象局熱帶海洋研究所合作，于1998年首次在高速公路設計施工階段有針對性地對危害行車安全的濃霧進行專項研究。1999年，上海滬杭高速松江榮樂路段第一座交通氣象站的建立，標志著我國正式開展道路交通實時氣象信息監(jiān)測工作。20世紀末，江蘇、安徽、上海等省份率先在高速公路沿線建成帶有能見度傳感器等氣象要素觀測儀器的高速公路氣象監(jiān)測站。2005年5月29日，交通運輸部和中國氣象局首次聯(lián)合發(fā)布“全國主要干線公路交通氣象預報”，標志著我國公路交通氣象信息服務工作步入常態(tài)化；7月27日，交通部和中國氣象局“關于開展公路交通氣象預報備忘錄”的簽署，揭開了我國交通氣象預報的歷史新篇章。

2006年12月，中國氣象局和上海區(qū)域氣象信息中心協(xié)作開展華東區(qū)域交通氣象監(jiān)測預報研究，分階段在滬寧高速公路上安裝了26套我國自主研制的AMW環(huán)境氣象監(jiān)測站。2007年，北京市氣象局采用芬蘭ROSA儀器建立了18個高速公路氣象監(jiān)測站，并利用自主研制的數(shù)字化能見度儀建成了6個能見度觀測站。隨后，天津、遼寧、河北、陜西和山西等省氣象部門積極跟進，在陸續(xù)建設公路沿線自動氣象觀測站(包括能見度、風向、風速、氣溫、濕度、雨量、路面狀況等)的同時，以多種方式告知管理人員和駕駛員等惡劣或極端天氣信息，提高安全行車水平。根據(jù)交通部和中國氣象局的通知要求，各級氣象部門也積極開展公路交通氣象信息預報服務的研究工作。

2010年8月31日，交通部與中國氣象局聯(lián)合下發(fā)了《關于進一步加強公路交通氣象服務工作的通知》，要求共同推進公路交通氣象觀測站點網(wǎng)絡建設，以霧、雨、雪、低溫冰凍、沙塵暴等影響公路交通安全的災害性天氣監(jiān)測為重點，按職責分工，在高速公路和國、省干線公路及重點旅游公路沿線，積極推動建立專門的交通氣象觀測站網(wǎng)和視頻實景觀測系統(tǒng)。同時，還制定了我國交通氣象行業(yè)標準。從2010年10月起，中國氣象局開始為交通運輸部、公安部交管局及旅游局等單位提供與交通安全相關的交通高影響天氣監(jiān)測預警產(chǎn)品。但是，到2011年底，我國在高速公路沿線建成的交通氣象觀測站為1 422個，其中能見度和路面狀況觀測站分別為785個和305個，僅能提供不到10%的高速公路沿線氣象監(jiān)測信息，大大制約了我國交通氣象災害預警能力的提高。

2013年8月15日，華北區(qū)域公路交通氣象災害監(jiān)測預警服務系統(tǒng)建設(一期)通過專家驗收，加快了我國高速公路交通氣象監(jiān)測預報預警服務標準化建設的進程。該項目在完善交通氣象監(jiān)測網(wǎng)絡建設的基礎上，建立了高速公路交通氣象災害預警指標體系以及精細化預報技術方法模型(包括強濃霧的生消預報指標、路面溫度或道路結冰模型、爆胎氣象指數(shù)及行車氣象指數(shù)等)。同年12月31日，中國天氣網(wǎng)正式上線交通氣象頻道，推出主打交通氣象產(chǎn)品“公路天氣通”，發(fā)布國內52條高速公路及西部主要國道、全國主要機場等天氣信息，以及各地交通、路況、洗車指數(shù)。根據(jù)我國高速公路沿線交通氣象觀測站建設應用經(jīng)驗，針對“密布式”道路氣象監(jiān)測站浪費資金和能源的缺點，應用熱譜地圖技術[28]，構建優(yōu)化合理的“基站式”道路氣象站布設方案[29]，進一步提升了高速公路氣象觀測技術水平，使我國交通氣象研究步入了新階段。另外，隨著許多重大道路交通氣象研究項目的相繼投入應用，取得了顯著的經(jīng)濟社會效益。如上海世博會交通氣象預報在世博交通安全保障中發(fā)揮了積極作用；“冬季路面溫度空間分布規(guī)律”成果在京哈高速北京至山海關路段的應用，優(yōu)化了道路氣象監(jiān)測站的布設，并搭建了路段級高速公路氣象監(jiān)測預警系統(tǒng)。

2　氣象因素對高速公路交通安全的影響及其機理

高速公路交通氣象觀測站網(wǎng)是國家公路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務系統(tǒng)的重要組成部分，也是國家氣象監(jiān)測網(wǎng)的重要補充。眾所周知，10.0 mm以上降雨(雪)、凍雨、霧、大風、揚沙、沙塵暴、冰雹、雷電等惡劣天氣條件，不僅嚴重影響高速公路的安全運行，而且對道路設施也有較大影響。如2014年2月7日，冀、晉、魯、豫、陜、京等地出現(xiàn)中到大雪或暴雪天氣，受持續(xù)降雪影響，部分地區(qū)出現(xiàn)道路結冰，先后造成13個省(區(qū)、市)90條高速公路113個路段封閉，北京和鄭州等20個機場均出現(xiàn)不同程度航班延誤。由此可見，準確可靠的惡劣天氣監(jiān)測預報預警信息，無論是對交管人員還是司乘人員，都顯得尤為重要。

2.1大霧與低能見度

在我國大部分地區(qū)引起惡性交通事故的天氣現(xiàn)象中，大霧、沙塵及沙塵暴等低能見度天氣影響最大。特別是造成<50 m的超低能見度的濃霧是引發(fā)重大交通事故的重要原因。南京地區(qū)日平均氣溫在2～12 ℃、最低能見度在200～500 m范圍內，與日交通事故量呈顯著負相關[30]。這是因為霧天易造成視程障礙，特別是“團霧”，最容易引發(fā)惡性交通事故。大霧天氣車窗內側易發(fā)生水汽凝結而影響視線，尤其是在適宜溫、濕條件下，路面會形成薄霜，伴隨霧滴和道路上積累的油與泥土的混合作用，嚴重降低輪胎與路面的附著系數(shù)，從而導致制動距離延長、行駛打滑、制動跑偏等現(xiàn)象發(fā)生。1975年，在美國加利福尼亞通往紐約的高速公路上，發(fā)生了全球最嚴重的一起由大霧引起的交通事故，造成300多輛汽車相撞、1 000多人死傷[31]。我國高速公路因濃霧導致的惡性交通事故也時有發(fā)生。鄧長菊等[32]指出，2007—2009年北京各條高速公路封閉的原因，其中90%以上都是由霧引起。大霧是造成低能見度危害的主要原因，其中濃霧和“團霧”對交通安全與暢通的危害更大。因此，研究并揭示霧的孕育過程、觸發(fā)機制、發(fā)生發(fā)展規(guī)律，是開展能見度預報的關鍵著眼點和有效途徑。影響霧生消的因素很多，近地層水汽飽和度、中低層大氣層結穩(wěn)定度、近地面亂流和湍流狀況及地面輻射冷卻等都是影響大霧低能見度生成和發(fā)展的重要因素[33]。在有利天氣形勢下，水汽、降溫和凝結核是大范圍濃霧形成的基本要素。由于高速公路晝夜車流量大，汽車尾氣中包含的大量碳氫化合物、細小的炭煙和汽車揚起的大量灰塵等都可作為凝結核，有利于濃霧的形成[34]。

團霧具有突發(fā)性、波動性、局地性和滯后性等特點，其形成發(fā)展也具有季節(jié)性，并與高速公路沿線特殊地形地貌密切相關。在相同天氣背景下，山地、丘陵與河湖較多的地方易形成反復跳躍式的團霧。局地微氣候環(huán)境的影響，或高速公路附近空氣中污染物微小顆粒的增加(如秋季秸稈焚燒、工業(yè)粉塵污染、汽車尾氣排放等)，都有利于霧霾和團霧的形成。團霧中數(shù)十米到上百米的局部范圍內，出現(xiàn)的霧氣更“濃”、能見度更低。通常團霧外圍視線良好，但內部一片朦朧，預報特別困難。2013年6月4日06:00，在京港澳高速公路河南駐馬店833～841 km路段，由于突發(fā)團霧，引發(fā)東西兩側16起交通事故，造成56輛車相撞，致14人死亡。濃霧滴對可見光有強烈的散射作用，造成嚴重視程障礙，當能見度降到30～40 m及以下時，駕駛員容易對車速、車距產(chǎn)生錯覺，從而造成交通事故。隨著城市空氣污染的加重，發(fā)生在霧霾天氣條件下的低能見度災害逐漸增多[35]，一方面霧和霾影響能見度的物理機制顯著不同，另一方面二者的協(xié)同效應對能見度影響的物理機制更為復雜，這需要在加強高速公路天氣預報研究的同時，還應加強與之相關聯(lián)的環(huán)境氣象預報研究工作。

唐亞平等[36]利用沈山高速公路沿線10個交通氣象站的氣象觀測資料，采用多元逐步線性回歸、最小二乘曲線擬合以及MLP神經(jīng)網(wǎng)絡等方法建立數(shù)學模型，對北方公路路面溫度、能見度以及冰雪路面等交通氣象環(huán)境進行判識和預報。得到不同能見度下安全行車速度(表1)和交通安全指數(shù)分級標準及路況(表2)。由此可見，能見度的好壞受多種氣象條件的影響，且不同能見度條件下安全行車速度差別很大。

2.2大風、沙塵與雷電

大風、沙塵暴等天氣多發(fā)生在我國西北、華北甚至華東地區(qū)，強風將地面大量沙塵吹起,造成空氣渾濁，水平能見度較低，嚴重危害交通安全。2014年4月23日上午，10級以上大風、沙塵暴在新疆輪臺縣境內的庫庫高速公路(巴州輪臺縣至阿克蘇庫車縣)497 km處發(fā)生6車追尾事故，造成1人死亡、2人重傷、28人輕傷。大風、揚沙或沙塵暴天氣除對交通設施造成危害，甚至掩埋公路，嚴重影響高速公路的安全運行外，還會增加車輛行駛阻力，影響行車方向控制和穩(wěn)定性，側向風過大時可能會導致車輛側翻。

雷電也是影響高速公路交通安全的氣象因素之一。其危害主要體現(xiàn)在對高速公路沿線通信設備(如交通信號燈、公告牌等)的損害，造成通信中斷，影響安全運營。

表1　不同能見度下安全行車速度[36]

表2　交通安全指數(shù)分級標準及路況[36]

2.3強降水與冰雹

路面狀況通常指道路表面的清潔狀況及潮濕程度。路面狀況隨氣候、地理位置、周圍環(huán)境、交通量以及各種人為因素的不同而發(fā)生變化。路面結冰是造成交通事故頻發(fā)的惡劣路況之一，可分為降雨結冰、降雪結冰和雨夾雪結冰[37]。降水(包括雨、雪、冰雹等)天氣引發(fā)的交通事故是一般天氣的2～3倍。Andrey等[38]指出，降水本身可以影響路面摩擦系數(shù)，降低路面附著力，造成路面積水和濕滑，增加制動距離，成為誘發(fā)道路交通事故的重要因素，若在此過程中出現(xiàn)雨凇或凍雨會使路面摩擦系數(shù)進一步降低，顯著增大交通事故的發(fā)生率。相關研究表明，交通事故傷亡人數(shù)與降水量、相對濕度之間呈顯著正相關，而與能見度、氣壓之間呈顯著負相關[39]。田艷等[40]指出，在冰雪路面、積水路面與正常干燥路面3種情況下，其交通事故發(fā)生概率之比為4.2∶1.6∶1，在寒冷地區(qū)這種現(xiàn)象更為嚴重。北方地區(qū)冰雪天氣對交通影響很大，尤其是東北地區(qū)，嚴寒及冰雪路面對交通影響明顯超過霧天氣。劉勇洪等[41]指出，冰雪強度(Is)一般與降雪量、積雪深度、積雪持續(xù)時間、雪后降溫程度等諸多因素有關。在結冰道路上，汽車驅動輪很容易打滑或空轉，上坡、起步、停車時還會出現(xiàn)溜車現(xiàn)象。橋梁或風口路段由于降溫較快，路面更易結冰，極易造成交通事故。另外，降雪伴隨著大風天氣形成的風吹雪可以造成視程障礙和背風積雪障礙2種危害，在路段背風區(qū)可在較短時間內埋沒路基及車輛，是冬季風吹雪地區(qū)阻斷交通的最重要原因[42]，尤其是在我國西北地區(qū)的新疆等省份，風吹雪是冬季公路交通阻塞的主要天氣因素。研究表明，冰雪環(huán)境下，道路交通事故傷亡率增加25%，事故發(fā)生率上升100%。如2008年初我國遭遇50 a一遇大范圍的低溫、雨雪和冰凍災害，其影響范圍和災害程度最嚴重[43]，給貴州、湖北、湖南、安徽、江西和廣西等20個省(區(qū)、市)造成重大災害。據(jù)民政部統(tǒng)計，此次災害受災人口達1億多人，直接經(jīng)濟損失達500多億元。其中京珠高速受阻車龍最長達90 km，滯留人員上萬；京廣線、京九線以及17個受災省份的高速公路也不同程度地中斷或關閉。

強降雨對道路安全的威脅也不容忽視，暴雨及以上量級的降雨過程能毀壞高速公路的基本交通設施，造成山洪泥石流、山體滑坡、道路受阻、路基塌方和橋梁毀壞等危害。當高速公路沿線平均日雨量達到中到大雨時，事故發(fā)生率明顯增加。暴雨天氣容易產(chǎn)生高速水膜滑行現(xiàn)象，此時車輪不是與路面接觸，而是托在水膜上滑行，輪胎的摩擦力幾乎接近于零，易造成剎車失控、方向盤不靈；當車輛急剎車、急轉彎時，容易橫向滑移、滑溜甚至翻車；短時強降雨可使能見度急速降低，汽車擋風玻璃被雨水遮蓋，模糊不清，嚴重影響駕駛員視線，極易引發(fā)交通事故。此外，強降雨常伴有雷電，在無避雷措施附近的路段行駛時，司乘人員和車輛易遭雷擊。

春夏之交、夏秋季節(jié)是我國雹災的多發(fā)時段。冰雹天氣具有較強的突發(fā)性，其危害主要表現(xiàn)在冰雹從高空急速落下的沖擊力很大，具有很強的破壞力和造成道路障礙的能力。如2010年5月2日15:00，一場突如其來的冰雹襲擊了甬臺溫高速公路奉化尚田路段以及甬金高速公路洞橋出口，冰雹突襲造成擋風玻璃破碎、多輛車追尾，受損車輛近100輛。

總之，影響道路交通的氣象因素是多方面的。李迅等[44]對G2京津塘高速公路交通氣象安全指數(shù)的預報研究結果表明，平均萬輛車流的交通事故與同步綜合氣象參數(shù)呈正拋物線的偏右側相關、自然指數(shù)相關或線性相關，即萬輛車流的交通事故隨不利氣象參數(shù)的加大而增多。因此，在進行路面狀況預報時，首先應該結合常規(guī)的天氣預報方法對高速公路沿線區(qū)域做出精準的降水預報，確定降水類型；其次，根據(jù)高速公路路面動力、熱力、水汽條件，沿線自然環(huán)境、地形地貌、車流量大小及理化參數(shù)和結構特征等，預報重點路面結冰時間、結冰厚度、冰膜與車輛間的摩擦系數(shù)等；此外，在進行結冰持續(xù)時間和結束時間預報時，也要充分考慮播撒工業(yè)鹽對結冰融化產(chǎn)生的影響。

2.4極端溫度

交通事故的發(fā)生概率隨著熱應力條件的增加而增大。氣溫不僅可以很好地表征區(qū)域的氣候變化特點，也被公認為是評價道路使用性能最重要的環(huán)境影響因素之一。路面溫度與氣溫的日變化規(guī)律很相近，凌晨降到最低值，午后達到最高值。然而，路面最高溫度出現(xiàn)時間通常比最高氣溫早1 h左右，且數(shù)值明顯比后者高；而路面最低溫度和最低氣溫出現(xiàn)時間和數(shù)值卻差異不大。當高速公路沿線平均高溫>33 ℃時，事故率會突發(fā)性增加；0～3 ℃的低溫對事故災害程度也影響較大。干燥路面，當溫度>20 ℃時摩擦系數(shù)較大，但隨溫度的升高變化較小；當溫度在-5.0～20.0 ℃之間，摩擦系數(shù)隨溫度的下降而明顯減小，尤其在-5.0～0.0 ℃之間具有顯著的突變特征；當溫度<-5 ℃，摩擦系數(shù)隨溫度的下降反而有所增大，這主要與瀝青路面的獨特物理特性有關。

高速公路上溫度過高會造成車輛輪胎內部氣壓顯著升高，從而降低輪胎與路面間的摩擦系數(shù)，并增大爆胎幾率，甚至還會引起汽車發(fā)動機自燃、自爆等嚴重道路交通事故。最高氣溫在28～35 ℃且相對濕度≥85%的悶熱天氣條件下，駕駛員會感覺頭腦不清醒、體力不支、甚至中暑，從而明顯降低緊急情況下駕駛員的反應速度和控制能力。而強降溫或寒潮、低溫天氣除容易引起道路結冰積雪外，還會使汽車機械性能變差，給車輛操縱帶來諸多困難，如低溫造成汽車燃油發(fā)粘、不易霧化，在汽缸內難以點燃，以及汽車水箱凍壞等；氣溫一旦<0 ℃，汽車擋風玻璃上往往會結霜，在空氣濕度大的地方還會在路面形成白霜，從而影響司機視線、降低機動車制動效能。

此外，路面溫度過高時，由于瀝青路面含有較多石蠟，熱穩(wěn)定性差，尤其是酷夏季節(jié)的中午，瀝青路面表層溫度接近70 ℃，而溫度>60 ℃時瀝青極易軟化，引起路面粘著力增強，造成車輛運行速度和路面承載力大大降低的同時，還會使路面發(fā)生大面積損壞形變，影響其使用壽命和行車制動能力；水泥混凝土路面也會因受熱膨脹而縫擁起凸。總之，通過對大量路面病害現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，不論是高溫還是低溫天氣都會引起路面上各種裂縫類病害，縮短路面的使用壽命。

3　我國高速公路交通氣象預報研究的特點與趨勢

我國幅員遼闊，南北氣候、地形差異大，公路交通氣象觀測站網(wǎng)建設和利用相對滯后，觀測站點密度較低，監(jiān)測能力不足，監(jiān)測數(shù)據(jù)分散，嚴重制約了公路交通氣象服務的及時性和準確性。雖然我國高速公路交通氣象研究工作取得了許多成果，但是研究水平與所產(chǎn)生的經(jīng)濟社會效益較發(fā)達國家還有一定的差距。

國外高速公路氣象預報系統(tǒng)的應用，大多已精細考慮了交通流量、路面測站的天空可視因子對太陽輻射的影響等。國際上主要有3種路面參數(shù)預報模型：統(tǒng)計模型[45]、基于GIS模型[46-47]和物理模型[48-49]。其中，物理模型因主要考慮了路面能量平衡、路面特性和人為熱的影響等而被廣泛應用。國內高速公路交通氣象監(jiān)測預報系統(tǒng)，主要采用氣象因子與交通安全的天氣學、統(tǒng)計學和數(shù)值預報模式等方法，來進行能見度(霧、區(qū)域性大風、沙塵及沙塵暴)造成的視程障礙預報和強降水、降雪、路面高溫、道路結冰等對路面狀況影響等預報以及氣象災害對交通運輸影響的評估等。

3.1高速公路環(huán)境對交通氣象預報的影響

雖然氣象條件對高速公路交通的影響很大，但在道路交通氣象預報時，路況信息對局地天氣條件的反饋作用也不容忽視?？諝馀c瀝青路面的比熱有顯著差異，一般情況下極端路面最高溫度高于極端最高氣溫；相反，極端路面最低溫度低于極端最低氣溫，表明路面溫度的日較差明顯大于氣溫日較差。高速公路及其周圍不同的下墊面類型也會顯著影響路面附近空氣與路面的水熱交換平衡；公路路基朝向、海拔高度、形狀分布、充填方式和結構組成以及不同地形條件下的獨特設計也會影響局地風向與風速。另外，高速公路上車流量的變化會引起汽車尾氣排放量的變化，由此對局地環(huán)境、空氣溫度和流動狀況也會造成一定的影響。

3.2中國特色的高速公路交通氣象預報預警服務系統(tǒng)

由于高速公路交通氣象因素變化具有很強的地域性，其對交通安全高效運行的影響也不相同。如華北等地的大霧等低能見度、道路結冰等天氣事件，對交通安全的影響更為頻繁和嚴重；而華南等低緯熱帶地區(qū)，山區(qū)低能見度、高溫、暴雨和臺風等是高速公路主要的氣象安全保障問題。多年來，我國高速公路交通氣象預報預警服務系統(tǒng)的建設和運行，主要圍繞京珠高速公路、滬寧高速公路和華北等地高速公路而開展。

3.2.1京珠高速公路

1998年，交通部與中國氣象局熱帶海洋研究所合作，在京珠高速公路粵境北段濃霧多發(fā)路段進行了2期大規(guī)模的綜合野外觀測。利用外場觀測資料，分析了南嶺山地濃霧的氣候背景[50]、大霧天氣個例的微物理特征[51-52]、邊界層結構特征[53]、霧水和雨水的化學組分[54-55]、濃霧的能見度、宏微觀特征、氣溶膠的分布特點及其湍流擴散能力[56-57]，探討了濃霧形成的動力條件，并對其生消機制進行數(shù)值模擬研究[58-59]。研究發(fā)現(xiàn)，冬春季南嶺山地出現(xiàn)的霧是由復雜的微物理過程、局地地形、水汽輸送與天氣系統(tǒng)(華南準靜止鋒)等相互作用的結果，屬于平流霧、爬坡霧類型，與輻射霧明顯不同，局地山地抬升造成的水汽冷卻凝結對霧的形成也起著重要作用。在上述研究的基礎上，確定霧區(qū)可預測參數(shù)，提出霧與能見度的4種預測預報方法，成功開發(fā)出準確率較高的南嶺山地高速公路霧區(qū)能見度集成預報系統(tǒng)，并確定了交通監(jiān)控系統(tǒng)構成和外場設備布設規(guī)則[60-61]。在高速公路上自動站與能見度儀布設后，利用觀測資料對該路段霧區(qū)的能見度[62]、路面溫度[63]與氣象因子的相關性和演變特征進行深入分析，進一步豐富對該路段復雜氣象條件的認識。

3.2.2滬寧高速公路

1990年代末，滬寧高速公路股份公司與江蘇省氣象局合作，并聯(lián)合一些科研機構、高等院校協(xié)同攻關，開展滬寧高速公路無錫段濃霧監(jiān)測與預報的試驗研究，初步揭示了滬寧高速公路濃霧形成的若干特征，設計了制作臨近預報的流程，探討了在高速公路沿線布設自動氣象觀測站的基礎上制作低能見度預測的可行性[64-65]。2005年7月20日，南京交通氣象研究所正式成立，是我國交通氣象監(jiān)測預警預報與服務的專業(yè)研究機構。2006年12月16日，中國氣象局上海區(qū)域氣象中心區(qū)域交通氣象業(yè)務中心在南京正式揭牌，主要負責華東區(qū)域交通氣象業(yè)務工作。南京交通氣象研究所與交通部門長期合作，在建成交通與氣象部門之間信息共享網(wǎng)絡系統(tǒng)的基礎上，開發(fā)出高速公路濃霧等低能見度為主的氣象災害監(jiān)測預警及臨近預報系統(tǒng)[66]，在氣象信息資源和業(yè)務系統(tǒng)的支持下，進行氣象服務信息的發(fā)布和服務，共同構成了滬寧高速公路氣象決策支援系統(tǒng)[67]。隨著高速公路氣象監(jiān)測資料增多和研究的深入，一些學者將WRF模式應用于霧的模擬研究中，取得了良好的效果[68-70]。利用自動氣象觀測站資料，開展了高速公路路面溫度極值預報的數(shù)值模型[71]、基于逐步回歸的最低路面溫度統(tǒng)計模型[72]，在路面溫度預報中發(fā)揮了積極有效的作用。另外，在強降水對交通的影響研究方面，確定了短時強降雨的預警閾值，制定了中短時強降雨預報預警的臨近預報流程[73]，探明了水平能見度與降水強度之間的負指數(shù)關系[74]。

3.2.3華北地區(qū)

我國華北地區(qū)由于地理緯度較高，冬季降水時往往伴隨著道路結冰。早期開展的北京地區(qū)高速公路氣象條件的相關研究，主要依賴于常規(guī)氣象觀測站的資料[75-76]。但是，高速公路上高速且密集的車流、路面的熱力特性和反照率、道路狀況(橋梁和坡度等)、周邊的綠化帶和護欄等都會強烈影響氣象要素，導致高速公路上的氣象要素與周圍環(huán)境存在很大的梯度。氣象站點與高速公路一般相距較遠，且觀測數(shù)據(jù)代表周圍環(huán)境的平均狀況，盡可能避開極值易發(fā)區(qū)；并且沒有道面狀態(tài)、道面溫度的相關觀測，因此單純使用氣象站點常規(guī)觀測資料無法很好地反映高速公路的真實情況。自從芬蘭Vaisala公司生產(chǎn)的ROSA道路氣象站在北京周邊高速公路上大量布設后，通過質量檢查和控制的道面氣象監(jiān)測資料，成為高速公路氣象狀況研究的首要參考依據(jù)，由此開展了高速公路大氣能見度演變特征和物理因子分析[77]，以及與大尺度動力場、熱力場間的關系[78]、京津塘公路霧氣候特征與環(huán)流特征的關系[79]等一系列研究，并研發(fā)出京秦高速公路沿線濃霧和強濃霧天氣生消的預報指標[80]，實現(xiàn)了高速公路低能見度霧的分級客觀化預報[33]。另外，以快速更新循環(huán)預報系統(tǒng)(BJ-RUC)為基礎[81]，基于通用陸面模式(CoLM)發(fā)展了精細化路面參數(shù)數(shù)值預報模型(BJ-ROME)[82]，實現(xiàn)了路面溫度、積雪厚度、積冰厚度和積水厚度的業(yè)務預報[83]。還將路表溫度資料同化到模式的初始場中，提高了雨天路面溫度的預報效果，并增加了路面積水深度、降雪、道面結冰的預報。

另外，遼寧[84-85]、陜西[86-87]、甘肅[88-89]等省份也相繼開展了不利氣象條件與交通安全氣象監(jiān)測預報研究，均取得了一些有價值的成果。

3.3高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務技術發(fā)展趨勢

實踐證明，霧(大霧、團霧)、降雪、強降雨、大風、極端溫度、冰雹、雷電等惡劣天氣條件，不僅嚴重影響高速公路的安全運行，還對道路設施產(chǎn)生較大影響。為有效維護國家交通運輸設施，提高公路運輸體系效率，未來高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務技術將逐漸向精細化、專業(yè)化、規(guī)范化方向發(fā)展，主要有以下發(fā)展趨勢：

(1)依靠大量的道面氣象監(jiān)測站和四通八達的網(wǎng)絡系統(tǒng)，以及飛速發(fā)展的計算機和通訊技術，可建立高分辨率的氣象數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為建設交通氣象資料數(shù)據(jù)庫奠定基礎；

(2)在現(xiàn)代智能化交通氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)(平臺)和公路交通氣象專業(yè)預報模式研發(fā)過程中，重視衛(wèi)星云圖、雷達、GPS、閃電定位儀等非常規(guī)資料的應用，并結合沿線自動氣象觀測站的實時資料和地理信息系統(tǒng)，針對不同地區(qū)，研發(fā)當?shù)氐穆访鏆庀髷?shù)值預報模型和交通氣象中強濃霧的生消預報指標、路面溫度和道路結冰模型、爆胎氣象指數(shù)、行車氣象指數(shù)等預報方法；

(3)道路氣象信息集成分發(fā)技術，未來將向著與精細化地理信息相結合的WEB自動化方向發(fā)展。在評估信息的可靠性和應用風險性的基礎上，同時提供滿足多種需求的預報或預警信息，并將專業(yè)術語轉化為用戶可以理解和應用的有效信息，通過多種方式(高速公路沿線的可變信息標志、警示標志牌以及廣播、電視、短信、網(wǎng)絡和現(xiàn)場發(fā)布)分發(fā)傳播，讓用戶和交通運輸系統(tǒng)的決策者得到實時、準確、及時的氣象信息。

總之，未來先進的高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務技術，將有利于科學防范和應對道路交通事故、保障財產(chǎn)和生命安全、促進我國智能交通運輸?shù)慕ㄔO和發(fā)展，提供高水平的氣象保障服務水平，從而更好地服務于“一帶一路”建設和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

4　結論及建議

(1)10.0 mm以上降雨(雪)、凍雨(道路結冰)、霧(大霧、團霧等)、大風、沙塵(沙塵暴)、冰雹、雷電等惡劣天氣是導致高速公路交通事故、道路阻塞、路產(chǎn)損失的主要原因之一。在SIWEC成立之初，主要致力于研制道路天氣信息系統(tǒng)(RWIS)，用以記錄道路天氣狀況并盡早做出影響交通的惡劣天氣預報，減少交通事故，保障運輸安全；通過國內外大量卓有成效的工作，完成了RWIS規(guī)范匯編、通信標準、數(shù)據(jù)集成與共享指南、路面?zhèn)鞲衅鞯臉硕y試方法以及標準化天氣與路況信息系統(tǒng)，為高速公路氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)的建設奠定良好的基礎；與此同時，高速公路交通氣象預報技術發(fā)展的重要性和服務效益，也逐漸引起社會各界的高度重視。

(2)鑒于我國道路氣象監(jiān)測站建設時間較短，其觀測資料普遍沒有達到氣候尺度的時間序列長度。在未來的相關工作中，一方面要加強道路氣象信息監(jiān)測網(wǎng)絡的優(yōu)化布設，建立穩(wěn)定可靠的高速公路氣象信息采集體系和機制；另一方面要開展國家氣象觀測站與道路氣象監(jiān)測站資料的綜合應用研究，結合氣象衛(wèi)星、雷達、GPS、閃電定位儀等非常規(guī)觀測資料進行高速公路交通氣象要素的反演應用及同化，豐富交通氣象監(jiān)測信息內容，為道路交通數(shù)值天氣預報模式系統(tǒng)的建立與業(yè)務化提供精細化初始場。

(3)以霧(大霧、團霧等)為主要因素的低能見度、道路積雪結冰是影響高速公路安全運行的重要因素。準確及時的高速公路沿線路面狀況預報預警模式的開發(fā)和完善，有利于科學防范和應對交通事故，進而成為財產(chǎn)和生命安全的重要保障。目前，我國對大范圍平流霧的預報已經(jīng)相當準確，但對于道路安全行駛造成極大危害的小范圍能見度驟降的團霧和短歷時強降水的預報準確率仍較低。近年來，隨著環(huán)境污染的加劇，霧霾逐漸成為重要的低能見度天氣現(xiàn)象，也是未來交通氣象研究中一個值得關注的課題。

(4)加強現(xiàn)代化交通氣象監(jiān)測預報預警服務系統(tǒng)(平臺)和公路交通氣象專業(yè)預報模式的研發(fā)。特別是路況預報時，要注意普通高速公路路段和高架橋、山區(qū)等特殊路段間的氣象環(huán)境場的差異，在模式預報中還應考慮人工播撒融雪劑后路況的變化，并對比模式預報結果與觀測值的差異來不斷改進模式的初始場及算法，發(fā)展完善路面氣象預報系統(tǒng)與中尺度短期數(shù)值預報系統(tǒng)、臨近預報系統(tǒng)的雙向耦合技術，以便有效提高路面交通氣象預報產(chǎn)品的普適性和針對性，進一步提升服務水平。

(5)要強化氣象與交通部門之間的交流合作，開展精細化高速公路交通氣象預報預警服務研究及應用，特別是短時臨近災害性天氣預警服務，努力實現(xiàn)及時高效的分時段、分路段、不同路況的交通氣象預報服務。同時要明確氣象部門、交通部門預報預警信息制作和應用方面的責任和職責，為廣大用戶提供高速公路交通氣象信息服務及產(chǎn)品相關的教育、培訓。采用科學客觀的方法開展交通氣象服務效益評估，有利于更好地改進和完善服務水平，更好地為我國高速公路交通事業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展保駕護航。

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注：本文共查閱了國內外相關研究論文180多篇，以上列出的僅是具有代表性的89篇參考文獻

Progress of Traffic Meteorological Researches About Monitoring and Forecasting Services on Express Highways

KANG Yanzhen1, WANG Shigong1,2, YANG Xu1，LI Jingxin3, XU Wenjun4, SHANG Kezheng1

(1.CollegeofAtmosphericSciences,LanzhouUniversity,KeyLaboratoryofAridClimateChangeandDisasterReducingofGansuProvince,Lanzhou730000,China; 2.CollegeofAtmosphericSciences,ChengduUniversityofInformationTechnology,SichuanKeyLaboratoryforPlateauAtmosphereandEnvironment,Chengdu610225,China; 3.ChineseAcademyofMeteorologicalSciences,Beijing100081,China; 4.ChinaLifePropertyInsuranceCo.,LTD.,LanzhouBranch,Lanzhou730000,China)

As an important department of the country, the expressway transport plays an increasingly significant role in economy development and resident trip. The highway traffic is highly sensitive to weather condition, and the adverse weather is easy to cause traffic interruption and accidents, and lead to property loss and casualties. Therefore, the highway traffic safety has become a new hot spot. In the paper, the research progresses of traffic meteorology on expressways about monitoring and forecast service in China and abroad were systematically combed. Firstly, the developments of traffic meteorology on highways about monitoring and forecast service in China and abroad were mainly introduced in detail. Then, the influences and mechanisms of several adverse weather conditions on traffic transportation safety were summarized. Finally, the content, characteristics and trend of the intelligent traffic meteorological monitoring and warning service system on highways in China were discussed. The results showed that the low visibility (fog mostly), heavy rainfall, road surface icing and snow were the main influential factors for the freeway operation and safety. The paper aims to promote the development of traffic meteorology in China, further improve the service ability of the monitoring, forecast and early warning of traffic meteorology on modern highways, and provide the reference for the scientific layout of road and prevention and response to traffic accidents to ensure the security of property and lives.

expressway; traffic meteorology; traffic safety; monitoring and forecast; adverse weather; early warning service

10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-04-0591

2016-01-14；改回日期：2016-03-31

國家基礎科技條件平臺建設“交通安全與健康出行氣象保障服務專題”(rkpt-2015)、公益性行業(yè)(氣象)科研專項(GYHY201306047)和蘭州大學中央高校基本科研業(yè)務費(lzujbky-2013-m03)共同資助

康延臻(1992- )，男，山東鄄城人，碩士研究生，主要從事現(xiàn)代天氣預報技術研究. E-mail:kangyz10@lzu.edu.cn

王式功(1955- )，男，山東安丘人，教授，主要從事現(xiàn)代天氣預報技術研究. E-mail:wangsg@lzu.edu.cn

1006-7639(2016)-04-0591-13DOI:10.11755/j.issn.1006-7639(2016)-04-0591

P49

A

康延臻，王式功，楊旭，等.高速公路交通氣象監(jiān)測預報服務研究進展 [J].干旱氣象，2016，34(4)：591-603, [KANG Yanzhen, WANG Shigong, YANG Xu, et al. Progress of Traffic Meteorological Researches About Monitoring and Forecasting Services on Express Highways[J]. Journal of Arid Meteorology, 2016, 34(4):591-603],