江蘇高速公路局地團霧氣象特征分析

田 華，郜婧婧，李藹恂，吳 英，朱承瑛，趙魯強，張慧辰

（1.中國氣象局公共氣象服務中心，北京100081；2.江蘇省氣象科學研究所，江蘇 南京210008；3.公安部交通管理科學研究所，江蘇 無錫214000）

近年來在高速公路上出現的重大傷亡交通事故中，三分之一左右與大霧，尤其是團霧有關聯。2013年6 月4 日京港澳高速駐馬店段受團霧影響發生多起連環相撞事故，涉及車輛50 余輛，造成95 名人員被困，近千輛車擁堵。2016 年12 月16 日寧洛高速因團霧引發11 起交通事故，涉及車輛20 余輛，造成1 人死亡6 人受傷。2017 年11 月15 日滁新高速因團霧引發多點多車交通事故，涉及車輛70 余輛，造成18 人死亡。團霧對公路行車安全的影響引起國內學者的關注，在團霧的發生規律、預測方法、對交通安全的影響機理等方面開展了一些研究。如丁秋冀等[1]考慮團霧局地性特征，將單站出現的霧定義為團霧，基于滬寧高速沿線交通氣象站資料，探討了團霧發生的氣象和地形地貌條件，并比較了不同環境條件下的路段的團霧特征差異。萬小雁等[2]利用不同陸面方案對滬寧高速公路團霧過程進行了模擬。王月琴等[3]采集高速公路部分站點的風向、風速、溫度、相對濕度、氣壓和能見度作為團霧產生的6 個要素指標，基于BP 神經網絡建立團霧預測模型，但是由于樣本較少，模型的實用性還要進一步檢驗。錢偉等[4]分析了寧鎮常局地性濃霧和團霧的特征，建立了概念預報模型。楊成里[5]提出以團霧發生概率為基礎的易發路段等級劃分和預警機制。胡思濤等[6-7]分析了團霧天氣下高速公路交通事故特征，從駕駛員的角度開展團霧對高速公路交通安全的影響研究。由于團霧發生與局地微氣候環境相關，常規氣象觀測很難監測，目前，氣象部門對霧（濃霧）的成因和特征研究較多[8-13]，此外，利用衛星、微波輻射等資料的大霧監測、預報工作也正在開展[14-19]，但對團霧的研究工作還很有限，團霧的預報預警方法也很薄弱。

江蘇省高速公路路網密集，團霧事故多發。本文針對江蘇高速公路發生的5 次團霧事故，運用公路沿線交通氣象監測站和全省氣象站資料，分析團霧發生的地理環境和天氣背景，團霧發生時能見度、相對濕度、風等氣象條件特征，探討團霧發生規律和預報著眼點，擬為后續開展團霧預報預警工作，預防和減少高速公路團霧事故發生提供幫助。

1 資料

江蘇省2013 年和2015 年5 次團霧事故資料主要是通過互聯網搜集，并經相關交警部門核實，內容包括事故時間、發生路段位置等（表1）。江蘇省2013 — 2017 年霧事故資料來源于公安部交通管理科學研究所，包括事故時間、發生路段位置等。江蘇省交通氣象站逐10 min 資料包括氣溫、降水、濕度、風向、風速、能見度等。江蘇省氣象站逐3 h 資料包括天氣現象、能見度、風向、風速、云量等。氣象資料來源于江蘇省氣象信息中心，經過了嚴格的質量控制。

表1 團霧事故信息

2 團霧事故發生時間特征

從5 次團霧事故發生月份和時間來看，5 次團霧事故主要發生在5—6 月和11—12 月。另外，事故發生時間主要集中在北京時間00：00—07：00 和20：00—24：00 左右（圖1）。

3 團霧發生背景分析

3.1 地理環境

5 次事故有3 次發生在沈海高速公路上，2 次發生在滬蓉高速公路上。沈海高速為江蘇沿海高速，途經連云港、鹽城、南通。滬蓉高速西起南京東至上海，橫穿鎮江、常州、無錫、蘇州。沈海高速霧事故發生次數很高且主要發生在連云港段和鹽城段，兩路段近5 a 累計均發生10 次。滬蓉高速霧事故發生次數相對較少，主要在南京段、鎮江段、常州段和蘇州段，各段近5 a 累計次數均不高于2 次（圖2）。

從高速公路地貌來看，沈海高速連云港段處于沿海平原區，平均海拔3～5 m。鹽城段屬于濱海平原地貌，東臺境內地勢較高，平均海拔4～5 m，向北逐漸低落，到射陽河處為1～1.5 m 左右。沈海高速連云港和鹽城段地勢低洼，沿途河網水系密集，加之東臨黃海，水汽來源充沛，具備很好的成霧條件。滬蓉高速鎮江丹陽段屬于太湖平原湖西部分，海拔7 m 左右。蘇州段平均海拔3～4 m，陽澄湖一帶2 m 左右。滬蓉高速丹陽和蘇州段，地勢低平，臨近太湖，水汽來源充沛，也具備較好的成霧地理條件。

圖1 江蘇省2013 年和2015 年5 次團霧事故發生時間

圖2 2013—2017 年江蘇高速公路霧事故累年發生次數統計

3.2 天氣背景

從5 次團霧過程發生當日周邊地區天氣實況來看，2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日以及2015 年12 月7 日江蘇全省在02：00—08：00 天空以晴或少云為主，風力小于2級，全省大部或東部沿海地區有輕霧或霧出現，表明4 次團霧發生在霧背景條件下。而2013 年11 月23日20：00—23：00 江蘇全省天空以陰天為主，風向以偏東風或偏南風為主，風速2 m/s 左右，江蘇北部和西部有弱降水，太湖附近霾轉輕霧或雨。當日蘇州市空氣質量為輕度污染，表明此次團霧主要是在弱降水背景條件下，與霾（局地污染）共同形成的。總的來看，5 次團霧過程有4 次（2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日以及2015 年12 月7 日）發生在霧背景條件下，1 次發生（2013 年11 月23 日）在弱降水和霾（局地污染）背景條件下。

3.3 能見度特征

從團霧發生當日全省公路沿線逐10 min 最低能見度實況分布（圖3）上看，2013 年6 月13 日江蘇中部多條高速能見度均＜200 m，沈海高速鹽城東臺到射陽局地路段能見度低于100 m。2013 年11 月15 日，江蘇中西部和中南部多條高速能見度低于500 m，滬蓉高速鎮江丹陽段局地能見度在100 m以下。2015 年5 月23 日江蘇北部多條高速能見度低于200 m，沈海高速連云港段能見度低于100 m。2015 年12 月7 日江蘇東北部和南部多條高速能見度低于200 m，沈海高速鹽城射陽到響水局地路段能見度低于100 m。而2013 年11 月23 日江蘇大部高速公路能見度都在1000 m 以上，僅滬蓉高速局地路段能見度低于1000 m，蘇州段局地能見度低于500 m。由此可見，霧背景條件下，團霧事故點周邊高速公路都有較大范圍的低能見度出現，并且最低能見度低于100 m。而弱降水和霾（局地污染）條件下，僅有事故點附近出現了較低能見度，且強度偏弱，范圍偏小。

對比分析事故點公路沿線交通氣象站能見度變化（圖4）。可知，霧背景條件下，4 次團霧事故點相鄰交通氣象站都有低能見度（濃霧或強濃霧）出現，都呈現能見度急劇下降和快速回升的特征。但同一公路上不同站點間低能見度（強濃霧或濃霧）出現的時間不同，導致公路沿線能見度強度分布不均勻。當車輛在高速公路上快速行使穿過霧區時，駕駛人員會感覺霧一會兒濃一會兒淡。另外，2013 年11 月23日滬寧高速蘇州梅林段除事故點臨近交通氣象站（蘇州東站）在夜間出現低于500 m 的低能見度外，其他相鄰站點能見度都在1000 m 以上，這也表明弱降水和霾（局地污染）條件引發的團霧雖然能見度強度不強，但局地性特征更明顯。

圖3 團霧發生當日江蘇省公路沿線最低能見度分布

圖4 團霧事故點公路沿線能見度變化特征

4 團霧事故發生時的氣象特征

4.1 能見度變化特征

5 個事故點臨近交通氣象站能見度強度和持續時間有一定的差異（圖5）。霧背景條件下，有3 次團霧事故（2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日）發生時最低能見度在100 m 左右，能見度低于1000 m 的持續時間為4～7 h；1 次團霧事故（2015 年12 月7 日）發生時最低能見度則在400 m 左右，能見度低于1000 m 的持續時間為2 h左右。另外，能見度變化也有差異。2013 年6 月13日、2013 年11 月15 日的共同特征是能見度在1 h左右的時間內從1000 m 左右快速下降到100 m 左右，然后波動式的緩慢下降并維持一定時間，最后又在1 h 左右時間內快速回升到1000 m 以上。2015年5 月23 日能見度在20 min 內從2000 m 左右迅速下降到300 m 左右，然后在3 h 左右的時間內波動式下降至100 m 左右，短暫維持后，在1 h 內快速回升1000 m 以上。2015 年12 月7 日雖然最低能見度強度不是很強，但是能見度變化更為復雜，出現4次能見度好轉差轉好的變化，且能見度均在30 min內由差轉好快速回升到1000 m 以上。而弱降水和霾（局地污染）背景條件下，團霧（2013 年11 月23日）能見度在1 h 左右的時間內從10 000 m 左右快速下降到500 m 左右，并維持一定時間，最后又在20 min 內快速回升到10 000 m 以上。可見，5 次團霧過程向低能見度發展時具有較明顯的爆發性增強的特征[9-10]，另外，能見度由差轉好快速回升到1000 m 以上時，強度較弱的2 次團霧（2015 年12月7 日，2013 年11 月23 日）回升速度更快。

此外，團霧事故發生時間都處于能見度急劇變化期，其中有3 次處于能見度急劇下降期間，2 次處于能見度急劇上升期間。雖然，2013 年11 月23 日事故發生時最低能見度僅在400 m 左右，但由于是夜間能見度突降，造成駕駛人員視程障礙，從而誘發交通事故。

4.2 相對濕度變化特征

相對濕度是反映空氣潮濕程度的一個氣象要素，是成霧的最重要影響因子之一。5 次團霧過程除弱降水和霾（局地污染）背景條件下的團霧（2013 年11 月23 日）相對濕度維持在70%～80%外，霧背景條件下的4 次團霧的相對濕度均在92%以上（圖6）。相關研究[1]指出持續時間較長、能見度低、濕度小的低能見度過程大多是由于秸稈焚燒、工業粉塵污染、汽車廢氣排放等因素誘發的霧霾混合現象。另外，田小毅等[18]曾對滬寧37 個站次霧形成時的相對濕度做過統計，發現單純的霾不會使能見度很低（＜200 m），當相對濕度介于80%～90%就要關注霧霾并存以及低能見度出現的可能性，相對濕度達到90%左右就可能出現能見度小于200 m 的低能見度現象。綜合2013 年11 月23 日能見度和相對濕度變化情況，也表明當日的團霧是由霾（局地污染）造成的。

圖5 團霧事故點臨近交通氣象站能見度變化

圖6 團霧事故點臨近交通氣象站相對濕度變化

4.3 氣溫和路面溫度變化特征

霧背景條件下的4 次團霧過程氣溫日變化明顯（圖7a、7b、7c、7d），前一日最高氣溫與團霧事故發生前后氣溫溫差較大，氣溫降幅大約在7～10 ℃。另外，2013 年6 月13 日、2013 年11 月15 日、2015 年5 月23 日團霧事故發生時刻路面溫度和氣溫差約為2 ℃以上。而2015 年12 月7 日溫差略偏小，約為1 ℃。弱降水和霾（局地污染）背景條件下的團霧過程（圖7e）氣溫日變化不大，日降幅偏小，約在5 ℃，17：00 以后氣溫高于路面溫度，團霧事故發生時刻路面溫度和氣溫差約為-1 ℃，較霧背景條件下的路氣溫差明顯偏小。這是由于當日以陰天為主，天空覆蓋云系在阻擋地面有效輻射散失的同時，又可發射向下的長波輻射，對地面損失的熱量進行補償，因而導致地面輻射降溫不如霧背景條件下的顯著，使得氣溫日變化不大，路氣溫差偏小。綜合來看，路氣溫差大小對團霧強度的判別有一定的參考意義。路面溫度大于氣溫，且溫差在2 ℃以上時有利于能見度更低的團霧發生。這是因為路面溫度高于氣溫，且溫差較大，一方面會產生輻射降溫，有利于近地層空氣冷卻和水汽的凝結，另一方面會增強近地層空氣湍流作用，有利于低層凝結水汽向高層交換，增強霧的濃度。

4.4 風速和風向變化特征

風速與霧的形成關系密切。一般認為晴朗微風有利于輻射冷卻，使近地面水汽凝結而形成霧。研究表明[19]完全靜風條件又可導致近地面湍流運動較弱，使水汽無法向上擴散，不利于霧層的形成。所以，小于一定強度的風速是霧形成和發展的有利因素。從圖8 中可見，幾次團霧從形成前至消散期間風速均維持在0.5～2 m/s 左右且變化幅度不大。

圖7 團霧發生過程中事故點臨近交通氣象站氣溫和路面溫度變化

風向與霧的發展和消散關系也很密切。適合的風向會將暖濕空氣向冷的地表輸送，使暖濕空氣冷卻凝結而形成霧并逐漸發展加強。分析4 次霧背景條件下的團霧發展和消散時風向變化很明顯。2013年6 月13 日團霧生成前和維持期間都以偏北風為主，6：00 以后團霧消散期風向轉為偏東風。2013 年11 月14 日夜間到15 日凌晨團霧形成前期風向變化較大，1：00—2：00 團霧能見度爆發增長期以偏南風為主，低能見度維持期風向變化不大，以偏西風為主，7：00 以后消散期則轉為南風或西南風。2015 年5 月23 日1：00—2：00 團霧爆發增長期和2：00—6：00 團霧維持期間風向以偏北風為主，6：00 以后的團霧消散期則轉為偏東風。2015 年12 月6 日22：00—7 日凌晨團霧爆發增長期風向為偏西風，凌晨至1：00 消散期則轉為偏南風，1：00—2：00 爆發增長期風向又轉為偏北風，2：00—4：00 團霧維持期風向轉為西風，4：00—5：00 左右消散期風向轉為偏北風，5：00—6：00 爆發增長期轉為西風，7：00 以后消散期轉為偏北風。總的來看，霧背景條件的團霧能見度生消變化與風向變化關系較為密切。團霧爆發增長期和維持期風向多為偏北或偏西風，消散期風向則多為偏東或偏南風。而弱降水和霾（局地污染）背景條件下的團霧（2013 年11 月23 日）在形成前期至消散期風向變化不大，主要以偏南或偏東風為主。

圖8 團霧事故點臨近交通氣象站風向風速變化

5 結論

（1）團霧可在霧或弱降水和污染的背景條件下發生，其中，霧背景條件下更易多發，造成的低能見度強度更強。降水前充足的水汽條件，加之局地污染和地勢低平，水網密集的地理環境，也為團霧發生提供有利條件。團霧形成是公路沿線能見度強度分布不均勻的原因。

（2）霧背景條件下，團霧發生的主要特征是相對濕度＞92%，日氣溫降幅＞7 ℃，風力＜2 m/s。另外，地面溫度和氣溫溫差大小對于判別團霧強度有一定的參考意義，地面溫度大于氣溫，且溫差在2 ℃以上時有利于強度更強的團霧發生。霧背景條件的團霧能見度生消變化與風向變化關系較為密切。團霧爆發增長期和維持期風向多為偏北或偏西風，消散期風向則多為偏東或偏南風。

（3）團霧事故多發生在能見度急劇變化期，能見度急劇下降和上升期間都可能誘發交通事故。

（4）基于江蘇5 次團霧事故分析了團霧氣象特征，得出一些對團霧預報具有一定參考意義的結論。由于樣本數據有限，后續還應積累大量的團霧事故資料進一步分析驗證。