孫玫玲,任麗媛,王宏蕊,郭 玲
(天津市氣象服務(wù)中心 天津 300201)
高速公路作為一種現(xiàn)代化的公路運(yùn)輸通道,在當(dāng)今社會(huì)正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用,其建設(shè)對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、國(guó)土資源的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)力的合理布局、區(qū)域間的合作、交通出行的便利和消費(fèi)、生活水平的提高等都具有重大影響。
天津作為我國(guó)北方最大的港口城市,也是亞歐大陸橋的東端起點(diǎn),與華北、西北等內(nèi)陸地區(qū)距離最短的特殊地理位置,決定了天津市承擔(dān)著作為北方內(nèi)陸省份出海口的重要職責(zé),連接四面八方的高速公路已成為外埠進(jìn)市的交通要道。截止 2016年底,天津市高速公路通車(chē)?yán)锍踢_(dá) 1208km,路網(wǎng)密度達(dá)10.69km/百 km2,位居全國(guó)第二。根據(jù)《天津市省級(jí)干線公路網(wǎng)規(guī)劃》(2012—2030年),預(yù)計(jì)到2030年,天津市高速公路里程將達(dá)到 1660km,形成“9橫6縱5條聯(lián)絡(luò)線”的高速公路網(wǎng)。
隨著現(xiàn)代高速交通的快速發(fā)展,交通安全保障也面臨新的挑戰(zhàn)。高速公路交通事故的發(fā)生由各種主、客觀的因素造成,而不良天氣條件是引發(fā)交通事故發(fā)生的重要因素之一[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示,全國(guó)高速公路事故中,發(fā)生在雨天、雪天、霧天的事故約占事故總數(shù)的 39%。天津地處華北平原東部,北依燕山,東臨渤海,四季分明,主要為大陸性氣候,但受渤海影響,沿海地區(qū)有時(shí)也顯現(xiàn)海洋性氣候特征,海陸風(fēng)現(xiàn)象比較明顯。天津地區(qū)影響高速公路交通的主要?dú)庀鬄?zāi)害有霧、強(qiáng)降水、積雪、結(jié)冰、大風(fēng)、高溫等以及由它們?cè)斐傻拇紊鸀?zāi)害(如橫風(fēng)、路面積水和打滑、強(qiáng)降水時(shí)的低能見(jiàn)度、爆胎等)或伴生的地質(zhì)災(zāi)害(如山體坍塌、滑坡、泥石流等)。
不利氣象條件對(duì)交通安全的影響是無(wú)法阻止的,但了解和掌握氣象規(guī)律可以為交通運(yùn)輸?shù)母冒l(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)。因此,建立長(zhǎng)期、穩(wěn)定、可靠的高速公路交通氣象信息采集、預(yù)測(cè)分析與發(fā)布機(jī)制,并以此為基礎(chǔ),建立統(tǒng)一協(xié)調(diào)、反應(yīng)靈敏、運(yùn)轉(zhuǎn)高效的惡劣天氣應(yīng)對(duì)機(jī)制,對(duì)于最大限度地減少氣象災(zāi)害對(duì)高速交通的不利影響,降低高速公路的自然災(zāi)害受損程度,確保其更好地為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和群眾出行服務(wù),具有重要的意義[3]。
由于各地區(qū)的氣候有很大差異,交通事故發(fā)生的氣象影響因子也有所不同。影響天津高速公路交通的氣象災(zāi)害主要包括霧、強(qiáng)降水、積雪、大風(fēng)、高溫等。天津近五年交通事故資料顯示,平均 22%的交通事故是在災(zāi)害性天氣情況下發(fā)生的,在5類(lèi)高影響天氣中,霧天發(fā)生交通事故的次數(shù)最多,占事故數(shù)的69%,其次是雨天發(fā)生交通事故的次數(shù),占事故數(shù)的21%,雪天發(fā)生交通事故的次數(shù)占事故數(shù)的 9%,其他占1%。
低能見(jiàn)度是引發(fā)交通事故、影響交通運(yùn)營(yíng)效益的主要災(zāi)害性天氣。據(jù)統(tǒng)計(jì),霧天發(fā)生交通事故的概率比平常要高出幾倍,甚至幾十倍,因濃霧、團(tuán)霧造成多車(chē)連續(xù)追尾事故屢有發(fā)生,損失嚴(yán)重。由于“團(tuán)霧”區(qū)域性強(qiáng)、突發(fā)性強(qiáng)、預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)難,車(chē)輛難以提前得到通知和警示,令人防不勝防[4]。天津地區(qū)平均年霧日為 13~31d,南部多于北部,霧日的季節(jié)性特征明顯,秋末冬初及嚴(yán)冬(11~轉(zhuǎn)年1月)霧日最多,其次是夏季(7月),春末(5月)最少。霧的日持續(xù)時(shí)間變化也較為明顯,特別是秋冬季,一般在午夜或清晨生成,持續(xù)時(shí)間以12月和1月最長(zhǎng),平均為6.5h。因此要特別注意防范秋冬季節(jié)靜穩(wěn)天氣引起的低能見(jiàn)度對(duì)高速公路行車(chē)安全的影響。
天津全市年平均降水總量為550~600mm,年平均降水日數(shù)為 64~73d,日降水量在 50mm 及以上的暴雨主要出現(xiàn)在 7~8月,東部沿海和北部山區(qū)發(fā)生暴雨的頻次較多。強(qiáng)降水對(duì)交通安全影響重大,一是降水導(dǎo)致道路濕滑,使路面的摩擦力變小,從而增加制動(dòng)距離;二是降水過(guò)度集中易出現(xiàn)道路積水,行駛車(chē)輛看不清路面狀況,車(chē)輪夾卷的泥水,引起能見(jiàn)距離突然變差;三是強(qiáng)降水導(dǎo)致能見(jiàn)度急劇下降,行駛車(chē)輛的玻璃上形成雨點(diǎn)和水簾、雨刮器來(lái)回轉(zhuǎn)動(dòng)等因素都對(duì)駕駛員視線形成障礙,易引發(fā)交通事故;四是暴雨易引發(fā)山體坍塌、滑坡、泥石流等次生災(zāi)害,嚴(yán)重威脅行車(chē)安全。
積雪和低溫導(dǎo)致的道路結(jié)冰很容易引發(fā)交通受阻或交通事故,直接影響交通安全。據(jù)統(tǒng)計(jì),冰雪引起的交通事故數(shù)量較正常情況下高出 3~4倍[5],冰雪條件對(duì)道路交通系統(tǒng)最突出的影響在于路面摩擦系數(shù)減小,汽車(chē)制動(dòng)和操縱穩(wěn)定性變差。
天津歷年極端最高氣溫主要出現(xiàn)在夏季的 6~7月,據(jù)統(tǒng)計(jì),天津東南部的高溫日數(shù)多于西北部,薊州和沿海地區(qū)夏季高溫日數(shù)較少。高溫導(dǎo)致輪胎氣壓過(guò)高,一方面引起摩擦系數(shù)降低,影響行車(chē)速度,另一方面可能引起爆胎,導(dǎo)致事故發(fā)生;同時(shí)當(dāng)路面溫度達(dá)到一定值時(shí),受到重型車(chē)輛碾壓發(fā)生形變,降溫后變形的路基變硬,又會(huì)引發(fā)高速行駛的車(chē)輛出現(xiàn)交通事故。
天津大風(fēng)的年平均日數(shù)為 7~48d,大風(fēng)的季節(jié)特征明顯,一般 4月大風(fēng)日數(shù)最多,8月最少。一方面高速行駛的汽車(chē)受到橫風(fēng)作用時(shí),很容易誘發(fā)車(chē)禍;二是大風(fēng)沙塵引起的能見(jiàn)度劇降、障礙物墜落等也會(huì)影響行駛車(chē)輛的安全。
天津市高速公路交通氣象服務(wù)自2013年正式進(jìn)入業(yè)務(wù)化運(yùn)行,主要面向高速管理部門(mén)與運(yùn)營(yíng)部門(mén),包括天津高速支隊(duì)、天津市公安交通管理局指揮中心、路網(wǎng)管理指揮中心、天津高速公司等,提供一系列及時(shí)有效的專(zhuān)業(yè)氣象服務(wù),尤其在出現(xiàn)霧、強(qiáng)降水(雪)、路面高溫、路面結(jié)冰、大風(fēng)等災(zāi)害性天氣時(shí),及時(shí)發(fā)布交通氣象服務(wù)信息。目前主要開(kāi)展高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)業(yè)務(wù)、氣象保障服務(wù)等。天津地區(qū)共布設(shè) 16套自動(dòng)交通氣象站,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能見(jiàn)度、路面溫度、路面狀況以及溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水量等常規(guī)氣象要素;高速公路交通氣象預(yù)報(bào)業(yè)務(wù)主要以中短期預(yù)報(bào)為主,輔以短時(shí)臨近預(yù)報(bào)和預(yù)警服務(wù);在高速公路氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)普查工作的基礎(chǔ)上開(kāi)展基于氣象災(zāi)害隱患點(diǎn)的氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)業(yè)務(wù);重大活動(dòng)和重要節(jié)假日期間針對(duì)可能發(fā)生的災(zāi)害性天氣為相關(guān)部門(mén)提供氣象服務(wù)專(zhuān)報(bào),及時(shí)提醒防范不利氣象條件對(duì)道路交通安全可能產(chǎn)生的影響。
①在中國(guó)氣象局和天津市政府支持下,氣象部門(mén)已建設(shè)313個(gè)氣象觀測(cè)氣象站和16個(gè)交通氣象站,但建在高速公路沿線上的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)少之又少,僅分布在4條高速公路上,且高速公路建設(shè)部門(mén)在道路建設(shè)時(shí),雖然配備了氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備,但未考慮天津氣候特點(diǎn),氣象監(jiān)測(cè)設(shè)施布設(shè)疏密不均,并且設(shè)備無(wú)法得到定期檢定,使氣象數(shù)據(jù)的觀測(cè)準(zhǔn)確性達(dá)不到要求,從而導(dǎo)致高速公路惡劣天氣的監(jiān)測(cè)能力嚴(yán)重不足。
②由于預(yù)報(bào)人員對(duì)于高速道路沿途已經(jīng)發(fā)生和正在發(fā)生的災(zāi)害性天氣狀況了解不夠,難以對(duì)天氣演變趨勢(shì)做出準(zhǔn)確判斷;預(yù)報(bào)方法研究滯后,預(yù)報(bào)的精細(xì)化程度不夠,也難以為交通安全管理部門(mén)、道路管理部門(mén)以及公眾提供滿意的交通氣象預(yù)報(bào)和預(yù)警保障服務(wù)。
③氣象、交管各部門(mén)間信息交換不充分,針對(duì)惡劣天氣、衍生自然災(zāi)害的交通緊急事件快速應(yīng)急處置能力不足,部門(mén)之間缺乏協(xié)力合作,管理手段單一。
針對(duì)天津地區(qū)高速公路安全管理的需求和當(dāng)?shù)靥鞖鈿夂蛱攸c(diǎn),通過(guò)部門(mén)合作,建設(shè)天津高速公路交通氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)以高速公路沿線災(zāi)害性天氣實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)、高速公路專(zhuān)項(xiàng)預(yù)報(bào)和預(yù)警指標(biāo)體系為核心、高速公路信息發(fā)布網(wǎng)絡(luò)為手段的智能化高速公路氣象服務(wù)模式。通過(guò)研究,客觀、準(zhǔn)確、科學(xué)地設(shè)計(jì)天津高速公路氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)系統(tǒng),面向高速管理和運(yùn)營(yíng)部門(mén)、社會(huì)公眾、沿線司乘人員提供及時(shí)準(zhǔn)確的交通氣象服務(wù)信息,降低高速公路交通事故的發(fā)生率,保障交通安全。
根據(jù)近 30年的氣象資料統(tǒng)計(jì),考慮災(zāi)害性天氣的尺度特征,計(jì)劃在氣象災(zāi)害易發(fā)且缺少氣象監(jiān)測(cè)設(shè)備的路段,補(bǔ)充布設(shè)交通自動(dòng)氣象監(jiān)測(cè)站 32個(gè),測(cè)站間距 20~30km,實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、降水、能見(jiàn)度、路面溫度、路面狀況 8類(lèi)氣象要素的監(jiān)測(cè)。在重點(diǎn)交通事故隱患點(diǎn)布設(shè) 20套能見(jiàn)度監(jiān)測(cè)設(shè)備,與前期高速公路現(xiàn)有的 16個(gè)交通監(jiān)測(cè)站形成全方位、全尺度的高速公路氣象監(jiān)測(cè)網(wǎng)。建立高速公路氣象信息監(jiān)測(cè)與展示系統(tǒng),包括高速公路氣象信息采集傳輸平臺(tái)、信息處理平臺(tái)、信息監(jiān)控及實(shí)況產(chǎn)品共享顯示平臺(tái)等,提供基于 GIS的公路沿線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣象信息顯示、地圖放大縮小漫游、系統(tǒng)報(bào)警、各種氣象要素曲線圖顯示和報(bào)表制作、歷史資料檢索查詢(xún)、圖表文件保存及打印等功能。
建立交通、氣象、地理等行業(yè)大數(shù)據(jù)的共享機(jī)制,開(kāi)展天津高速公路交通氣象服務(wù)研究,研發(fā)專(zhuān)業(yè)化、定制化的交通氣象服務(wù)產(chǎn)品。建立高速公路氣象災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)體系,以高速公路沿線的交通氣象實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信息為基礎(chǔ),開(kāi)展高速公路的災(zāi)害性天氣預(yù)警、短時(shí)臨近預(yù)報(bào),實(shí)現(xiàn)常規(guī)天氣預(yù)報(bào)向道路交通專(zhuān)業(yè)預(yù)報(bào)的轉(zhuǎn)化。
開(kāi)展針對(duì)影響高速公路的災(zāi)害性天氣的精細(xì)化預(yù)報(bào)服務(wù)工作,建立高速公路指揮調(diào)度、道路行車(chē)等不同環(huán)節(jié)、不同級(jí)別災(zāi)害性天氣的預(yù)報(bào)預(yù)警指標(biāo)體系,制作針對(duì)高速公路管理和運(yùn)營(yíng)、決策、公眾服務(wù)等不同種類(lèi)的服務(wù)產(chǎn)品。結(jié)合路況特點(diǎn),研究大霧、強(qiáng)降水、道路結(jié)冰、大風(fēng)、高溫等各種氣象災(zāi)害對(duì)高速交通的影響,研發(fā)路面結(jié)冰持續(xù)時(shí)間、路面溫度、低能見(jiàn)度指數(shù)、爆胎指數(shù)、行車(chē)等級(jí)等專(zhuān)項(xiàng)預(yù)報(bào)產(chǎn)品。開(kāi)展高速公路重點(diǎn)災(zāi)害的智能監(jiān)測(cè)、預(yù)警預(yù)報(bào)和服務(wù)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),融合道路智能氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、智能網(wǎng)格預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)以及道路監(jiān)控、交通管理、地圖導(dǎo)航等數(shù)據(jù),建立基于影響的交通氣象服務(wù)模型、指標(biāo),形成基于大數(shù)據(jù)分析的惡劣天氣影響路段識(shí)別、受氣象影響交通事故風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的業(yè)務(wù)服務(wù)能力,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)天氣風(fēng)險(xiǎn)通知及輔助交警應(yīng)急處置決策的目標(biāo)。
①規(guī)范天津高速交通氣象服務(wù)業(yè)務(wù)流程。高速公路交通氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)流程包括確立服務(wù)用戶,開(kāi)展需求調(diào)研,制定服務(wù)方案,收集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),開(kāi)展預(yù)報(bào)預(yù)警,完善服務(wù)指標(biāo),制作分發(fā)產(chǎn)品,開(kāi)展業(yè)務(wù)考核和效益評(píng)估等。
②建立天津高速公路氣象災(zāi)害與防御信息數(shù)據(jù)庫(kù),開(kāi)展交通氣象效益評(píng)估。建立交通氣象災(zāi)害案例數(shù)據(jù)庫(kù),對(duì)由于氣象因素引發(fā)的交通事故、損失傷亡情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì);對(duì)由于氣象原因造成的高速公路封閉及其產(chǎn)生的運(yùn)營(yíng)損失進(jìn)行匯總。根據(jù)交通氣象災(zāi)害和相應(yīng)氣象要素之間的相關(guān)性分析,研究大霧、強(qiáng)降水、道路結(jié)冰、大風(fēng)、高溫等氣象災(zāi)害對(duì)交通的影響程度,明確不同天氣狀態(tài)下氣象部門(mén)對(duì)政府、交通管理部門(mén)、公眾以及沿途司乘人員的服務(wù)重點(diǎn)和措施建議,并按照災(zāi)害性天氣種類(lèi)和級(jí)別建立防御措施信息庫(kù)。定期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比,得出氣象災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)對(duì)高速公路安全運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生的真實(shí)效益。
③加強(qiáng)部門(mén)之間的項(xiàng)目合作,聯(lián)合開(kāi)展交通氣象服務(wù)效益評(píng)估和相關(guān)減災(zāi)對(duì)策研究,建立部門(mén)協(xié)作機(jī)制,加強(qiáng)溝通,定期召開(kāi)聯(lián)席會(huì)議,優(yōu)化完善惡劣天氣下的部門(mén)聯(lián)動(dòng)機(jī)制,研究制定交通氣象服務(wù)的工作意見(jiàn)和措施,共同提升天津高速交通氣象服務(wù)水平。
依托天津市現(xiàn)代化氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng),開(kāi)發(fā)基于WEBGIS的集實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)產(chǎn)品與預(yù)警信息制作發(fā)布于一體的交通氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng),促進(jìn)研發(fā)成果轉(zhuǎn)化。如圖1所示,系統(tǒng)包含交通氣象信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采集處理、交通氣象服務(wù)產(chǎn)品制作和發(fā)布、交通氣象效益和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等子系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)實(shí)況超閾值自動(dòng)報(bào)警提醒功能,及時(shí)發(fā)布分時(shí)段、分路段的交通氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)產(chǎn)品,并具備文字、圖表、圖形、圖像等多種顯示形式。建設(shè)多樣化的高速公路氣象信息終端發(fā)布網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)一鍵式發(fā)布。依托高速公路沿線電子情報(bào)板、電臺(tái)、電視、手機(jī)短信、手機(jī)客戶端、網(wǎng)站等多種渠道,對(duì)各類(lèi)高速公路氣象實(shí)況信息、氣象災(zāi)害預(yù)警信息及氣象安全提示進(jìn)行同步推送,為決策部門(mén)和公眾出行提供科學(xué)有效的支撐依據(jù)。

圖1 天津高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)業(yè)務(wù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Platform structure of Tianjin expressway traffic meteorological monitoring, forecasting and early warning service
天津市承擔(dān)著北方內(nèi)陸省份出海口的重要職責(zé),連接四面八方的高速公路已成為外埠進(jìn)市的交通要道,而現(xiàn)代公路交通的快速發(fā)展在很大程度上受到氣象因素的影響和制約。今后需加強(qiáng)氣象和高速運(yùn)營(yíng)以及交管部門(mén)的溝通合作,提高高速公路氣象預(yù)報(bào)預(yù)警服務(wù)水平,確保公路交通運(yùn)輸安全更好地為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和群眾出行保駕護(hù)航。
①影響天津高速公路交通的氣象災(zāi)害主要有霧、強(qiáng)降水、積雪、結(jié)冰、大風(fēng)、高溫等以及由它們?cè)斐傻拇紊鸀?zāi)害(如橫風(fēng)、路面積水和打滑、強(qiáng)降水時(shí)的低能見(jiàn)度、爆胎等)或伴生的地質(zhì)災(zāi)害(如山體坍塌、滑坡、泥石流等),其中霧天發(fā)生交通事故的次數(shù)最多,占事故數(shù)的69%。
②不同季節(jié)發(fā)生的主要?dú)庀鬄?zāi)害不同,對(duì)高速公路交通安全的影響也不同。秋冬季節(jié)易發(fā)生大霧低能見(jiàn)度天氣從而引發(fā)交通事故,夏季暴雨、晴熱天氣容易引發(fā)交通事故,而冬春季節(jié)在低溫、積雪、大風(fēng)天氣易發(fā)生交通事故。
③目前天津開(kāi)展的高速公路交通氣象服務(wù)主要有高速公路交通氣象監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)、預(yù)報(bào)預(yù)警業(yè)務(wù)、氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)業(yè)務(wù)、氣象保障服務(wù)等。存在交通氣象監(jiān)測(cè)站點(diǎn)不足,預(yù)報(bào)預(yù)警技術(shù)落后,針對(duì)惡劣天氣、衍生自然災(zāi)害的應(yīng)急處置能力不足等問(wèn)題。
④建設(shè)更高密度的高速公路交通氣象觀測(cè)站網(wǎng),建立集交通氣象實(shí)況監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)產(chǎn)品與預(yù)警信息制作發(fā)布于一體的交通氣象業(yè)務(wù)系統(tǒng)。研發(fā)針對(duì)高速公路管理和運(yùn)營(yíng)、決策、公眾等的定制化服務(wù)產(chǎn)品,從而實(shí)現(xiàn)災(zāi)害性天氣風(fēng)險(xiǎn)通知和輔助交警應(yīng)急處置決策的目標(biāo)。
⑤進(jìn)一步制定和完善高速公路交通氣象服務(wù)業(yè)務(wù)流程與應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制,深化部門(mén)合作,強(qiáng)化無(wú)縫隙、精準(zhǔn)化、智慧型的交通氣象精細(xì)化服務(wù),逐步降低氣象條件對(duì)交通的不良干擾,減少交通事故的發(fā)生概率,提升高速公路交通氣象服務(wù)水平。