天津高速公路交通气象灾害及预报预警技术研究与分析

孙玫玲，任丽媛，王宏蕊，郭 玲

(天津市气象服务中心 天津 300201)

0 引 言

高速公路作为一种现代化的公路运输通道，在当今社会正发挥着越来越重要的作用，其建设对促进国民经济的发展、国土资源的开发、生产力的合理布局、区域间的合作、交通出行的便利和消费、生活水平的提高等都具有重大影响。

天津作为我国北方最大的港口城市，也是亚欧大陆桥的东端起点，与华北、西北等内陆地区距离最短的特殊地理位置，决定了天津市承担着作为北方内陆省份出海口的重要职责，连接四面八方的高速公路已成为外埠进市的交通要道。截止 2016年底，天津市高速公路通车里程达 1208km，路网密度达10.69km/百 km2，位居全国第二。根据《天津市省级干线公路网规划》(2012—2030年)，预计到2030年，天津市高速公路里程将达到 1660km，形成“9横6纵5条联络线”的高速公路网。

随着现代高速交通的快速发展，交通安全保障也面临新的挑战。高速公路交通事故的发生由各种主、客观的因素造成，而不良天气条件是引发交通事故发生的重要因素之一[1-2]。据统计资料显示，全国高速公路事故中，发生在雨天、雪天、雾天的事故约占事故总数的 39%。天津地处华北平原东部，北依燕山，东临渤海，四季分明，主要为大陆性气候，但受渤海影响，沿海地区有时也显现海洋性气候特征，海陆风现象比较明显。天津地区影响高速公路交通的主要气象灾害有雾、强降水、积雪、结冰、大风、高温等以及由它们造成的次生灾害(如横风、路面积水和打滑、强降水时的低能见度、爆胎等)或伴生的地质灾害(如山体坍塌、滑坡、泥石流等)。

不利气象条件对交通安全的影响是无法阻止的，但了解和掌握气象规律可以为交通运输的更好发展提供科学决策依据。因此，建立长期、稳定、可靠的高速公路交通气象信息采集、预测分析与发布机制，并以此为基础，建立统一协调、反应灵敏、运转高效的恶劣天气应对机制，对于最大限度地减少气象灾害对高速交通的不利影响，降低高速公路的自然灾害受损程度，确保其更好地为经济发展和群众出行服务，具有重要的意义[3]。

1 影响天津高速公路交通的主要气象灾害

由于各地区的气候有很大差异，交通事故发生的气象影响因子也有所不同。影响天津高速公路交通的气象灾害主要包括雾、强降水、积雪、大风、高温等。天津近五年交通事故资料显示，平均 22%的交通事故是在灾害性天气情况下发生的，在5类高影响天气中，雾天发生交通事故的次数最多，占事故数的69%，其次是雨天发生交通事故的次数，占事故数的21%，雪天发生交通事故的次数占事故数的 9%，其他占1%。

1.1 低能见度

低能见度是引发交通事故、影响交通运营效益的主要灾害性天气。据统计，雾天发生交通事故的概率比平常要高出几倍，甚至几十倍，因浓雾、团雾造成多车连续追尾事故屡有发生，损失严重。由于“团雾”区域性强、突发性强、预测预报难，车辆难以提前得到通知和警示，令人防不胜防[4]。天津地区平均年雾日为 13～31d，南部多于北部，雾日的季节性特征明显，秋末冬初及严冬(11～转年1月)雾日最多，其次是夏季(7月)，春末(5月)最少。雾的日持续时间变化也较为明显，特别是秋冬季，一般在午夜或清晨生成，持续时间以12月和1月最长，平均为6.5h。因此要特别注意防范秋冬季节静稳天气引起的低能见度对高速公路行车安全的影响。

1.2 强降水

天津全市年平均降水总量为550～600mm，年平均降水日数为 64～73d，日降水量在 50mm 及以上的暴雨主要出现在 7～8月，东部沿海和北部山区发生暴雨的频次较多。强降水对交通安全影响重大，一是降水导致道路湿滑，使路面的摩擦力变小，从而增加制动距离；二是降水过度集中易出现道路积水，行驶车辆看不清路面状况，车轮夹卷的泥水，引起能见距离突然变差；三是强降水导致能见度急剧下降，行驶车辆的玻璃上形成雨点和水帘、雨刮器来回转动等因素都对驾驶员视线形成障碍，易引发交通事故；四是暴雨易引发山体坍塌、滑坡、泥石流等次生灾害，严重威胁行车安全。

1.3 积雪

积雪和低温导致的道路结冰很容易引发交通受阻或交通事故，直接影响交通安全。据统计，冰雪引起的交通事故数量较正常情况下高出 3～4倍[5]，冰雪条件对道路交通系统最突出的影响在于路面摩擦系数减小，汽车制动和操纵稳定性变差。

1.4 高温

天津历年极端最高气温主要出现在夏季的 6～7月，据统计，天津东南部的高温日数多于西北部，蓟州和沿海地区夏季高温日数较少。高温导致轮胎气压过高，一方面引起摩擦系数降低，影响行车速度，另一方面可能引起爆胎，导致事故发生；同时当路面温度达到一定值时，受到重型车辆碾压发生形变，降温后变形的路基变硬，又会引发高速行驶的车辆出现交通事故。

1.5 大风

天津大风的年平均日数为 7～48d，大风的季节特征明显，一般 4月大风日数最多，8月最少。一方面高速行驶的汽车受到横风作用时，很容易诱发车祸；二是大风沙尘引起的能见度剧降、障碍物坠落等也会影响行驶车辆的安全。

2 天津高速公路交通气象服务概况

天津市高速公路交通气象服务自2013年正式进入业务化运行，主要面向高速管理部门与运营部门，包括天津高速支队、天津市公安交通管理局指挥中心、路网管理指挥中心、天津高速公司等，提供一系列及时有效的专业气象服务，尤其在出现雾、强降水(雪)、路面高温、路面结冰、大风等灾害性天气时，及时发布交通气象服务信息。目前主要开展高速公路交通气象监测业务、预报预警业务、气象灾害风险业务、气象保障服务等。天津地区共布设 16套自动交通气象站，实时监测能见度、路面温度、路面状况以及温度、湿度、风向、风速、降水量等常规气象要素；高速公路交通气象预报业务主要以中短期预报为主，辅以短时临近预报和预警服务；在高速公路气象灾害风险普查工作的基础上开展基于气象灾害隐患点的气象灾害风险业务；重大活动和重要节假日期间针对可能发生的灾害性天气为相关部门提供气象服务专报，及时提醒防范不利气象条件对道路交通安全可能产生的影响。

3 天津高速公路交通气象服务存在的主要问题

①在中国气象局和天津市政府支持下，气象部门已建设313个气象观测气象站和16个交通气象站，但建在高速公路沿线上的监测站点少之又少，仅分布在4条高速公路上，且高速公路建设部门在道路建设时，虽然配备了气象监测设备，但未考虑天津气候特点，气象监测设施布设疏密不均，并且设备无法得到定期检定，使气象数据的观测准确性达不到要求，从而导致高速公路恶劣天气的监测能力严重不足。

②由于预报人员对于高速道路沿途已经发生和正在发生的灾害性天气状况了解不够，难以对天气演变趋势做出准确判断；预报方法研究滞后，预报的精细化程度不够，也难以为交通安全管理部门、道路管理部门以及公众提供满意的交通气象预报和预警保障服务。

③气象、交管各部门间信息交换不充分，针对恶劣天气、衍生自然灾害的交通紧急事件快速应急处置能力不足，部门之间缺乏协力合作，管理手段单一。

4 开展天津市高速公路交通气象监测预报预警服务的可行途径

针对天津地区高速公路安全管理的需求和当地天气气候特点，通过部门合作，建设天津高速公路交通气象灾害监测预报预警服务系统，实现以高速公路沿线灾害性天气实时监测为基础、高速公路专项预报和预警指标体系为核心、高速公路信息发布网络为手段的智能化高速公路气象服务模式。通过研究，客观、准确、科学地设计天津高速公路气象预报预警服务系统，面向高速管理和运营部门、社会公众、沿线司乘人员提供及时准确的交通气象服务信息，降低高速公路交通事故的发生率，保障交通安全。

4.1 建设天津地区高速公路交通气象观测站网

根据近 30年的气象资料统计，考虑灾害性天气的尺度特征，计划在气象灾害易发且缺少气象监测设备的路段，补充布设交通自动气象监测站 32个，测站间距 20～30km，实现对温度、湿度、风向、风速、降水、能见度、路面温度、路面状况 8类气象要素的监测。在重点交通事故隐患点布设 20套能见度监测设备，与前期高速公路现有的 16个交通监测站形成全方位、全尺度的高速公路气象监测网。建立高速公路气象信息监测与展示系统，包括高速公路气象信息采集传输平台、信息处理平台、信息监控及实况产品共享显示平台等，提供基于 GIS的公路沿线实时监测气象信息显示、地图放大缩小漫游、系统报警、各种气象要素曲线图显示和报表制作、历史资料检索查询、图表文件保存及打印等功能。

4.2 开展天津高速公路交通气象服务研究

建立交通、气象、地理等行业大数据的共享机制，开展天津高速公路交通气象服务研究，研发专业化、定制化的交通气象服务产品。建立高速公路气象灾害预报预警指标体系，以高速公路沿线的交通气象实时监测信息为基础，开展高速公路的灾害性天气预警、短时临近预报，实现常规天气预报向道路交通专业预报的转化。

开展针对影响高速公路的灾害性天气的精细化预报服务工作，建立高速公路指挥调度、道路行车等不同环节、不同级别灾害性天气的预报预警指标体系，制作针对高速公路管理和运营、决策、公众服务等不同种类的服务产品。结合路况特点，研究大雾、强降水、道路结冰、大风、高温等各种气象灾害对高速交通的影响，研发路面结冰持续时间、路面温度、低能见度指数、爆胎指数、行车等级等专项预报产品。开展高速公路重点灾害的智能监测、预警预报和服务关键技术研发，融合道路智能气象监测数据、智能网格预报数据以及道路监控、交通管理、地图导航等数据，建立基于影响的交通气象服务模型、指标，形成基于大数据分析的恶劣天气影响路段识别、受气象影响交通事故风险预测的业务服务能力，实现实时天气风险通知及辅助交警应急处置决策的目标。

4.3 建立完善的高速交通气象服务业务流程与应急联动机制

①规范天津高速交通气象服务业务流程。高速公路交通气象灾害监测预报预警服务流程包括确立服务用户，开展需求调研，制定服务方案，收集实时数据，开展预报预警，完善服务指标，制作分发产品，开展业务考核和效益评估等。

②建立天津高速公路气象灾害与防御信息数据库，开展交通气象效益评估。建立交通气象灾害案例数据库，对由于气象因素引发的交通事故、损失伤亡情况进行统计；对由于气象原因造成的高速公路封闭及其产生的运营损失进行汇总。根据交通气象灾害和相应气象要素之间的相关性分析，研究大雾、强降水、道路结冰、大风、高温等气象灾害对交通的影响程度，明确不同天气状态下气象部门对政府、交通管理部门、公众以及沿途司乘人员的服务重点和措施建议，并按照灾害性天气种类和级别建立防御措施信息库。定期进行统计对比，得出气象灾害监测预警服务对高速公路安全运营产生的真实效益。

③加强部门之间的项目合作，联合开展交通气象服务效益评估和相关减灾对策研究，建立部门协作机制，加强沟通，定期召开联席会议，优化完善恶劣天气下的部门联动机制，研究制定交通气象服务的工作意见和措施，共同提升天津高速交通气象服务水平。

4.4 建立天津高速公路交通气象监测预报预警服务业务平台

依托天津市现代化气象业务系统，开发基于WEBGIS的集实况监测、预报产品与预警信息制作发布于一体的交通气象业务系统，促进研发成果转化。如图1所示，系统包含交通气象信息实时监测采集处理、交通气象服务产品制作和发布、交通气象效益和风险评估等子系统。实现实况超阈值自动报警提醒功能，及时发布分时段、分路段的交通气象预报预警服务产品，并具备文字、图表、图形、图像等多种显示形式。建设多样化的高速公路气象信息终端发布网络，实现一键式发布。依托高速公路沿线电子情报板、电台、电视、手机短信、手机客户端、网站等多种渠道，对各类高速公路气象实况信息、气象灾害预警信息及气象安全提示进行同步推送，为决策部门和公众出行提供科学有效的支撑依据。

图1 天津高速公路交通气象监测预报预警服务业务平台结构图Fig.1 Platform structure of Tianjin expressway traffic meteorological monitoring, forecasting and early warning service

5 结 语

天津市承担着北方内陆省份出海口的重要职责，连接四面八方的高速公路已成为外埠进市的交通要道，而现代公路交通的快速发展在很大程度上受到气象因素的影响和制约。今后需加强气象和高速运营以及交管部门的沟通合作，提高高速公路气象预报预警服务水平，确保公路交通运输安全更好地为经济发展和群众出行保驾护航。

①影响天津高速公路交通的气象灾害主要有雾、强降水、积雪、结冰、大风、高温等以及由它们造成的次生灾害(如横风、路面积水和打滑、强降水时的低能见度、爆胎等)或伴生的地质灾害(如山体坍塌、滑坡、泥石流等)，其中雾天发生交通事故的次数最多，占事故数的69%。

②不同季节发生的主要气象灾害不同，对高速公路交通安全的影响也不同。秋冬季节易发生大雾低能见度天气从而引发交通事故，夏季暴雨、晴热天气容易引发交通事故，而冬春季节在低温、积雪、大风天气易发生交通事故。

③目前天津开展的高速公路交通气象服务主要有高速公路交通气象监测业务、预报预警业务、气象灾害风险业务、气象保障服务等。存在交通气象监测站点不足，预报预警技术落后，针对恶劣天气、衍生自然灾害的应急处置能力不足等问题。

④建设更高密度的高速公路交通气象观测站网，建立集交通气象实况监测、预报产品与预警信息制作发布于一体的交通气象业务系统。研发针对高速公路管理和运营、决策、公众等的定制化服务产品，从而实现灾害性天气风险通知和辅助交警应急处置决策的目标。

⑤进一步制定和完善高速公路交通气象服务业务流程与应急联动机制，深化部门合作，强化无缝隙、精准化、智慧型的交通气象精细化服务，逐步降低气象条件对交通的不良干扰，减少交通事故的发生概率，提升高速公路交通气象服务水平。