日喀则市道路结冰特征及其天气环流概念模型*

格桑卓玛（小）

西藏日喀则市气象局，西藏 日喀则 857000

西藏地区高等级公路建设的快速发展促进了地方经济的高速发展，在西藏地区交通运输主要依靠公路［3］，而公路运输体系所追求的快速、高效、安全、准时，在很大程度上要受到气象条件制约［1］。一直以来道路结冰是西藏地区冬季主要气象衍生灾害之一，对公路安全运行造成了严重影响，因此道路结冰气象预报与服务具有广泛的社会需求。国内许多学者开展了关于道路结冰特征以及其预报方法的相关研究。李迅等研究了北京市高速公路路面结冰特征及气象条件，得出发生降雪结冰时，风速一般都比较小，路面温度和气温都低于0℃［2］。保广裕等分析了青海省道路结冰变化时空分布特征及其影响等级划分，分析表明，青海省道路结冰的空间分布为从东南向西北逐渐减少，结冰时间主要集中在1月到4月，并根据道路结冰的持续时间，将道路结冰对交通安全影响程度划分为4个气象等级［3］。杨武杰等对内蒙古高等级公路道路结冰预报方法研究，得出内蒙古发生道路结冰现象的6种天气环流概念模型［4］。孙翠梅等分析镇江市道路结冰影响指数分级预报方法，结果表明，镇江市道路结冰月季分布不均，道路结冰主要出现在夜间，白天如果出现了道路结冰，当日其他时次也会出现严重的道路结冰，对交通的影响将比夜间出现更大，并结合降水性质、是否有积雪、日最低气温和日平均气温，定义了道路结冰影响指数并对分级预报进行检验，模型对连续的道路结冰具有一定的预报能力，但空报率较高［5］。目前关于国内各省市道路结冰方面的研究较多，但针对西藏道路结冰发生的特征、气象条件、具体天气条件及天气系统等没做过系统性研究。近几年随着城市建设飞速发展，人们的生活水平逐渐提高，私家车量越来越多，对路况的要求也逐渐提高［6］，因此对道路结冰天气的气象要素展开分析，针对环流特征建立天气概念模型［7］，得到一些有指导意义的结论，开展道路交通的灾害性天气预报和预警，为道路交通的运营管理提供科学信息，既是我国气象部门预报预测业务体制改革中专业化气象预报业务的一种拓展，也是交通部门发展到一定阶段提出的必然要求［1］。

1 道路结冰定义及资料选取

道路结冰是指雨、雪、冻雨或雾滴降落到温度低于0℃的地面而出现的积雪或结冰现象［4］。本文采用当年10 月至次年5 月，日喀则市道路沿线交通气象站出现降水且地面温度0℃或者有积雪的现象定义为道路结冰［3］。

本文所采用的资料为日喀则市三个交通气象观测站逐小时数据和图片资料，研究时段为交通气象观测站较为稳定运行的2014 年10 月至2017 年5 月，资料频率为1 小时。由于三个交通站冬半年（10 月至次年5月）无降水观测，故利用交通气象站图像资料判断有无积雪。研究方法包括气象数据统计方法、天气学原理和天气分析方法。三个交通气象站均位于国道318沿线，其中通拉山站位于聂拉木县亚来乡境内，国道318定日至聂拉木段，站点位于通拉山顶，海拔高度达5140.0m。曲乡站位于国道318 聂拉木往樟木段，站点位于平原地带，海拔高度为3345.0m。加措拉山站位于定日县境内，国道318拉孜至定日段，站点位于加措拉山顶，海拔高度达5239.0m。

图1 日喀则市国道及道路交通气象站分布图

2 道路结冰时空分布特征

2.1 空间分布特征

研究分析2014 至2017 年当年10 月至次年5 月道路结冰空间分布情况，日喀则市交通气象站年平均道路结冰日数空间分布图（图2A）显示，道路结冰日数最多站点为通拉山站，年平均道路结冰日数为26 天，其次是曲乡站，年平均道路结冰日数为24 天，道路结冰日数最少站点为加措拉山站，年平均道路结冰天数仅为14 天。年平均道路结冰小时数空间分布图（图2B）与日数空间分布图显示的道路结冰分布特征基本一致，道路结冰日数最多站点仍然为通拉山站，年平均道路结冰小时数达377小时，其次是曲乡站，年平均道路结冰小时数达369 小时，最少的站点为加措拉山站，年平均道路结冰小时数仅为108 小时。从道路结冰空间分布情况可见，国道318 沿线聂拉木至定日段道路结冰天数和小时数从西南向东北逐渐减少，国道318 聂拉木段发生道路结冰的频次较高，持续时间较长，相比定日段发生道路结冰的频次明显要少，持续时间也较短。

2.2 时间分布特征

研究分析2014 至2017 年当年10 月至次年5 月道路结冰时间分布情况，日喀则市交通气象站平均道路结冰日数、小时数逐月分布图（图3）可见，通拉山站点各月平均道路结冰日数在0～8 日之间，小时数在6～124 小时之间，出现时间主要集中在1 月和3月，占年总日数的50%之余。道路结冰最多出现在3 月份，占总数的30%，其次是1 月份，占总数的20%，道路结冰最少的是11 月份。曲乡站点各月平均道路结冰日数在0～10 日之间，小时数在0～158 小时之间，出现时间主要集中在1 月和3 月，占年总日数的70%之余，道路结冰最多出现在1 月份，占总数的40%，其次是3 月份，占总数的30%，10 月、11 月和5 月均未出现道路结冰。加措拉山站点各月平均道路结冰日数在0～4 日之间，小时数在0～30 小时之间，出现的时间主要集中在1 月和3—4 月，占年总日数的70%之余，道路结冰最多出现在4 月份，占总数的30%，其次是1 月和3 月，分别占总数的20%，11 月未出现道路结冰。

图3 （A）日喀则市逐月平均道路结冰日数分布，（B）小时数分布图

通过研究分析逐月平均道路结冰日数和降水量对比图（图4）可以看出，通拉山站和曲乡站逐月平均道路结冰日数和聂拉木站逐月降水量变化规律具有一定的统一性，月平均道路结冰日数随着聂拉木站降水量的变化11 月最少，12 月开始增多，主要集中在1—3月，但由于气温的回升，尽管4月和5月降水量也不少，但道路结冰不易形成。定日站的逐月降水量与加措拉山站月平均道路结冰日数变化规律不存在统一性，定日月降水量秋末至冬季较为集中，到春季略有减少，5月又开始增多，而加措拉山站月平均道路结冰日数11 月最少，12 月开始增多，主要集中在1 月和3—4月。

图4 逐月平均道路结冰日数和降水量对比图

图5 2015年1月1日20时500hPa环流场，2017年1月27日08时500hPa环流场

图6 2015年4月13日20时500hPa环流场，2017年4月15日08时500hPa环流场

图7 2015年5月10日20时500hPa环流场，2017年5月15日08时500hPa环流场

图8 2015年2月13日20时500hPa环流场，2016年1月27日08时500hPa环流场

3 道路结冰影响等级与气象要素值的关系

道路结冰的影响程度与其影响时间有直接关系，道路结冰持续时间短，则道路结冰的影响较小，持续时间越长，则影响越大［3］。2014年10月至2017年5月日喀则市发生的道路结冰中，最长持续时间为10 天，最短持续时间则为2个小时。本文参考青海省道路结冰等级划分标准，将道路结冰持续影响时间作为道路结冰强度等级划分的评价指标（表1），以持续时间小于1 天、1～2 天、3～5 天和6～10 天四种等级为划分标准［3］，分析研究对应的气象要素值，本文主要讨论的气象要素值包括气温、路面温度、湿度、风速以及降雪量。

表1 日喀则市道路结冰等级划分标准

3.1 严重影响的道路结冰

统计分析得出，通拉山出现严重影响的道路结冰时，聂拉木站点出现了连续3～4 天的暴雪，且部分时段达到特大暴雪量级。出现结冰时通拉山站点平均气温低于-10℃，日最低气温和最高气温在-4℃以下，气温最低可以达到-28.4℃，路面温度在-1℃以下，路面温度最低可以达到-19.6℃。湿度平均值在60%左右。平均风速值低于7m/s，但部分时段瞬时最大风速可以达到20m/s，此时路面可能伴有吹雪现象。曲乡出现严重影响道路结冰时，聂拉木出现了连续3～4 天的暴雪，且部分时段达到大暴雪或者特大暴雪量级。出现结冰时曲乡站点平均气温在0℃以下，日最低气温和最高气温在7℃以下，气温最低可以达到-8℃，路面温度在1℃以下，路面温度最低可以达到-0.3℃。湿度平均值为70%左右。平均风速值在5m/s以下。

3.2 较重影响的道路结冰

统计分析得出，通拉山出现较重影响的道路结冰时，聂拉木站点出现了连续2～3 天的暴雪。出现结冰时通拉山站点平均气温在-10℃以下，日最低气温和最高气温在-4℃以下，气温最低可以达到-20.4℃，湿度平均值在60%左右，平均风速值低于15m/s，但部分时段瞬时最大风速可以达到25m/s，此时路面可能伴有吹雪现象。曲乡出现较重影响的道路结冰时，聂拉木站点出现了连续2～3 天的大雪。出现结冰时曲乡站点平均气温在0℃以下，日最低气温和最高气温在5℃以下，气温最低可以达到-7.6℃，路面温度在2℃以下，路面温度最低可以达到-1.7℃。湿度平均值在70%左右。平均风速值在5m/s以下。

3.3 较轻影响的道路结冰

统计分析得出，通拉山出现较轻影响的道路结冰时，聂拉木站点出现了1～2 天的降雪。出现结冰时通拉山站点平均气温在-4℃以下，日最低气温和最高气温在0℃以下，气温最低可以达到-15.5℃，路面温度在17℃以下，路面温度最低可以达-12.3℃。湿度平均值在70%左右。平均风速值低于10m/s，部分时段瞬时最大风速达到19m/s，此时路面可能伴有吹雪现象。曲乡出现较轻影响的道路结冰时，聂拉木站点出现了1～2 天的降雪。出现结冰时曲乡站点平均气温在-1℃以下，日最低气温和最高气温在3℃以下，气温最低可以达到-8.3℃，路面温度在3℃以下，路面温度最低可以达到-2.7℃。湿度平均值在70%左右。平均风速值在5m/s 以下。加措拉山出现较轻影响的道路结冰时，定日站点未出现降雪。出现结冰时加措拉山站点平均气温在-10℃以下，日最低气温和最高气温在-6℃以下，气温最低可以达到-21℃，路面温度在-11℃以下，路面温度最低可以达到-18℃。湿度平均值在50%左右。平均风速值在7m/s以下。

3.4 轻度影响的道路结冰

统计分析得出，通拉山出现轻度影响的道路结冰时，聂拉木站点降雪天数为0～2 天。出现结冰时通拉山站点平均气温在-2℃以下，日最低气温和最高气温在0℃以下，气温最低可以达到-20.2℃，路面温度在10℃以下，路面温度最低可达-14.1℃。湿度平均值在80%左右。平均风速值在7m/s以下，部分时段平均风速为17.7m/s。曲乡出现轻度影响的道路结冰时，聂拉木站点出现了1～2 天的降雪天气。出现结冰时曲乡站点的平均气温在2℃以下，日最低气温和最高气温在9℃以下，气温最低可以达到-10℃，路面温度在12℃以下，路面温度最低可以达到-8.6℃。湿度平均值在70%左右。平均风速值在9m/s 以下。加措拉山出现轻度影响的道路结冰时，定日站点出现降雪或未出现降雪的情况都存在。出现结冰时加措拉山站点平均气温在-3℃以下，日最低气温和最高气温在0℃以下，气温最低可以达到-20℃，路面温度在17℃以下，路面温度最低可以达到-16℃。湿度平均值在40%左右。平均风速值在11m/s以下。

通过上述分析，三个交通站点出现不同影响等级道路结冰时湿度和风速值无明显差值，但气温和路面温度值存在不同程度的差值。通拉山站在较重影响和较轻影响两个等级划分时，气温和路面温度值存在6℃以上的差值。曲乡站点在四种等级划分时气温和路面气温值差值不明显，随着影响等级越高，平均气温越低，气温最低值越高，路面温度越低。加措拉山站则只出现过较轻和轻度两个影响等级，两个等级划分时，气温和路面温度值存在8℃以上的差值。

4 道路结冰天气环流概念模型

本文选取了2014至2017年期间57个形成道路结冰的天气过程个例，其中三个交通站均出现道路结冰的过程10 个，任意两个站点出现道路结冰的过程16个，只有一个站点出现道路结冰的过程31个。对形成道路结冰天气过程个例的500hPa 环流场进行分析分型，主要分析中高纬环流形势、副热带高压和伊朗高压的强度位置以及形成道路结冰的主要天气影响系统，再根据不同影响系统进行分型，总结出了四种天气环流概念模型，从而为日喀则市道路结冰的预报预警提供实用的方法［4］。四种环流模型中，以南支槽型最多，占47%，其次是高原短波槽型，占32%，第三是高原切变线，占18%，最少为南部急流型，只占3%.

4.1 南支槽型

南支槽型天气环流概念模型的主要环流特征为500hPa上高原西侧或西南侧有南支槽，并且南支槽主体从高原南部东移影响日喀则市，较强的南支槽有低值中心形成。副热带高压多位于中南半岛至孟加拉湾一带，而伊朗高压多位于印度半岛至阿拉伯一带。中高纬欧亚大陆的形势分为三种，分别为两槽一脊型、一槽一脊型和低压槽区型。两槽一脊型的两槽分别位于乌拉尔山一带和鄂霍次克海一带，一脊位于乌拉尔山以东至我国东北一带。一槽一脊型的槽位于中西伯利亚至鄂霍次克海一带，脊位于西西伯利亚一带。低压槽区型为整个中高纬欧亚大陆处于低压槽区中。南支槽型天气环流模型易造成日喀则市南部（仲巴南部-吉隆-聂拉木-定日南部-定结南部-亚东）明显的强降雪天气，从而导致三个交通站均出现道路结冰或者通拉山站和曲乡站出现道路结冰。此类天气模型较集中发生在冬季初春，出现概率最多，造成的影响及范围较大。

2015 年1 月1 至4 日，受南支槽东移影响，聂拉木站点出现了连续四天的暴雪，其中2 日、3 日降雪量分别达62.7mm、30.0mm，三个交通站点均出现了道路结冰，通拉山站和曲乡站道路结冰持续时间为7～10 天，加措山站持续时间＜1 天。1 日20 时，欧亚大陆为两槽一脊型，乌拉尔山以西为槽区，乌拉尔山以东至我国东北地区以北为脊区，鄂霍次克海一带为槽区。副热带高压脊点在孟加拉湾一带，伊朗高压脊点位于阿拉伯一带，南支槽形成了560的低值中心，并位于印度半岛西北侧，日喀则市受槽前西南气流影响。

2017 年1 月27 至28 日，受南支槽影响，聂拉木站点出现了连续两天18.4mm、15.2mm 的暴雪，三个交通站点均出现了道路结冰，通拉山站和曲乡站道路结冰持续时间为2～4 天，加措拉山站持续时间＜1 天。27日08 时，中高纬欧亚大陆大致为一槽一脊型，西伯利亚一带为高压脊区，乌拉尔山以东至鄂霍次克海一带为低压槽区，副热带高压脊点位于太平洋海域，伊朗高压脊点位于阿拉伯海域，高原西南侧的南支槽形成了564的低值中心，日喀则市受槽前西南气流影响。

4.2 高原短波槽型

高原短波槽型天气环流概念模型的主要环流特征为500hPa上高原西侧或西北侧有短波槽，并且短波槽主体从高原上空东移影响日喀则市。副热带高压多位于中南半岛一带，而伊朗高压多位于印度半岛至阿拉伯一带。中高纬欧亚大陆的形势分为四种，两槽一脊型、一槽一脊型、低压槽区型和多槽多脊型。两槽一脊型的两槽分别位于贝湖以西和我国东北至鄂霍次克海一带，一脊位于贝湖附近。一槽一脊型的槽位于中西伯利亚至我国东北以北区域，脊位于西西伯利亚一带。低压槽区型为整个中高纬欧亚大陆处于低压槽区中。多槽多脊型为整个中高纬欧亚大陆呈多波动形势。高原短波槽型天气环流模型易造成日喀则全市范围的降雪天气，但强度弱于南支槽型。会导致加措拉山站与其他两站中的任意一个站点出现道路结冰，或者任意一个交通站出现持续时间较短的道路结冰。此类天气模型多发生于冬季、春季，出现概率仅次于南支槽型。

2015 年4 月13 日，受高原短波槽影响，聂拉木站点出现了24.7mm 的暴雪，定日站点出现了2.5mm 的中雪，三个交通站均出现了道路结冰，且持续时间均＜1天。13日20时，欧亚大陆为两槽一脊型，乌拉尔山一带为低槽，贝湖一带为弱脊区，我国东北以北地区为低槽区。副热带高压脊点位于孟加拉湾一带，伊朗高压脊点位于阿拉伯海一带，高原短波槽位于日喀则市上空，呈逐渐东移南压趋势，同时在印度半岛上有低涡存在。

2017年4月15日，受高原短波槽影响，聂拉木站点出现了14.7mm的暴雪，通拉山站和加措拉山站出现了道路结冰，且道路结冰持续时间＜1天。15日08时，中高纬欧亚大陆大致为宽广的低压槽区，副热带高压脊点位于中南半岛一带，伊朗高压脊点位于阿拉伯海西侧，高原短波槽位于日喀则市上空，呈缓慢东移南压的趋势。

4.3 高原切变线型

高原切变线型天气环流概念模型的主要环流特征为500hPa 上新疆一带南下的偏北风与高原上空原本盛行的偏西风形成风场上的切变。切变线或形成于日喀则上空或从高原北部东移南压至日喀则上空而受影响。部分切变线可以逐步加强发展出低值中心。副热带高压多位于中南半岛至孟加拉湾一带，而伊朗高压多位于印度半岛至阿拉伯海一带。中高纬欧亚大陆的形势分为四种，两槽一脊型、两脊一槽型、一槽一脊型和低压槽区型。两槽一脊型的两槽分别位于乌拉尔山一带和我国东北一带，一脊位于乌拉尔山以东至我国东北以西区域。两脊一槽型的两脊位于新疆以北和我国东北以北至鄂霍次克海一带，一槽位于中西伯利亚一带。一槽一脊型的槽位于乌拉尔以东至鄂霍次克海一带，脊位于乌拉尔山一带。低压槽区型为整个中高纬欧亚大陆处于低压槽区中。高原切变线型天气环流模型容易造成日喀则市沿江一线的降水天气。会导致通拉山站和加措拉山站出现道路结冰，或者加措拉山站点出现道路结冰。此类天气模型多发生于春末4—5月份，出现的概率较小，且持续时间短。

2015 年5 月10 日至11 日，受高原切变线影响，聂拉木站点连续两天出现了0.9mm、1.8mm 的小雪，通拉山站和加措拉山站出现了道路结冰，且道路结冰持续时间＜1 天。10 日20 时，中高纬欧亚大陆为两槽两脊型，新地岛以西为高压脊区，乌拉尔山一带为低压槽区，新疆东北侧至贝湖一带为脊区，鄂霍次克海一带为低压槽区，副热带高压脊点位于中南半岛附近，伊朗高压脊点位于阿拉伯海一带，高原切变线位于日喀则市上空呈南北摆动状态。

2017 年5 月15 日，受高原切变线影响，定日站点出现了12mm 的雨夹雪，通拉山站和加措拉山站出现了道路结冰过程，且道路结冰持续时间＜1 天。15 日08 时，中高纬欧亚大陆大致为宽广的低压槽区，副热带高压脊点位于中南半岛附近，伊朗高压脊点位于印度半岛一带，高原低涡切变线中心值为580，中心位于日喀则市上空，且移速较为缓慢。

4.4 南部急流型

南部急流型天气环流概念模型的主要环流特征为500hPa上阿拉伯一带有低压槽区，阿拉伯至高原西侧为高压脊区，脊区有明显的大风速带，将阿拉伯海一带的水汽输送至高原南部。两高位置偏南，中高纬欧亚大陆为一槽一脊型，槽位于贝加尔湖以西，脊位于贝加尔湖以东。南部急流型天气环流模型出现概率少范围小持续时间短，容易造成日喀则市南部局部范围的降水，易导致曲乡单站出现道路结冰。

2015年2月13日，受南部急流影响，曲乡单站出现了道路结冰，道路结冰持续时间＜1天。13日20时，中高纬欧亚大陆为一槽一脊型，贝加尔湖及其以西区域为低压槽区，我国东北至鄂霍次克海以北为高压脊区，副热带高压脊点位于太平洋海域，伊朗高压脊点位于阿拉伯东侧，日喀则市受槽后脊前西北急流影响。

2016年1月26至27日，受南部急流影响，聂拉木站点出现了连续两天0.8mm、0.5mm 的小雪，曲乡单站出现了道路结冰，道路结冰持续时间在1～2天。27日08时，中高纬欧亚大陆为一槽一脊型，西西伯利亚一带为高压脊区，中西伯利亚一带至鄂霍次克海为低压槽区，副热带高压脊点位于中南半岛以南，伊朗高压脊点位于印度半岛东侧，日喀则市受槽后脊前西北急流影响。

5 结论

国道318沿线三个交通站中通拉山站出现道路结冰现象最多，持续时间较长，其次是曲乡站，最少为加措拉山站。

通拉山站和曲乡站道路结冰出现时间主要集中在1 月和3 月，加措拉山站则主要集中在1 月和3～4月，通拉山站和加措拉山站出现最少月份为11 月，曲乡站则为10月、11月和5月。

分析研究四种道路结冰等级与气象要素值之间的关系，得出三个交通站点出现不同影响等级道路结冰时湿度和风速值无明显差值，但气温和路面温度值存在不同程度的差值，其中通拉山站和加措拉山站各等级之间差值较明显。

形成道路结冰的四种天气环流概念模型中，以南支槽型最多，易造成日喀则市南部明显的强降雪天气，从而导致三个或两个交通站出现道路结冰。其次是高原短波槽型，易造成日喀则全市范围的降雪天气，会导致两个或任意一个交通站出现道路结冰，然后是高原切变线，易造成日喀则市沿江一线的降水天气，会导致两个或任意一个交通站出现道路结冰。最少为南部急流型，易造成日喀则市南部局部范围的降水，会导致曲乡单站出现道路结冰。

本文基于日喀则市三个交通气象观测站积雪和结冰情况得出了道路结冰分布特征、道路结冰影响等级与气象要素值之间的关系，并初步探讨了可能造成日喀则市道路结冰的天气环流概念模型。所用的天气实况资料覆盖面窄，存在代表性不强、准确性欠缺等问题，待后期交通气象站点加密后在进行全面的研究。