我国公路交通气象研究与业务进展

介绍了国内外公路交通气象服务的发展概况以及我国公路交通气象研究现状和业务进展,列举了低能见度、路面温度等公路交通气象预报的主要技术方法和成果,重点阐述了我国公路交通气象服务的业务体系,同时展望了未来公路交通气象服务的发展方向。指出,我国在能见度、路面温度等公路交通气象监测与预报技术方面已取得一定的研究成果,但仍需进一步加强交通气象监测系统的建设,同时,研发面向不同对象的公路交通气象专业预报模型。此外,为了满足社会公众对交通气象服务日益增长的需求,探索智慧交通气象服务在逐渐发展的智慧生活中的应用也愈发重要。     

面向公众出行的公路交通气象服务系统

从公众公路出行前的气象服务需求出发,研究公路交通气象服务的思路和技术方法,开展公路交通监测、预报与预警气象服务。研究建立公路交通气象观测网组网原则及站点选择规则,开展基于混合空间分析技术的道路反演、路径分析等关键技术研究,综合利用能见度、天气、风3种高影响气象要素建立公路通行气象条件模型,研发实况、预报、预警3大类6种气象服务产品,为用户提供直观、有效的气象服务信息。研发的公路交通气象服务系统于春运期间通过中国天气网交通频道正式对外服务,有效促进了公众用户的便捷、安全出行。     

基于WebGIS技术的精细化高速公路气象服务系统

根据交通气象服务的特点,研究开展高速公路交通气象服务的思路和技术方法。通过研究高速公路交通气象观测网组网原则及站点选择规则,建成交通气象观测网。采用降水、能见度、路面温度、大风等高影响气象因子,建立高速公路通行气象条件模型,根据基础地理数据、气象监测实况数据、精细化模式集成预报数据、灾情调查等数据,利用Flex Builder 4. 6为开发工具,设计开发了一套基于Web GIS技术的以精细化预报为核心的交通气象灾害监测预警服务系统。该系统实现了对高速公路的实况天气监测、精细化数值天气预报及灾害性天气预警三大功能,实现了全自动、智能化的精细化服务模式,为用户提供直观的服务信息,为公众交通出行提供了及时的气象服务。研发的公路交通气象服务系统已正式对外服务,并在春运期间为公众用户便捷、安全出行提供了保障。     

内蒙古公路交通气象灾害及服务分析

通过对内蒙古公路交通气象灾害以及服务情况进行分析,明确了道路积雪、路面结冰、强降水、低能见度、大雾和沙尘是主要的公路交通气象灾害,其中降雪和低温是主要的致灾因子。近年来,内蒙古公路交通气象服务在交通气象专业监测、灾害天气预报、预警以及交通气象服务技术方面均取得了新的进展。与此同时,提出了进一步提高内蒙古公路交通气象服务的对策建议:第一,尽可能的加密专业气象观测网站建设,保障预报数据来源丰富;第二,加强需求调研,开发更具针对性和专业性的气象预报预警产品;第三,加强气象、交通、公安三部门信息共享与应急联动机制建设,提高对公路交通恶劣天气的联合防范与应对能力。     

基于B／S（Browser／Server）架构的深圳市交通预报制作系统的设计与实现

2005年7月27日中国气象局和交通部联合签署了《共同开展公路交通气象监测预报预警工作备忘录》。随着该《备忘录》的签署,深圳市气象局积极响应,着手研究交通天气预报技术和方法,并于2006年9月28日正式开展了深圳市长途交通专题天气预报。为了达到交通预报制作图文并茂且节省人力的目的,采用B/S(Browser/Server)架构,对原C/S结构的交通预报制作系统进行了改进和升级,该系统使用PHP语言作为开发语言,并使用MYSQL作为数据库驱动。升级后的系统平台具有简洁、易于操作、安全性高、自动化程度较高和维护和升级简单的特点。     

公路交通决策气象服务需求分析

采用问卷调查的方式,对气象、交通、公安等多部门公路交通决策气象服务关注的气象要素、产品类型和时段、服务改进方向等需求进行了调研。利用专家评分法对调查内容进行评估分析,并提出提升公路交通决策气象服务能力的相关建议。结果表明:专家对现有公路交通决策气象服务工作总体满意度较高,普遍认为公路交通决策气象服务在公路运输、运行调度、应急救援等方面发挥作用明显;行业领域不同需求的气象要素有所不同,交通部门专家对公路积雪、降雪、霾等要素给出的需求权重值明显高于气象部门专家给出的;不同类型的决策服务产品关注的气象要素和时效也有所不同,其中,监测类产品对低能见度、道路积雪要素最为关注;预报类产品对雨雪和大雾要素最为关注;预警类产品对大雾最为关注;而影响评估类产品对低能见度最为关注。监测类产品主要关注逐小时时段;预报和预警类产品重点关注未来3—12 h时段;而影响评估类产品主要关注日、月、季度时段。     

包头市不同路面温度变化特征及预报模型研究

利用包头试验场2016年12月—2018年12月沥青、水泥、地砖、砂石路面温度、气温观测和同期气象站实况资料,统计分析了不同季节、不同天气状况下各种路面温度和气温的日变化特征,以及不同路面温度与气象因子的关系,采用逐步回归统计方法建立了不同季节不同路面温度预报模型并进行检验。结果表明,不同路面温度的日变化与季节和天空状况有密切关系,路面温度与平均气温、最高气温、最低气温呈显著正相关;与相对湿度呈负相关。基于不同路面温度预报方程的检验结果得出,预报准确率在82%～94%,相关系数在0.86～0.96,模型应用于路面温度预报业务。     

基于气象条件的河北高速公路通行状况综合风险等级预报方法

利用2012—2017年河北省高速公路沿线交通气象站观测资料以及因气象条件造成的高速公路交通事故和封闭管制资料,选取公路交通高影响天气的强度、持续时间、风险区划等级、单项车流量、地形、发生时段等多个因子,运用加权分析法,分别建立雾、路面结冰和强降雨3种气象灾害风险等级预报模型。在此基础上,构建综合3种高影响天气条件下的高速公路通行状况综合风险等级预报模型,并以3种天气条件造成的公路封闭时长为判别指标给出分级标准。经检验,基于3种高影响天气的河北高速公路通行状况综合风险等级预报模型,其产品准确率可达76.7%,能够满足日常交通气象服务需求。     

广西主要高速公路气象灾害风险调查分析

以G75、G65、G76、G78、G2518、G59、G69、G72、G7511、G80广西境内路段作为调查对象,通过统计分析法,挑选出气象灾害风险隐患点,在此基础上,利用问卷调查、实地勘察、专家评估和对比分析法对隐患点的气象灾害风险情况进行调查分析,通过调查分析得知:影响广西高速公路气象灾害有强降雨、大风、低能见度、低温冰冻、雷电;次生灾害有:地质灾害。降雨量致灾临界值为10mm/h,路面结冰临界值为气温-4℃,能见度的临界值为200m,各要素达到以上强度时,将对高速公路交通产生影响。公路交通运营公司迫切需要针对公路交通的地形地貌、气候特点,发布公路路段短时强降雨、冰冻灾害、地质灾害、大雾、风力、风向预报及雷雨天气预报,以便提前采取防范措施,防止安全事故发生。因此,提高气象为公路交通安全运营的服务能力和水平,最大程度地减轻或避免因气象灾害对公路交通和人民生命财产所造成的损失,是当前公路交通气象服务工作的一项重要任务。     

河北省高速公路路面温度变化特征及预报模型

利用2010年1月至2011年12月邯长、京秦高速公路涉县、玉田南北2监测站和所在气象站观测资料,统计分析南北2站路面温度与气温的日变化特征及路面最高温度与气象因子的关系,基于多元回归分析方法建立逐月路面温度预报方程,并进行精度检验。结果表明,路面温度的日变化不但与季节、天空状况有关,还与地理位置密切相关。路面最高温度受多种气象因子的影响,与前一日路面最高温度、最高气温、能见度呈显著正相关,与总云量、低云量、相对湿度呈显著负相关,其中与最高气温的相关性最显著;路面最低温度与最低气温呈显著线性相关。基于路面最高温度预报方程的检验精度,玉田站年平均为77.5%,涉县为79.2%,可为今后路面最高温度预报提供参考。     

路面气象数值预报模型及性能检验

该文基于通用陆面模式 (CoLM) 发展了精细化路面参数数值预报模型 (BJ-ROME)。该模型可以预报路面温度、积雪厚度、积冰厚度以及积水厚度。模型不仅考虑了路面的不透水性、相对较低反照率、低热容以及高热导率等特征,还考虑了城市人为热的影响。模型采用北京市气象局快速更新循环预报系统 (BJ-RUC) 产生的气象强迫场驱动,预报时间跨度为24 h,更新时间为3 h。采用北京地区芬兰Vaisala公司路面观测站2009年8月9—24日路面温度及2010年1月3—4日积雪厚度观测结果对模型预报结果进行验证,同时进行了敏感性试验。结果表明:无论是在晴空还是降水的气象条件下,BJ-ROME均能较准确地预报路面温度极值以及日变化。BJ-ROME还可以较准确地模拟积雪厚度的最大值以及随时间变化情况。     

沪宁高速公路路面温度变化特征及统计模型

使用2006年7月-2007年6月沪宁高速公路沿线梅村和仙人山站附近的逐分钟路面温度、气温、湿度、风向、风速、降水气象资料, 分析了梅村和仙人山不同季节和不同天气状况下路面温度的日变化特征。结果表明:不同季节路面温度和气温具有明显的日变化;日出至日落时段,路面温度与气温有较大差异。在此基础上,应用逐步回归方法建立了梅村和仙人山最高和最低路面温度统计模型, 得出最低路面温度模型模拟结果与实况的变化趋势接近,误差绝对值不超过2℃, 具有很好的实际应用价值; 而最高路面温度模型在一定程度上模拟结果偏差较大,实际应用中需进行适当修订。     

山区公路雾天分布特征及相关性研究

雾是山区常发的天气现象,且具有偶发性和局部性的特征,雾天条件下,能见度降低,为公路行车安全带来一定隐患。该文基于云南普洱山区公路交通气象观测实验基地的观测数据,对2014年5月—2016年10月期间,实验基地所在公路的雾的等级以及时间分布规律进行了分析。通过列联表、条件频率等相关性分析方法,开展了雾天能见度与其他气象要素的相关性研究。通过对列联表的相关性假设显著性分析,降雨强度、风速等气象要素与能见度之间存在相关性;但列联关系V相关系数分析结果表明,其相关程度不高。从条件概率统计来看,在不同的气象要素区间范围内,各等级雾发生的条件概率分布遵循一定的规律。分析雾天能见度的分布规律,及其与其他气象要素之间的相关性,能为雾天条件下公路行车安全预警与控制提供数据支持。     

Current Status and Future Challenges of Weather Radar Polarimetry: Bridging the Gap between Radar Meteorology/Hydrology/Engineering and Numerical Weather Prediction

After decades of research and development, the WSR-88 D(NEXRAD) network in the United States was upgraded with dual-polarization capability, providing polarimetric radar data(PRD) that have the potential to improve weather observations,quantification, forecasting, and warnings. The weather radar networks in China and other countries are also being upgraded with dual-polarization capability. Now, with radar polarimetry technology having matured, and PRD available both nationally and globally, it is important to understand the current status and future challenges and opportunities. The potential impact of PRD has been limited by their oftentimes subjective and empirical use. More importantly, the community has not begun to regularly derive from PRD the state parameters, such as water mixing ratios and number concentrations, used in numerical weather prediction(NWP) models.In this review, we summarize the current status of weather radar polarimetry, discuss the issues and limitations of PRD usage, and explore potential approaches to more efficiently use PRD for quantitative precipitation estimation and forecasting based on statistical retrieval with physical constraints where prior information is used and observation error is included. This approach aligns the observation-based retrievals favored by the radar meteorology community with the model-based analysis of the NWP community. We also examine the challenges and opportunities of polarimetric phased array radar research and development for future weather observation.     

沿天山高速公路冰雪灾害分析及其对交通安全的影响

利用2002年12月-2006年12月沿天山高速公路因恶劣天气导致交通管制统计记录,结合相应时间段高速公路沿线气象资料,对比分析了高速公路冰雪灾害对交通安全的影响,结果表明：高速公路冰雪灾害的危害程度依次是道路结冰、风吹雪、强降雪。路面结冰主要影响路段在吐乌大高速公路、乌奎高速公路和乌鲁木齐机场高速公路;风吹雪集中出现在达坂城到乌鲁木齐一线;除了吐乌大高速达坂城到吐鲁番段没有因强降雪影响交通的记录外,沿天山其它各段均有发生。归纳了高速公路冰雪灾害气象要素预报指标,建立了预报模型,制定出冰雪灾害的气象指数等级、安全行车预防措施,为交通运输气象服务提供具体可操作的预报产品。     

近30a台湾非台风暴雨研究回顾

从1987年开始,台湾暴雨研究进入一个新纪元,由早期定性描述分析进入定量计算与模拟,其中包括新观测设施的建设与数值天气预报系统的建立。近年来,随着全球气候变暖,台湾极端降雨事件有所增加,其中不少极端降雨事件是由非台风暴雨所致,往往给当地社会经济和人民生命财产造成严重影响,这就迫切需要不断提高强降雨定量预报业务水平。本文通过对近30 a台湾在非台风暴雨研究发展方面取得的主要进展的回顾,重点介绍了台湾气象部门为了提高强降雨定量预报业务水平所做出的努力,同时对未来台湾非台风暴雨研究规划与方向作了简要介绍。     

随机森林回归法在冬季路面温度预报中的应用

基于宁宿徐高速公路三个交通气象站2015—2018年冬季逐10 min实时观测资料,使用随机森林回归模型预报这三个站的未来1 h冬季路面温度,分析了该模型在冬季路面温度预报中的可行性和适用性。研究结果表明:随机森林回归法可以被用来预报高速公路冬季路面温度,不同类型的交通气象站点的特征输入方案和参数调试标准存在差异;与简单特征相比,引入的复合特征能更好地补充解释交通气象站所处的环境和气象要素,且其对普通路面交通气象站和靠近桥梁、水体的交通气象站的区分度更高,故引入复合特征的随机森林回归模型可以被用来预报高速公路冬季路面温度,且其在对普通路面交通气象站和靠近水体、桥梁的交通气象站的预报效果较好,而对服务区交通气象站的预报效果略差;袋外误差率的降低并不代表预报精度的提高;引入复合特征的随机森林回归模型不论在何种天气状况下,均可用于各不同类型交通气象站冬季路面温度的预报,雨雪天时的预报效果最佳,阴天其次,晴天略差。     

南充交通事故与天气关系的研究

天气变化与交通事故之间存在较为密切的关系,利用2010～2018年南充市交通事故数据及相关气象数据等资料,探讨了不同气象条件对驾驶员、车辆、道路环境等的具体影响,统计分析了南充市所辖区域内交通事故年和月际、逐日变化和事故发生地当时气象要素特征,以及两者的相关性。结果表明:近年来交通事故呈现出逐年减少的趋势,主汛期(5～8月)和冬季是南充市交通事故的高发时期,而春季(3～4月)及秋季(9～11月)交通事故发生相对较少。同时,交通事故发生存在明显的日变化特征,每日07～08时、11～12时、14～15时、18～19时为高发时段;交通事故多发与天气条件具有一定的相关性,尤其是高温、降雨、大雾等天气现象;另外,在不同的天气条件下,有针对性的采取一些措施,可以有效避免交通事故的发生。      

晋中秋白菜生长后期冻害天气预报研究及对策

依据秋白菜冻害发生前不同的天气条件,将冻害分为干冷型和湿冷型2种类型,并针对秋白菜的生理特点及对气象观测资料的研究,归纳出2型的冻害气象指标。在反查了大量的历史天气图基础上,选取08时天气图上某一范围作为预报关键区,建立了2型冻害的72h、48h、24h各预报时效的进型条件、起报条件和消空指标,综合组成了秋白菜的冻害预报系统。在1992年～1999年的试报中,各预报时效准确率平均达86%,取得了较满意得效果。     

卫星气象的发展——机遇与挑战

气象卫星和卫星气象发展到今天,正处于一个承上启下,继往开来的关键时期。本文从国内外气象卫星的发展,气象卫星对大气科学的作用和影响这两大方面讨论了它们在不同发展阶段所取得的进展、成就和特点,以及未来的发展趋势和面临的科学、技术问题。在此基础上,提出了卫星气象为适应良好的发展机遇所面临的挑战,它们是：绝对辐射定标和真实性检验、发展快速精确的辐射传输模式、全球模式中同化卫星遥感的水汽和云等资料、在区域模式中同化卫星遥感的高分辨率资料和发展先进的反演算法。