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原文传递高速公路道路低温结冰致灾机理及预警技术研究

论文题名：	高速公路道路低温结冰致灾机理及预警技术研究
关键词：	路面温度;桥面温度;差异性;结冰风险;致灾机理;冰情预警
摘要：	高速公路是公路交通系统的“大动脉”，各种不利天气对高速公路的交通安全影响也越来越明显，路面低温结冰是影响高速公路交通安全的重要因素之一。同时，局部路段优先结冰也是目前高速公路路面结冰预报的瓶颈，因此研究冬季路（桥）面的低温差异性，识别公路沿线的低温结冰高危风险路段，构建结冰风险等级预警模型，为日后完善对路面低温冰情的实时监测和预警预报业务系统奠定基础，并有利于路政部门或用户主动选择防范或采取规避风险措施。　　本文运用江苏扬溧高速润扬大桥段2012-2015年交通气象站的逐分钟监测资料和同期邻近气象站的逐时观测资料，开展了冬季路桥面温度的差异性特征及成因分析研究，结果表明:(1)冬季相同天气条件下，不同类型下垫面的夜间温度分布表现为“桥面温度＜路面温度＜地面温度”;同一路段上，桥面与相邻路面的温度差值最大可达-5.7℃，出现最大差值的时间早于路桥面最低温度的出现时间近1h。(2)冬季不同天气条件下夜间路桥面温度变化规律相似，以晴天变幅最大，阴天和雨天居中，雪天最小;桥面温度一般比路面温度提前2h降至0℃以下，桥面维持低温时间比路面长3h，低温维持阶段桥面温度低于路面约2℃。(3)冬季夜间晴天桥面热通量最大，阴天和雨天次之，雪天约为晴天的1/2;四种天气条件下夜间桥面热通量的变幅更大;与桥面相比，夜间路面还受到路基的热补偿作用，这种作用强于空气对路面的潜热输送和流体运动热交换，这也是冬季夜间桥面更容易、更早出现结冰现象的根本原因。　　通过引入热谱技术，经质量控制和时空订正后反演江苏扬溧、京沪和沈海高速的路温热谱图，可进一步提升江苏省高速公路交通气象精细化预报服务能力。研究得到如下结论:(1)路温的振幅大小，与大气稳定度有关，反气旋系统下振幅最大，气旋系统下振幅最小。(2)热谱图中大型桥梁、中小型桥梁、互通立交上行桥路段的路温为负偏差，收费站/服务区、互通立交下行桥路段的路温为正偏差。所有路段中，大型跨江桥梁段的路温下降最显著。(3)揭示热谱图路温跳变现象并对跳变路段进行聚类，结果划分为5大类，对应5种路面结构类型:大型跨江桥梁、中小型桥梁、收费站/服务区、互通立交上行桥和互通立交上行桥。(4)建立精细化的路面温度跳变等级标准，该标准可以为日后路政部门对局部重灾路段进行道路防冰除冰作业提供科学的参考依据。　　运用扬溧高速润扬大桥段交通气象站2012-2015年冬季路桥面温度、环境气温数据，分析两种下垫面结冰温度条件频率随环境气温的变化特征，建立结冰风险等级预警模型，结果表明:(1)在预测路面结冰的Logistic模型中起主导作用的第一因子是最低气温，其次为地面最低温度。(2)扬溧高速路（桥）面结冰温度条件频率变化的三基点（起始拐点、敏感峰值点、饱和拐点）对应的环境气温分别为-0.6℃(0.5℃)、-2℃(-0.6℃)、-3.4℃(-1.8℃);桥面结冰的临界环境气温高于普通路面约2℃。(3)当环境气温降到-2℃（-0.6℃）时，路（桥）面结冰频率变化最快，气温的小幅度变化均会造成比较显著的结冰频率变化，因此在环境温度的敏感变化阶段更需警惕高速公路道路结冰。(4)根据高速公路路桥面结冰风险频率三基点:低风险频率(P=0.1)、中风险频率（P=0.5）和高风险频率(P=0.9)，将扬溧高速结冰风险划分为4个等级，等级越大，表征该路段的结冰风险越高。经实例验证表明，该模型对高速公路结冰风险预警评估效果良好，可投入业务使用。
作者：	王婧
专业：	应用气象学
导师：	袁成松;包云轩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	南京信息工程大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文