高速公路道路低溫結(jié)冰致災機理及預警技術(shù)研究.pdf

1、高速公路是公路交通系統(tǒng)的“大動脈”，各種不利天氣對高速公路的交通安全影響也越來越明顯，路面低溫結(jié)冰是影響高速公路交通安全的重要因素之一。同時，局部路段優(yōu)先結(jié)冰也是目前高速公路路面結(jié)冰預報的瓶頸，因此研究冬季路（橋）面的低溫差異性，識別公路沿線的低溫結(jié)冰高危風險路段，構(gòu)建結(jié)冰風險等級預警模型，為日后完善對路面低溫冰情的實時監(jiān)測和預警預報業(yè)務系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，并有利于路政部門或用戶主動選擇防范或采取規(guī)避風險措施。
　　本文運用江蘇揚溧高速

2、潤揚大橋段2012-2015年交通氣象站的逐分鐘監(jiān)測資料和同期鄰近氣象站的逐時觀測資料，開展了冬季路橋面溫度的差異性特征及成因分析研究，結(jié)果表明:(1)冬季相同天氣條件下，不同類型下墊面的夜間溫度分布表現(xiàn)為“橋面溫度＜路面溫度＜地面溫度”;同一路段上，橋面與相鄰路面的溫度差值最大可達-5.7℃，出現(xiàn)最大差值的時間早于路橋面最低溫度的出現(xiàn)時間近1h。(2)冬季不同天氣條件下夜間路橋面溫度變化規(guī)律相似，以晴天變幅最大，陰天和雨天居中，雪天最

3、小;橋面溫度一般比路面溫度提前2h降至0℃以下，橋面維持低溫時間比路面長3h，低溫維持階段橋面溫度低于路面約2℃。(3)冬季夜間晴天橋面熱通量最大，陰天和雨天次之，雪天約為晴天的1/2;四種天氣條件下夜間橋面熱通量的變幅更大;與橋面相比，夜間路面還受到路基的熱補償作用，這種作用強于空氣對路面的潛熱輸送和流體運動熱交換，這也是冬季夜間橋面更容易、更早出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象的根本原因。
　　通過引入熱譜技術(shù)，經(jīng)質(zhì)量控制和時空訂正后反演江蘇揚溧、

4、京滬和沈海高速的路溫熱譜圖，可進一步提升江蘇省高速公路交通氣象精細化預報服務能力。研究得到如下結(jié)論:(1)路溫的振幅大小，與大氣穩(wěn)定度有關(guān)，反氣旋系統(tǒng)下振幅最大，氣旋系統(tǒng)下振幅最小。(2)熱譜圖中大型橋梁、中小型橋梁、互通立交上行橋路段的路溫為負偏差，收費站/服務區(qū)、互通立交下行橋路段的路溫為正偏差。所有路段中，大型跨江橋梁段的路溫下降最顯著。(3)揭示熱譜圖路溫跳變現(xiàn)象并對跳變路段進行聚類，結(jié)果劃分為5大類，對應5種路面結(jié)構(gòu)類型:大型

5、跨江橋梁、中小型橋梁、收費站/服務區(qū)、互通立交上行橋和互通立交上行橋。(4)建立精細化的路面溫度跳變等級標準，該標準可以為日后路政部門對局部重災路段進行道路防冰除冰作業(yè)提供科學的參考依據(jù)。
　　運用揚溧高速潤揚大橋段交通氣象站2012-2015年冬季路橋面溫度、環(huán)境氣溫數(shù)據(jù)，分析兩種下墊面結(jié)冰溫度條件頻率隨環(huán)境氣溫的變化特征，建立結(jié)冰風險等級預警模型，結(jié)果表明:(1)在預測路面結(jié)冰的Logistic模型中起主導作用的第一因子是最低

6、氣溫，其次為地面最低溫度。(2)揚溧高速路（橋）面結(jié)冰溫度條件頻率變化的三基點（起始拐點、敏感峰值點、飽和拐點）對應的環(huán)境氣溫分別為-0.6℃(0.5℃)、-2℃(-0.6℃)、-3.4℃(-1.8℃);橋面結(jié)冰的臨界環(huán)境氣溫高于普通路面約2℃。(3)當環(huán)境氣溫降到-2℃（-0.6℃）時，路（橋）面結(jié)冰頻率變化最快，氣溫的小幅度變化均會造成比較顯著的結(jié)冰頻率變化，因此在環(huán)境溫度的敏感變化階段更需警惕高速公路道路結(jié)冰。(4)根據(jù)高速公路路