某高速公路路面高、低温过程数值模拟和预报研究

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1、某高速公路路面高、低温过程数值模拟和预报研究第一章引言1.1研究背景城际交通是城市群发展的重要纽带，高速公路是全封闭、多车道、个别有中央分隔带、全立体交叉、集中管理、控制出入、多种安全服务设施配套齐全的高标准汽车专用公路。高速公路以快捷、安全而在国民经济建设和日常生活中起着重要的作用，成为名符其实的黄金经济走廊。截止2012年底，江苏省高速公路总里程已达4840多公里，高速公路密度居全国第一，其中以沪宁高速江苏段、京沪高速江苏段等在江苏高速公路网中占有最重要的地位。沪宁高速公路于1996年建成通车，是江苏省第一条高速公路，其江苏段全长约250km。高速公路的安全和畅通一直受到气象条件的制约，因

2、高低温、冰冻、雨、雪、雾、风等不良条件甚至恶劣天气影响而事故频发。特别是不良天气条件对路面状况和能见度的影响，常改变道路行车环境，影响驾驶员的正确判断和操作，从而降低通行能力，诱发交通事故，甚至造成严重的财产损失和人身伤亡。因此，交通安全的气象保障已成为社会广泛关注的热点，也是当前安全生产的一个关键领域。高速公路沿线的温度（包括路面温度）变化是从热环境角度反映交通气象条件的重要指标，路面高、低温（以及相伴的其它气象条件）对驾乘人员、路面状况、道路实施的影响是多方面的，是目前交通气象灾害研究的重要内容之一。春季气温回升快且雨水多，常出现较暖且湿度大的天气，此时驾驶员容易处于似睡似醒状态，同时路面

3、也淋滑，极易引起车祸。夏日高温即日最高气温在30°C以上、路面温度在62°C以上时，由于温度高，持续时间长，一些地区的公路遭到较为严重的破坏，高温常导致柏油路出现泛油、拥包等现象，并出现大量坑槽，经过汽车碾压后，大面积损坏；水泥路面受热胀缝拥起达10cm多；砂石路面也出现大面积的松散。汽车本身的机制，也受到一定的影响。如爆胎、自燃等。1.2研究目的和意义研究高速公路高低温气象条件并及时做出准确的预报，一方面可为道路养护和应急疏通(如夏季洒水降温和冰雪天气洒盐、扫雪、纟产冰等)提供决策依据，以改善道路的使用性能和耐久性，使得这些道路行车更安全；另一方面可为交通调度和营运管理提供重

4、要信息，以降低因高低温天气引发的道路交通维护成本，保障道路畅通，减少交通事故造成的生命财产损失。沪宁高速公路自2006年建立全自动气象监测系统以来，对公路上方贴地层大气和路面的部分气象要素进行了实时监测。虽然对大气环境进行了系统的观测和预报服务，但缺乏对路面物理状况的规律分析和预报服务。路面高、低温引起的路面物理状况改变和行车热环境胁迫是目前国内外交通气象研究的空白之一。因此，在现有交通气象观测资料累积的基础上，揭示沪宁高速公路路面温度变化特征和规律，通过个例分析和数值模拟，阐明高、低温过程发生机理，建立预报模型，通过检验、修正、改进和推广应用，提高准确率和精细度，不仅可以更全面而及时地了解路

5、面物理状况，而且对提高交通气象业务水平，具有重要的理论价值和实践意义。第二章资料和方法2.1实测资料本次公路路面高、低温数值模拟试验研究应用的是S数据处理：按时序对AS实测温度数据进行整理，以一日中不同时刻为行，左始右终；以一年中不同日期为列，上始下终；各站垂直方向一个层次一个工作表，3个层次3张工作表组成1个Excel文件，26个AS站形成26个Excel文件。在这些文件中对行数据作如下处理：对实测每分钟温度数据按小时统计寻找或计算出各小时最高值、最低值和平均值，导入MatLab中作出三者各自的日变化（24个时次）曲线，并确定或计算出日极值（最高值和最低值）及其出现时刻、日较差和相位。以此为

6、基础，对列数据作如下处理：统计或计算出各月、各季、各年温度最高值、最低值、平均值，并绘制出相应的月、季、年温度变化曲线，计算出各层温度年较差、极端年较差及年变化位相。比较各层日、月、季、年温度极值和较差、位相及平均值大小，分析出各站不同层次温度变化的差异。2.2模拟资料模式资料由美国国家环境预测中心（NCEP)提供的水平分辨率为的气象再分析格点资料。美国国家环境预报中心（NCEP)和国家大气研究中心（NCAR)联合执行的全球大气40年资料再分析计划通过CDC(ClimateDianogisticCenter)利用磁带的形式向外发行。继美国环境预报中心(NCEP)和国家大气研究中心(NCAR)联

7、合推出月平均再分析资料（1949-01)和日平均再分析资料（1958-01-01)后，又正式对外发布逐6h再分析资料集(1958-01-01T00)，这为研究天气尺度和中尺度系统变化过程提供了良好的条件，并能为中尺度数值模式及区域气候模式提供初始场和侧边界条件。该资料以CDFOietonDataForm)的形式存储，通常可用COLA发展的自由软件GrADS或PMEL发展的可视化自由软件FERRET