短时强降雨对能见度的影响.pdf

第30卷 第2期气象科学Vol.30,No.22010年4月SCIENTI A METEOROLOGICA SIN ICAApr.,2010吴建军,袁成松,周曾奎,等.短时强降雨对能见度的影响.气象科学,2010,30(2):2742278.Wu Jianjun,Yuan Chengsong,Zhou Zengkui,et al.I mpactof short term heavy rainfallon themonitoring and forecastof sudden visibility descent.ScientiaMeteoro2logic Sinica,2010,30(2):2742278.短时强降雨对能见度的影响吴建军 袁成松 周曾奎 吴 震(南京交通气象研究所,南京210008)摘 要 利用安装在宁沪高速公路沿线26个AMW自动气象观测站监测的每小时雨量、每分钟雨强与每分钟能见度资料,分析了强降雨对能见度的影响,结果表明:短时强降雨大多数产生在暴雨天气过程中,随着每分钟雨强的增大,能见度急剧减小危及行车安全;结合交通运营管理部门的实际需求,确定了短时强降雨的定义和预警阈值,制定了短时强降雨的预警、临近预报流程。应用实例证明:该流程能够满足交通气象服务中短时强降雨的预警预报要求。关键词 能见度 预警预报 短时强降雨 分类号 P4261615 文献标识码 B收稿日期:2008212222;修改稿日期:2009204208基金项目:科技部行业专项(GYHY200906027);中国气象局气象新技术推广项目(CMATG2006M30)第一作者简介:吴建军(19792),男,山东青岛,硕士,主要从事大气物理和短期天气预报研究I mpact of short term heavy rainfall on the monitoring andforecast of sudden visibility descentW u JianjunYuan ChengsongZhou ZengkuiW u Zhen(Nanjing Institute of Transportation&Communication M eteorology,Nanjing210008,China)AbstractBy use of theAMW data ofper2hour rainfall,per2minute rainfall and per2minute visibilityfrom 26 AMW automatic weather stations along the Ninghu expressway,the heavy rain on the impact ofvisibility is analyzed.The results show thatmost of short ter m heavy rainfall occur in the rainstor m,alongwith the rainfall intensity enhancing,the visibility descends so suddenly as to endanger the traffic safety.According to the requirements of the depart ment of the traffic management,the short term heavy rainfallis defined and the warning threshold value is found,establishing flow chart of the warning and nowcastingabout short term heavy rainfall.The application proves that this flow can satisfy the requirements of theroad weather service about short term heavy rainfall forecast.Key wordsVisibilityWarning and nowcastShort term heavy rainfall 引 言降雨危及交通的安全与畅通主要反映在三个方面:一是一般降雨天气,尤其是由晴转雨,雨水润湿了路面,降低了轮胎与地面之间的摩擦系数1,由此诱发交通事故,冬季雨后路面结冰危害更加明显2。二是由于暴雨或特大暴雨使公路、铁路的路基受积水浸泡,造成滑坡、塌陷、路面泛浆以及因决堤、垮坝和泥石流等更为严重的洪水灾害,毁坏公路、铁路等交通设施。三是短时强降雨使能见度急速下降,严重影响驾驶员的视线,引发公路、水上运输、飞机起降时的各种交通事故。由于暴雨常常造成灾难性后果,一直是防灾减灾的工作重点,也是气象预报研究中的重点326。随着对暴雨研究的深入,短时强降雨也开始引起重视,通过风场、云图和多普勒雷达,结合数值预报产品,研究短时强降雨的分布和特征7210。短时强降雨引起的能见度的剧降和短时强降雨的分析预报更是公路交通运营管理部门关注的重点11214,在高速公路迅猛发展前,强降雨对能见度的影响进而危及交通安全不受人们的重视,也未见到相关的研究成果。因而如何界定影响能见度的强降雨阈值和如何做好短时强降雨的预警预报已成为亟须探索研究的新课题。本文主要介绍南京交通气象研究所近年来在这方面取得的进展与成果。1 暴雨和短时强降雨我国气象部门规定:24 h降水量达:5011100 mm定为暴雨。但从实时监测雨量分析,24 h累计降水量达到暴雨量级有两种情况,一是并非24 h都有大的降水,通常情况下是24 h内某一短时段内下了倾盆大雨,形成日降水量达暴雨程度。如2006年7月19日12时到20日12时(北京时,下同)无锡新兴塘总降水量为9817 mm(宁沪高速公路自动监测站资料,下同)。但真正造成这场暴雨的强降雨时段从图1中可见,只有2 h,即从7月20日5:007:00,分别在1 h内下了4318和3214 mm。图12006年7月19日12时 20日时无锡新兴塘(a)1 h雨量;(b)1 min雨强关系图Fig.1Relations between(a)1 h rainfall amount and(b)12minrainfall intensity at the Xinxingtang station ofWuxi on Jul.20,2006 另一种情况是持续几个小时都有较大降水。如苏州陆家2006年5月18日05时 19日05时,总降水量达5614 mm,达暴雨量级。但从图2中可见,从5月18日11时到5月19日01时,每小时都有2 mm以上的降水,其中持续时间有5 h的,每小时降水量都在45 mm左右,5 h总降水量达25 mm。从以上分析可以认知,如单从过去气象部门规定的暴雨来定义,这二次均为暴雨天气过程。但从降水的强度来分析,以上二例则大相径庭。前者显然是一次短时强降雨过程,而后者并非。经过众多的暴雨(包括逐时降水强度)个例分析,危害行车安全的是短时强降雨天气,尽管它只有1 h甚至几十分钟,但交通事故就出现在这一短时强降雨时段内。结合交通运营管理部门需求,交通气象中短时强降雨的定义如下:3 h雨量达50 mm以上或1 h雨量达10 mm以上,称为强降雨。图22006年5月18日5时 19日5时苏州陆家降水实况(余同同1)Fig.2The same as Fig.1,but for the Lujia station of Suzhou from5:00 May18 to 5:00 May19,20062 短时强降雨与能见度的同步监测实况分析2.1 短时强降雨诱发能见度剧降图3是2008年5月27日1217时镇江气象监测站的每分钟雨强和能见度测值时间变化曲线图(能见度要素观测采用前向散射型能见度仪观测15,可见:在12:0013:00的3次强降雨的峰值均对 应 能 见 度的 剧 降。13:55时,1 min雨 强319 mm,对应的能见度从600 m突降至65 m,能见度的这种突变极容易导致事故发生。经与相对应的雷达回波统计分析,一次强降雨过程可由若干个中小尺度系统构成,随着中小系统的生消、过境,强降雨呈现出明显的阵性。在图3的雨量值图示中:12:0015:00的150 min内就有9次雨量峰值,而降水强度的剧变致使能见度时而恶劣5722期 吴建军,等:短时强降雨对能见度的影响图32008年5月27日1217时镇江1 min雨强,温度和能见度曲线Fig.3Curves of 1 min rainfall,temperature and visibility at theZhenjiang station from 12:00 to 17:00 onMay 27,2008时而好转,给驾驶人员在操作上和心理上造成很大的压力,从而诱发交通事故。从图3中还可见在强降雨来临时的10 min内,气温骤降6,车内外温差大,挡风玻璃内侧会有水汽凝结。此外,强降雨时刮雨器常常不能及时刮尽挡风玻璃上的水;临近车道上溅起的水幕等,使司机对能见距离的实际感受更低,视线更加模糊。2.2 短时强降雨与能见度的关系根据2008年5月27日沪宁高速公路沿线的突发强降雨过程,取1 min雨强与对应的能见度值做散点图(图4),可见:当雨强较小时,随着雨强的增大能见度迅速降低;当雨强 1100 mm/min后,能见度Vh随雨强R的变化趋缓,但此时的能见度已很低;当雨强 210 mm/min时,能见度仅50100 m。依图中点的分布可拟合出关系曲线,点的分布离散性不大,该曲线可用下式拟合,其中模型决定系数为图42008年5月27日1 min雨强与能见度散点图和拟合曲线Fig.4Scatter diagram of 1 min rainfallagainst visibility and the fitting curve0173,复相关系数为0186。Vh=29418R-111014R410其拟合曲线具有幂函数特征。2.3 强降雨与能见度的统计阈值从上例可见能见度与雨强存在显著的对应关系,为此,根据20072008年沪宁高速公路自动监测站监测到的21次强降雨过程,样本数量为80,每小时、每分钟雨强和能见度的对应统计阈值,见表1:表1 短时强降雨与能见度值Table 1Short term heavy rainfall and visibility1 h雨强/(mmh-1)1 min雨强/(mmmin-1)能见度区间值/m能见度可能降至的低值/m50140161 0005005001001711030050025015111210100300801502021010015050100 值得指出上述的阈值数据都是在沪宁高速公路上的监测结果。在江面上,由于水汽丰富,在同样的降雨强度下,能见度更低:R012 mm/min,Vh即可 1 000 m;R015 mm/min,Vh210 mm/min,Vh可降至100150 m。在江面上由于水汽丰富,能见度会降得更低。(3)短时强降雨区的移动有规律可循,临近预报时效设置在半小时也是可以的。可以根据交通沿线的监测信息、10 min一次的全省自动雨量站的信息、重大天气报、雷达、云图等现代监测手段,综合分析后作出预报,并通过交通管理部门及时发布预警,由交通管理部门采取相应措施,以减少、规避可能对交通运行造成的危害。参 考 文 献1 谢静芳,吕得宝,王宝书.高速公路路面摩擦气象指数预报方法.气象与环境学报,2006,22(6):18221.2 SymonsL,PerryA.Predicting road hazards caused by rain,freez2ing rain and wet surfaces and the role of weather radar.Meteorol.Appl.,1997,(4):17221.3 陶诗言.中国之暴雨.北京:科学出版社,1980:1210.4 许新田,李明,陶建玲,等.陕西2003年持续暴雨高低空急流特征分析.气象科学,2006,26(6):6822688.5 章淹,林宗鸿,陈渭民,等.暴雨预报.北京:气象出版社,1990:892179.6 王黎娟,管兆勇,何金海.2003年淮河流域致洪暴雨的环流背景及其与大气热源的关系.气象科学,2008,28(1):127.7 廖玉芳,潘志祥,郭庆.基于单多普勒雷达产品的强对流天气预报预警方法.气象科学,2006,26(5):5642571.8 张志刚,吴云荣,裴道好,等.江苏盐城8.17雷雨大风天气过程雷达回波特征分析.气象科学,2007,27(1):1012106.9 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