山區(qū)公路霧天分布特征及相關(guān)性研究

李 薇,蘇 宇，王文兵，黃丕昌，木玉萍，彭 斌

(1.云南省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650041；2.陸地交通氣象災(zāi)害防治技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，云南 昆明 650041；3.普洱公路規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限公司，云南 普洱 665000)

0 引言

現(xiàn)代公路運(yùn)輸體系追求快速、高效和安全，但受氣象條件的影響和制約。根據(jù)2005—2014年全國(guó)不利天氣條件下的交通事故統(tǒng)計(jì)分析，大霧天氣引起的交通事故造成的平均經(jīng)濟(jì)損失最多[1]。云南由于地形條件復(fù)雜，山區(qū)眾多，海拔高差大，公路沿線氣候復(fù)雜多樣，在山區(qū)易出現(xiàn)局部偶發(fā)性的大霧等天氣[2]，為公路的行車安全帶來(lái)安全隱患。霧不僅影響道路的行車視距，還會(huì)影響駕駛員對(duì)標(biāo)志標(biāo)線信息的準(zhǔn)確判斷，降低對(duì)道路中障礙物的辨識(shí)能力等，對(duì)公路運(yùn)營(yíng)安全造成了負(fù)面的影響。

霧的生成及消散影響因子眾多，風(fēng)速、地表溫度與空氣溫度的差值、相對(duì)濕度、沙氏指數(shù)、晝夜溫差等與霧出現(xiàn)的幾率存在一定的關(guān)聯(lián)性[3-5]。

普洱山區(qū)公路大霧天氣頻發(fā)，項(xiàng)目選取普洱山區(qū)大霧頻發(fā)路段作為實(shí)驗(yàn)基地，建立了一套交通氣象觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，通過(guò)分析2014年5月—2016年10月為期30個(gè)月的交通氣象數(shù)據(jù)，對(duì)霧的等級(jí)及時(shí)間分布規(guī)律開(kāi)展分析研究。并結(jié)合其他觀測(cè)要素特征，對(duì)霧與氣溫、路面溫度、空氣濕度、降水強(qiáng)度、風(fēng)速等氣象要素之間的相關(guān)性進(jìn)行研究分析。

1 數(shù)據(jù)采集與處理

本文以普洱山區(qū)公路交通氣象觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站的數(shù)據(jù)為分析對(duì)象，對(duì)霧的分布特征，及霧天條件下能見(jiàn)度與其他氣象要素間的關(guān)系進(jìn)行分析。根據(jù)霧的等級(jí)劃分，對(duì)要素進(jìn)行聚類分析，以確定霧的主要影響因子及其影響特性。

1.1 數(shù)據(jù)采集

普洱市境內(nèi)山地面積占98.3%。地處北回歸線附近，受地形、海拔影響，垂直氣候特點(diǎn)明顯。交通氣象觀測(cè)點(diǎn)位于普洱市省道S404旁，所在路段為縱坡路段，平面線形較好，視野寬闊。公路所在區(qū)域內(nèi)常發(fā)大霧天氣。

研究采用交通氣象觀測(cè)設(shè)備，對(duì)氣溫、濕度、結(jié)露點(diǎn)、能見(jiàn)度、雨水強(qiáng)度、平均風(fēng)速、風(fēng)向、路面溫度、路面表面狀態(tài)、水厚度等參數(shù)進(jìn)行觀測(cè)，數(shù)據(jù)采集頻率為1 min/次。由于雷擊、供電等外部環(huán)境因素的影響，存在部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，在2014年5月—2016年12月期間，實(shí)驗(yàn)站有效觀測(cè)數(shù)據(jù)樣本量73余萬(wàn)條，有效觀測(cè)率在60%以上。通過(guò)對(duì)各月觀測(cè)到的樣本數(shù)與本月總分鐘數(shù)的比例進(jìn)行計(jì)算，得到各月有效觀測(cè)樣本占比，如圖1所示。

圖1 2014年5月—2016年10月交通氣象有效觀測(cè)時(shí)間占比Fig.1 Ratio of Monthly Available Data Monitoring Time from May 2014 to Oct 2016

將交通氣象觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站的溫度數(shù)據(jù)與中國(guó)天氣網(wǎng)區(qū)域歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，交通氣象觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站的溫度觀測(cè)變化與普洱市溫度變化走勢(shì)相符。但由于交通氣象站位于山區(qū)，晝夜溫差較區(qū)域晝夜溫差小。從數(shù)值變化以及與區(qū)域氣象數(shù)據(jù)的特征比較來(lái)看，數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的特征較為合理。

1.2 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析的過(guò)程主要分為以下三步：

①數(shù)據(jù)預(yù)處理：刪除重復(fù)數(shù)據(jù)及異常數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)缺失時(shí)間間隔≤10 min時(shí)，對(duì)間隔內(nèi)觀測(cè)數(shù)據(jù)依據(jù)既有數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值。

②排除由于強(qiáng)降雨導(dǎo)致的能見(jiàn)度降低的數(shù)據(jù)：依據(jù)相關(guān)研究，在降雨量達(dá)到0.7 mm/min以上時(shí)，對(duì)能見(jiàn)度的影響較大，能見(jiàn)度可能會(huì)降低到500 m以下[6][7]。研究根據(jù)每分鐘短時(shí)降雨量數(shù)據(jù)，排除由于強(qiáng)降雨導(dǎo)致的能見(jiàn)度降低的情況。

③霧天分布特征統(tǒng)計(jì)：對(duì)霧天條件下，能見(jiàn)度在不同數(shù)值范圍下的發(fā)生頻率、發(fā)生時(shí)間以及持續(xù)時(shí)間等特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

④能見(jiàn)度與其他氣象要素相關(guān)性分析：利用列聯(lián)表、條件概率對(duì)霧天條件下，能見(jiàn)度與其他氣象要素的相關(guān)性進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 霧天的分布特征

山區(qū)公路大霧時(shí)，能見(jiàn)度降低，對(duì)公路的行車安全帶來(lái)負(fù)面影響。而霧的等級(jí)、持續(xù)時(shí)間等都會(huì)影響行車安全性。研究對(duì)不同等級(jí)的霧發(fā)生頻率、分布時(shí)間以及持續(xù)時(shí)間等特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2.1 霧天分級(jí)

我國(guó)氣象部門、交通部門等對(duì)霧天的等級(jí)均有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，但在具體能見(jiàn)度的分級(jí)范圍上有所區(qū)別?！鹅F的預(yù)報(bào)等級(jí)》(GB/T 27964-2011)和《公路交通氣象預(yù)報(bào)格式》(GB/T 27967-2011)中，均按照500 m、200 m、50 m對(duì)霧的等級(jí)進(jìn)行了劃分，但對(duì)霧的等級(jí)描述有所差異。在《霧天高速公路交通安全控制條件》(GB/T 31445-2015)對(duì)能見(jiàn)度<200 m的霧天高速公路交通控制等級(jí)進(jìn)行了劃分，根據(jù)霧的等級(jí)，提出了相應(yīng)的行車控制條件等規(guī)定，條文中指出在能見(jiàn)度<200 m時(shí)[10]，就需要對(duì)高速公路進(jìn)行交通控制。結(jié)合以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，本文以能見(jiàn)度500 m為閾值開(kāi)展霧的分布特征研究，參考《公路交通氣象預(yù)報(bào)格式》的規(guī)定，以能見(jiàn)度500 m、200 m、50 m作為臨界值對(duì)大霧、濃霧、強(qiáng)濃霧的天氣進(jìn)行劃分。

2.2 霧的分布特征分析

研究對(duì)普洱交通氣象觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站的霧天能見(jiàn)度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)各月的最小能見(jiàn)度分布、不同霧的等級(jí)發(fā)生頻次、以及濃霧天氣持續(xù)時(shí)間等指標(biāo)，分析霧的分布規(guī)律。

從各月的最小能見(jiàn)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看(如圖2)，在觀測(cè)期內(nèi)，絕大部分月度內(nèi)均有能見(jiàn)度<200 m的情況發(fā)生，可見(jiàn)，濃霧天氣在普洱山區(qū)中經(jīng)常發(fā)生。此外，在2015年2月、10月、11月、2016年6月、8月均能夠觀測(cè)到能見(jiàn)度<50 m的強(qiáng)濃霧天氣。

圖2 最小能見(jiàn)度月分布情況Fig.2 Monthly Distribution of Minimum of Visibility

圖3展示了不同等級(jí)的霧發(fā)生頻次占各月有效觀測(cè)時(shí)間的比例?？傮w而言，霧天在5—10月之間發(fā)生頻率最高。強(qiáng)濃霧天氣在8月和10月發(fā)生頻次較多。

圖3 各月霧天下不同能見(jiàn)度等級(jí)發(fā)生頻率(visib：能見(jiàn)度，單位m)Fig.3 Monthly Distribution of Fog according to Visibility (visib: visibility, Unit m)

從普洱山區(qū)公路霧的持續(xù)時(shí)間上來(lái)看，大霧、濃霧等天氣持續(xù)時(shí)間較短。從能見(jiàn)度<200 m及能見(jiàn)度<500 m的霧天持續(xù)時(shí)間來(lái)看(見(jiàn)圖4)，75%以上霧天持續(xù)時(shí)間<30 min,其中約39%的能見(jiàn)度<200 m的霧天持續(xù)時(shí)間<10 min，約42%的能見(jiàn)度<500 m的霧天持續(xù)時(shí)間<10 min。而持續(xù)時(shí)間超過(guò)6 h的霧天僅占所有霧天的3%左右。其中濃霧天氣持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)為46.5 h。

圖4 霧天持續(xù)時(shí)間分布統(tǒng)計(jì)Fig.4 Characteristics of Fog Duration

綜上所述，霧天(能見(jiàn)度≤500 m)在普洱山區(qū)常發(fā)，其中在每年5—10月是大霧、濃霧天氣發(fā)生頻率較高的月份。而從持續(xù)時(shí)間來(lái)看，絕大部分霧天持續(xù)時(shí)間<30 min。而在長(zhǎng)時(shí)大霧天氣中，超過(guò)6 h的霧天占比較少，霧天持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng)的為46.5 h。

3 霧與其他氣象要素相關(guān)性分析

降雨強(qiáng)度、風(fēng)速、地面溫度與空氣溫度的差值、相對(duì)濕度等均對(duì)霧的出現(xiàn)有影響[2,5]。研究對(duì)各氣象要素在不同的數(shù)值條件下，霧天發(fā)生的頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)霧天能見(jiàn)度與其他天氣要素的相關(guān)性進(jìn)行分析。

3.1 相關(guān)性分析方法

本文采用列聯(lián)表、條件頻率，對(duì)霧天能見(jiàn)度與降雨強(qiáng)度、風(fēng)速、相對(duì)濕度以及路面溫度與氣溫之差等氣象要素的相關(guān)性進(jìn)行分析。

3.1.1 列聯(lián)表 列聯(lián)表通過(guò)將其他氣象要素R和能見(jiàn)度變量S劃分為級(jí)k與級(jí)s，統(tǒng)計(jì)氣象要素變量R出現(xiàn)i級(jí)對(duì)應(yīng)能見(jiàn)度變量S出現(xiàn)j級(jí)的頻數(shù)，并記為nij,列聯(lián)表表現(xiàn)形式如表1所示[11]。

表1 列聯(lián)表Tab.1 Contingence Table

變量R與變量S關(guān)系密切程度用χ2統(tǒng)計(jì)值的量度表示，如式(1)所示。該統(tǒng)計(jì)遵從自由度(k-1)(s-1)的χ2分布。當(dāng)自由度增大，χ2分布趨近于正態(tài)分布，自由度越小，分布越偏斜。

(1)

此外，利用V相關(guān)系數(shù)對(duì)兩變量的列聯(lián)關(guān)系進(jìn)行描述，如式(2)所示。

(2)

當(dāng)兩個(gè)變量相互獨(dú)立時(shí)，V=0；當(dāng)兩個(gè)變量完全相關(guān)時(shí)，V=1。

3.1.2 條件頻率 條件頻率是記錄某氣象條件下發(fā)生霧天的頻率。條件頻率表達(dá)式如式(3)所示。

f((S|R))=nij/ni·

(3)

nij表示氣象要素R在i級(jí)別出現(xiàn)的條件下能見(jiàn)度變量S出現(xiàn)j級(jí)別的發(fā)生頻數(shù)，ni·為天氣要素R在i級(jí)別出現(xiàn)的總頻數(shù)。

3.2 霧天能見(jiàn)度與其他氣象因素相關(guān)性分析

對(duì)不同氣象要素等級(jí)下能見(jiàn)度發(fā)生的頻數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。氣象要素等級(jí)劃分如表2所示。

表2 氣象要素列聯(lián)表分級(jí)清單Tab.2 Class of Weather Variables

3.2.1 降雨強(qiáng)度與霧天能見(jiàn)度的相關(guān)性分析 多項(xiàng)研究表明，霧的形成與降水存在相關(guān)性[4,12,13]。在普洱山區(qū)，通常云霧繚繞，同時(shí)有毛毛雨存在。對(duì)降水輕度等級(jí)下，不同等級(jí)的霧發(fā)生頻次進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，利用列聯(lián)表、相關(guān)系數(shù)及其條件頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以分析兩者之間的相關(guān)性。

①降雨與霧的發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)

對(duì)每個(gè)月大霧天氣、濃霧天氣發(fā)生的頻率與降雨天氣發(fā)生頻率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖5)。從各月的霧、降雨發(fā)生頻率來(lái)看，在大部分降雨發(fā)生頻率較高的月份，大霧、濃霧所占比例較高。其中每年6—8月降水比例較高，同時(shí)霧天比例也相對(duì)較高。但在2015年10月霧天比例最大，但降雨比例為中等水平。

圖5 各月霧與降雨天氣發(fā)生頻率統(tǒng)計(jì)Fig.5 Ratio of Fog and Rain on each Month

②降雨強(qiáng)度與霧天能見(jiàn)度列聯(lián)表統(tǒng)計(jì)

對(duì)每分鐘的降雨強(qiáng)度、能見(jiàn)度進(jìn)行列聯(lián)表統(tǒng)計(jì)，在觀測(cè)期內(nèi)，在能見(jiàn)度(0,500]的范圍和降雨在[0,0.7]的范圍內(nèi)樣本總記錄分鐘數(shù)為68 604，自由度為(7-1)(6-1)=30，其密切程度統(tǒng)計(jì)量計(jì)算結(jié)果如下式所示：

=3 399.289

(4)

其中R表示降雨級(jí)別，V表示能見(jiàn)度級(jí)別,分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

通過(guò)列聯(lián)關(guān)系分析，降雨強(qiáng)度與能見(jiàn)度的V相關(guān)系數(shù)為0.091,兩者間有一定的相關(guān)性，但其相關(guān)程度不高。

③降雨強(qiáng)度與霧天能見(jiàn)度條件頻率統(tǒng)計(jì)

根據(jù)不同的降雨強(qiáng)度等級(jí)，對(duì)發(fā)生不同能見(jiàn)度等級(jí)的霧天的條件概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。能見(jiàn)度的分級(jí)采用了不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)。一種是按照每100 m為步長(zhǎng)，將0～500 m的能見(jiàn)度進(jìn)行分級(jí)；另一種是按照大霧、濃霧、強(qiáng)濃霧的劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了分級(jí)。

按照每100 m為步長(zhǎng)對(duì)能見(jiàn)度進(jìn)行分級(jí)，在不同降雨強(qiáng)度下霧發(fā)生的條件頻率統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖6a所示?？傮w而言，在能見(jiàn)度>200 m的霧天中，隨著降雨強(qiáng)度的增加，該等級(jí)霧的發(fā)生頻次越多。而在能見(jiàn)度<200 m的霧天中，在無(wú)降雨以及降雨強(qiáng)度較小的情況下，該等級(jí)霧的發(fā)生頻次最高。

按照公路氣象等級(jí)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率統(tǒng)計(jì)(如圖6b)，強(qiáng)濃霧在無(wú)降雨的情況下發(fā)生概率最高,當(dāng)短時(shí)降雨強(qiáng)度>0.05 mm/min的情況不會(huì)發(fā)生強(qiáng)濃霧天氣。濃霧天氣在降雨強(qiáng)度較小的情況下發(fā)生概率較大；而大霧天氣在降雨強(qiáng)度較高的情況下發(fā)生概率較大。

(a)按每100 m步長(zhǎng)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率 (b)按公路氣象等級(jí)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率圖6 基于降雨強(qiáng)度(rains,單位mm/min)的霧發(fā)生條件概率(a)Conditional Probability of Fog Level Classified with each 100 m (b)Conditional Probability of Fog Level Classified with Fog GradeFig.6 Conditional Probability of Fog under each Rainfall Class (unit mm/min)

3.2.2 其他氣象要素與霧天能見(jiàn)度的相關(guān)性 相關(guān)研究表明霧的生成與風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫差等均有一定的關(guān)聯(lián)性[4,13-15]。研究按照不同的氣象要素以及能見(jiàn)度等級(jí)，采用列聯(lián)表、條件頻率等統(tǒng)計(jì)方法對(duì)其相關(guān)性進(jìn)行分析。

①其他氣象要素與能見(jiàn)度列聯(lián)表統(tǒng)計(jì)

對(duì)風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差等氣象要素與能見(jiàn)度在0～500 m的范圍進(jìn)行列聯(lián)表統(tǒng)計(jì)，總觀測(cè)數(shù)、自由度、密切程度統(tǒng)計(jì)量、顯著性檢查結(jié)果如表3所示。

表3 列聯(lián)表顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Significance Test of Contingency Table

從列聯(lián)關(guān)系的V相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果來(lái)看，風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差等要素與能見(jiàn)度之間的相關(guān)系數(shù)較小，其中，相對(duì)濕度較其他要素的相關(guān)系數(shù)稍高。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，研究的氣象要素與能見(jiàn)度之間有相關(guān)性的假設(shè)成立的概率高，但總體相關(guān)程度不高。

②其他氣象要素與能見(jiàn)度的條件頻率分析

為了更為直觀的表示出其他氣象要素與霧天各級(jí)能見(jiàn)度發(fā)生概率的關(guān)系，將風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差作為變量，對(duì)不同等級(jí)的能見(jiàn)度分布特征采用條件概率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

基于風(fēng)速的條件頻率分析。風(fēng)是影響能見(jiàn)度的一個(gè)重要因素，在風(fēng)速較高的情況下不易形成霧[4，12]，而在山區(qū)雨霧云交織的情況下，霧在靜風(fēng)、弱風(fēng)的條件下出現(xiàn)的概率更大[4]。按照每100 m為步長(zhǎng)劃分能見(jiàn)度，在風(fēng)速<0.2 m/s的情況下霧天發(fā)生頻率最高，在能見(jiàn)度>100 m的情況下，隨著風(fēng)速的增加，霧天發(fā)生的概率減小。在能見(jiàn)度<100 m的情況下，除風(fēng)速<0.2 m/s的情況，風(fēng)速在1.6～2 m/s的情況下該等級(jí)霧的發(fā)生頻率較高(如圖7a所示)。

按照公路氣象等級(jí)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖7b)，在風(fēng)速<0.2 m/s的情況下強(qiáng)濃霧發(fā)生概率最高，而隨著風(fēng)速的增加，強(qiáng)濃霧發(fā)生的概率降低；各等級(jí)風(fēng)速條件下濃霧均有發(fā)生，在風(fēng)速<0.2 m/s和在1.6～2 m/s之間時(shí)濃霧發(fā)生的條件概率較大；風(fēng)速<0.5 m/s的大霧發(fā)生的條件概率最大，在2～2.5 m/s的情況下發(fā)生概率相對(duì)較大。

(a)按每100 m步長(zhǎng)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率 (b)按公路氣象等級(jí)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率圖7 基于風(fēng)速(wind,單位m/s)的霧發(fā)生條件概率(a) Conditional Probability of Fog Level Classified with each 100 m (b) Conditional Probability of Fog Level Classified with Fog GradeFig.7 Conditional Probability of Fog under each Wind Class (unit m/s)

基于相對(duì)濕度的條件頻率分析。霧的形成需要一定的水汽條件，而相對(duì)濕度是影響霧生成的重要因素之一[4,14]。按照每100 m為步長(zhǎng)劃分能見(jiàn)度，當(dāng)能見(jiàn)度>100 m時(shí)，各等級(jí)霧在相對(duì)濕度為94%～95%的情況下發(fā)生概率最高，而隨著相對(duì)濕度的減小，霧的發(fā)生概率也在減小。能見(jiàn)度<100 m的霧僅在相對(duì)濕度>80%的情況下發(fā)生，且相對(duì)濕度在94%～95%之間時(shí)，該等級(jí)霧的條件概率最大(如圖8a所示)。

按照公路氣象等級(jí)分級(jí)的能見(jiàn)度條件概率統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖8b), 當(dāng)相對(duì)濕度<95%時(shí)，隨著相對(duì)濕度的增加，各等級(jí)霧的發(fā)生的頻率也隨之增加。大霧在相對(duì)濕度>41%～97%的條件下發(fā)生，濃霧在相對(duì)濕度>44%～97%的情況下發(fā)生，而強(qiáng)濃霧僅在相對(duì)濕度在80%～95%的條件下發(fā)生。且90%以上的強(qiáng)濃霧發(fā)生時(shí)，相對(duì)濕度在92%～95%的區(qū)間范圍內(nèi)。

(a)按每100 m步長(zhǎng)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率 (b)按公路氣象等級(jí)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率圖8 基于相對(duì)濕度(humi,單位%)的霧發(fā)生條件概率(a) Conditional Probability of Fog Level Classified with each 100 m (b) Conditional Probability of Fog Level Classified with Fog GradeFig.8 Conditional Probability of Fog under each Relative Humidity Class(unit %)

基于路面溫度與氣溫之差的條件頻率分析。路面溫度和氣溫存在溫差，會(huì)出現(xiàn)熱量、水汽的交換，對(duì)霧的形成過(guò)程有一定的影響[4,14,15]。按照每100 m為步長(zhǎng)劃分能見(jiàn)度后，各級(jí)霧在溫差<0 ℃的情況下發(fā)生概率最高。隨著溫差的增加，霧的發(fā)生概率降低(如圖9a所示)。

按照公路氣象等級(jí)分級(jí)的能見(jiàn)度條件概率統(tǒng)計(jì)(見(jiàn)圖9b),各等級(jí)霧的發(fā)生概率隨溫差的增加而減少。其中，強(qiáng)濃霧僅在溫差≤3 ℃的時(shí)候發(fā)生。

(a)按每100 m步長(zhǎng)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率 (b)按公路氣象等級(jí)分級(jí)的霧發(fā)生條件概率圖9 基于路面與氣溫差(difftemp,單位℃)的霧發(fā)生條件概率(a) Conditional Probability of Fog Level Classified with each 100 m (b) Conditional Probability of Fog Level Classified with Fog GradeFig.9 Conditional Probability of Fog under each Surface-Air Temperature Difference Class(unit %)

3.2.3 相關(guān)性分析結(jié)果 從降雨強(qiáng)度、風(fēng)速等氣象要素與霧天能見(jiàn)度的相關(guān)性分析結(jié)果來(lái)看，各氣象要素與能見(jiàn)度之間存在相關(guān)性的假設(shè)成立的概率極大，但列聯(lián)關(guān)系分析結(jié)果表明其他氣象要素與能見(jiàn)度之間的相關(guān)程度不高。究其原因，霧的形成條件復(fù)雜，影響因素眾多，單一的氣象要素條件并不能直接影響霧的生成。而降雨、風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差和其他環(huán)境背景條件(高空形勢(shì)、地面形勢(shì)等)[16]都與霧的形成有相關(guān)性，霧的形成是多種因素綜合作用的結(jié)果。因此，在列聯(lián)關(guān)系分析中出現(xiàn)單個(gè)氣象要素與能見(jiàn)度之間相關(guān)程度不高的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

條件概率分析結(jié)果表明，降雨、風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差等氣象要素與霧發(fā)生的概率遵循一定的規(guī)律。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果如下：

①降雨與能見(jiàn)度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，在大部分降雨較多的月份，霧天低能見(jiàn)度天氣發(fā)生頻率較高。強(qiáng)濃霧、濃霧天氣(能見(jiàn)度≤200 m)在無(wú)降雨及降雨強(qiáng)度較小的情況下發(fā)生概率較大；而大霧天氣在降雨強(qiáng)度較高的情況下發(fā)生概率較大。

②風(fēng)速與能見(jiàn)度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，霧在風(fēng)速<0.2 m/s的情況下發(fā)生概率最高。其中強(qiáng)濃霧發(fā)生概率隨著風(fēng)速的增加而降低；濃霧在1.6～2 m/s之間的發(fā)生概率相對(duì)較高；大霧在2～2.5 m/s的情況下發(fā)生概率較高。

③相對(duì)濕度與能見(jiàn)度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，在相對(duì)濕度<95%的條件下，隨著相對(duì)濕度的增加，霧的發(fā)生頻率增加。其中強(qiáng)濃霧僅在相對(duì)濕度>80%的情況下發(fā)生，且超過(guò)90%的強(qiáng)濃霧發(fā)生在相對(duì)濕度為92%～95%的時(shí)候。

④路面溫度與氣溫之差和能見(jiàn)度的相關(guān)性分析結(jié)果表明，隨著溫差的增加，霧的發(fā)生頻率減少。

綜上所述，強(qiáng)濃霧在無(wú)降雨、軟風(fēng)或靜風(fēng)、相對(duì)較高的濕度以及路面和氣溫溫差較小的情況下發(fā)生的概率高。而大霧、濃霧在小雨或中雨、輕風(fēng)、較高的相對(duì)濕度以及較小的路面和氣溫溫差的情況下發(fā)生頻率較高。

4 結(jié)論與討論

霧是影響公路交通安全的一個(gè)重要的氣象因素，而霧的影響因素眾多。通過(guò)對(duì)普洱山區(qū)交通氣象站數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到觀測(cè)站所在公路霧的分布規(guī)律。并通過(guò)列聯(lián)表、條件頻率等統(tǒng)計(jì)方法，分析了霧天能見(jiàn)度與其他氣象要素的相關(guān)性。

①在普洱山區(qū)公路，霧是常發(fā)的惡劣天氣，在每年5—10月之間較為集中。且超過(guò)75%的霧天持續(xù)時(shí)間<30 min，以短時(shí)霧天為主。

②從霧天能見(jiàn)度與其他氣象要素的相關(guān)性分析結(jié)果來(lái)看，降雨強(qiáng)度、風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差等氣象要素與霧天能見(jiàn)度存在相關(guān)性的假設(shè)成立的概率極大。但列聯(lián)關(guān)系分析結(jié)果表明其相關(guān)程度不高。條件概率統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，降雨強(qiáng)度、風(fēng)速、相對(duì)濕度、路面溫度與氣溫之差等氣象要素與霧發(fā)生的條件概率遵循一定的規(guī)律。

通過(guò)對(duì)霧的分布規(guī)律，及其與其他氣象要素之間的相關(guān)性開(kāi)展分析研究，能夠幫助道路管理者了解道路周邊霧的分布特征，并在霧的多發(fā)季節(jié)有計(jì)劃的采取相應(yīng)的交通管理措施。但霧的成因復(fù)雜，影響因子眾多，在后續(xù)研究中還將結(jié)合環(huán)境背景等因素，對(duì)霧生成的影響因素進(jìn)一步開(kāi)展研究，方能利用交通氣象數(shù)據(jù)，為霧天情況下公路行車交通控制等提供預(yù)報(bào)預(yù)警信息。