包头市不同路面温度变化特征及预报模型研究

交通运输是国民经济的基础产业和重要的服务行业，而气象条件是影响交通运输安全的关键因素之一[1-5]。雾、强降水、大风、高温、暴雨、积雪、结冰等天气是公路交通的主要气象灾害，据统计，近30%的交通事故是在灾害性天气中发生的。

近些年来，交通气象的研究引起许多学者的关注和重视，路面温度的分析及预报便是其中一项重要内容[6-12]。武辉芹等[13]利用河北高速公路的交通监测站及气象站资料，统计分析了河北高速公路路面温度与气温的变换规律和路面温度的统计预报模型。田华等[14]利用仙人山和梅村两个交通气象站路面温度资料统计分析了沪宁高速公路路面温度变化特征并建立了统计预报模型。李萍等[15]利用实测沥青路面结构温度数据对陇南沥青路面温度场的分布规律进行研究，并采用回归分析方法分析了气温、太阳辐射强度和湿度等影响因素与路面温度的相关性，建立了以温度、湿度、太阳辐射强度和路面深度为主要参数的沥青路面高温温度场预估模型。

本文利用包头市试验观测场不同材质路面温度、气温小时观测数据，以及同期气象站观测数据，分析了路面温度变化特征并建立了路面温度预报模型，为探索城市道路路面温度预报方法以期提升包头市交通气象预报服务水平。

1 资料和方法

本文所选取的资料为包头市试验观测场2016年12月1日—2018年12月31日沥青路面、水泥路面、地砖路面、砂石路面的路面温度、气温观测实况小时数据，同时选取同期气象站实况监测小时数据，气象要素包括相对湿度、降水量、风速、云量、天气状况。研究不同材质路面温度变化特征，及其与气温、降水、湿度、风速的相关分析，用统计回归方法建立路面温度预报模型。

2 结果与分析

2.1 路面温度变化特征

2.1.1不同材质路面温度各季节变化特征

利用2016年12月1日—2018年12月31日包头市试验观测场数据，分析了不同材质路面在不同季节的路面温度和气温的日变化特征（图1）。发现，四个季节中，不同材质的路面温度与气温均在早晨日出前达到最低值，日出后不论是哪种材质的路面，路面温度均升温较快，这是因为日出后受太阳短波辐射的影响，地面温度迅速升高，再通过地气相互作用使气温增加，因此路面温度到达最大值的时间较气温早。当路面温度到达最大值后立即呈现下降趋势，而气温的下降幅度低于路温，这是因为路面长波辐射使其温度下降明显，而气温在其影响下逐渐降低。春、夏、秋3个季节中，白天，沥青、水泥、地砖、砂石4种不同材质的路面温度均明显高于气温；夜间，路面温度与气温相差不大。从4种材质的路面温度比较来看，尽管在各个时段相差不大，但沥青路面的最高温度与最低温度的温差较大，而地砖路面温差较小。冬季，全天中除了中午13、14时的沥青路面高于气温外，其余时间均是气温高于路面温度，这是因为冬季太阳辐射减弱，而空气的热容较其他路面材质大的缘故。

2.1.2路面温度在不同天气状况下的变化特征

不同天空状况造成路面温度有所差异。本文使用日照时数来区分天空状况，并结合天空云量和天气现象资料，综合分为阴天、晴到多云两种天空状况。设定日照时数<3 h为阴天，日照时数≥3 h为晴到多云。将天气状况综合分为晴到多云、阴、雨天（雪天）3种[16]。从图2中可以看出，3种不同的天气状况下，路温与气温的日变化差异较为明显，其中，晴到多云时，中午时段路温与气温的差异幅度最大，阴天次之，降水天气时差异幅度最小。图3是不同材质路面在晴到多云、阴天、雨天3种天气状况下的路面温度日变化。沥青路面在晴到多云天气时路面温度日变化的幅度最大，在阴天和雨天，几种材质变化不大。

2.2 路面温度与气象因子相关分析

表1为2016年12月1日—2018年12月31日不同材质路面温度在不同季节与平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、降水、风速等气象因子的相关系数。路面温度与气象因子的相关性特征规律不受路面材质的影响。路面温度与平均气温、最高气温、最低气温在4个季节中均呈现出显著的正相关，相关系数在0.76～0.97；与风速呈现出正相关，但相关性不显著，相关系数均＜0.3；路面温度与相对湿度呈现负相关，但相关性表现为秋季较小，相关系数基本在-0.3左右，春季、夏季、冬季呈现显著的负相关，相关系数在-0.53～-0.64；路面温度与降水的关系表现为春季为负相关、其余季节为正相关，但相关性均不显著。进一步分析发现，不同季节路面温度与气象因子的相关性大小存在差异，路面温度与平均气温在冬季的相关系数值均小于其余3个季节；而从路面温度与最高气温、最低气温的相关系数可以看出，春季、秋季的值明显高于夏季和冬季。基于路面温度与气象因子相关性的分析，为下一步路面温度预报模型的建立时，预报因子的选取提供了参考依据。

文章来源：《临床检验杂志》 网址: http://www.lcjyzzzz.cn/qikandaodu/2021/0626/617.html