江苏冬季高速公路路面干湿状态判别及积水模型应用

发布时间：2017-07-15 17:03

  本文关键词：江苏冬季高速公路路面干湿状态判别及积水模型应用

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【摘要】：随着经济的发展和社会的进步,现代交通迅速发展,交通运输已成为国家经济生产和人民社会生活的重要命脉。与此同时,各种不利天气对交通影响也越来越明显。其中,降水是改变路面状况和影响交通安全的一个重要因素。降水对交通的影响主要表现为使得道路前方能见度和路面抗滑性能发生显著变化,因此研究降水过程中道路表面状态的变化十分重要。本文以金坛实验基地试验路段的道路气象数据作为模型输入数据,利用改进的Sass道路积水物理模型对冬季3次降雨(雪)程中的道路积水量进行模拟,以探明公路路面积水(积雪)过程和干湿状况的变化及气象因子对其的影响,通过对模型模拟结果分级并与仪器记录、人工观测结果的对比,验证模型模拟路面状况的准确性,并探讨了气象因子对路面积水量的影响。研究结果表明：(1)气象因子对地面积水的影响主要通过降水给地面带来水分和通过太阳净辐射、温度、相对湿度和风等因子影响蒸发量从而间接影响地面水分减少的快慢；(2)改进的Sass模型能够比较准确的对道路的干湿状况进行模拟,能够实现对江苏高速公路路面状况的实时监测并应用到预报当中；(3)排水过程中,径流和蒸发在不同时期对排水量的贡献率差异较大,从总量上讲,径流对排水起了主要作用；(4)模型输出结果存在着滞后现象,一方面与气象仪器观测所得的实时数据存在滞后性有关；另一方面本研究将道路假定为无渗透表面,与实际有所区别,导致积水和排水过程与实际路面发生状况(即人工观测结果)有一定的差异。为了探究对道路状态的预报的准确性,本文以0.5°×0.5°的GFS分析场数据为初始场和边界条件,对2015年1月13日到14日的一次降水过程利用WRF模式进行模拟,对WRF模式不同参数化方案对结果的影响进行分析。方面利用中尺度模式WRF在模拟气象要素的优势,另一方面讨论不同陆面过程参数化方案对本次降水过程模拟结果的影响,以寻找最佳方案,为进一步研究及业务应用打下基础。本次耦合的陆面过程参数化方案分别为SLAB方案、RUC方案、NOAH方案,得到以下结论：(1)WRF模拟对此次降水过程的模拟效果较好,对降水中心和累计降水的模拟都比较准确；(2)由于试验所采用的分辨率对局地较小尺度系统的模拟能力有限,3种陆面方案(SLAB、RUC、NOAH)模拟的降水量均较实况偏小。此外,模拟结果中降水开始出现的时间与实况相比有所滞后,这与陆面过程方案的选择及模式本身还须改进有关；(3)三种方案对于温度(气温、地面温度)的模拟结果与实际情况较为一致,表明模式对于温度特别是路面温度的模拟具有一定的优势；(4)利用WRF对气象要素进行模拟,将模拟结果驱动路面积水模型计算路面水膜并根据分级标准对地面状态进行分级,结果表明该方法能够对路面状态进行预报,为交通气象服务中对路面状态的预报提供了依据；(5)从整体上看,NOAH方案要优于其他两个方案。
【关键词】：高速公路 道路积水(雪)量模型 路面状态 数值模式 陆面过程
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U418.6
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 研究目的和意义10-11
• 1.3 国内外研究进展11-16
• 1.3.1 WRF模式研究进展11-12
• 1.3.2 道路状态预报研究进展12-16
• 1.4 研究内容16-19
• 第二章 资料与方法19-29
• 2.1 资料来源19
• 2.2 数值模拟19-26
• 2.2.1 WRF模式简介19-21
• 2.2.2 动力框架21-23
• 2.2.3 WRF模式的物理参数化方案23-26
• 2.3 插值方法26
• 2.4 试验方法26-29
• 第三章 高速公路路面干湿状态判别及积水模型应用研究29-49
• 3.1 引言29
• 3.2 资料和方法29-32
• 3.2.1 数据来源29-30
• 3.2.2 研究方法30-32
• 3.3 结果与分析32-47
• 3.3.1 个例分析32-35
• 3.3.2 气象因子路面积水(雪)的影响35-41
• 3.3.3 水文因子对路面积水(雪)的影响41-42
• 3.3.4 蒸发与径流对排水贡献的对比分析42-44
• 3.3.5 路面积水量的计算与干湿状态的判别、验证44-47
• 3.4 小结47-49
• 第四章 路面状态模拟中陆面过程参数化方案的敏感性对比及其优化应用49-63
• 4.1 引言49-50
• 4.2 实验方案介绍50-51
• 4.2.1 模式参数设置50
• 4.2.2 陆面过程方案简介50-51
• 4.3 结果与分析51-61
• 4.3.1 环流形势51-53
• 4.3.2 对累计降水、雨带走向的模拟53-54
• 4.3.3 对模型物理量的模拟54-61
• 4.4 小结61-63
• 第五章 结论与展望63-67
• 5.1 主要研究结论63-64
• 5.2 本文特色与创新点64-65
• 5.3 不足与展望65-67
• 参考文献67-75
• 作者简介75-77
• 致谢77

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本文编号：544837