贵州冬季电线积冰及其天气成因分析

利用气象部门长期电线积冰观测和电力部门线路覆冰调查资料,对贵州冬季电线积冰的分布、类型特征与气象条件进行了综合分析,着重探讨了贵州电线积冰的形成机理和天气成因,主要结论:(1)贵州电线积冰的类型复杂多样,除具有雨凇、雾凇、雪凇(湿雪)三种基本类型外,还有雨雾混合凇、雨雪混合凇(雪凝)两种混合冻结类型;贵州电线积冰以危售最大的雨凇冰为主,混合冻结在贵州省分布十分普遍,这也是造成2008年贵州电网严重冰害的重要原因;(2)持续低温阴雨的凝冻大气是贵州电线积冰总的天气成因,其表现形式主要是冻雨但不局限于冻雨,此外还包括冻毛雨、雨夹雪、湿雪和过冷雾等多种天气现象,持续的凝冻天气过程往往有多种天气现象同时或交替出现,从而导致严重的覆冰灾害;(3)贵州电线积冰总体上属于较高环境温度下的低风速湿物理过程积冰,当地面气温持续降到0℃以下,出现降雨或浓雾是电线积冰开始与增长的关键气象条件,而最高温度上升到0℃以上是判断积冰转入消融的临界气象指标。     

2008年初六盘水低温雨雪冰冻灾害成因分析及其影响评估

利用M ICAPS常规气象资料、EC再分析资料以及国家气候中心的海温、环流监测资料等,分析2008年初六盘水市持续低温雨雪冰冻灾害天气过程的成因。结果表明:此次罕见的灾害天气过程是在近50 a来最严重的一次"拉尼娜"事件背景下发生的,与欧亚地区持续大气环流异常密切相关。在"北高南低"和西太平洋副高偏北偏强的形势下,北方冷空气不断南下补充,孟加拉湾和南海地区源源不断的水汽向北输送,使得滇黔静止锋在贵州西部及云南中部长时间维持,形成了长时间的低温雨雪冰冻天气过程;同时对流层的中低层有逆温层存在是六盘水市2008年初以冻雨、小雨夹雪为主而降雪不明显的主要因素。并从经济损失、生态环境破坏、灾害影响程度对2008-01-14—02-15历史罕见的低温雨雪冰冻灾害进行综合影响评估。认为:持续低温雨雪冰冻极端天气造成了多种灾害并发,打乱了正常的社会生产生活秩序,造成严重经济损失,灾后重建困难大;雨凇造成的道路结冰、供电线路积冰,是导致交通运输瘫痪、电网中断、通讯受阻的致灾因子。     

对2008年初贵州持续冰冻灾害天气的分析

对2008年1—2月贵州省发生的低温雨雪冰冻灾害天气形成机理、造成的灾害强度以及气象灾害应急服务进行综合分析、研究。结果表明：持续而稳定的大气环流异常是造成贵州持续低温雨雪冰冻灾害的直接原因;强拉尼娜事件是导致贵州持续低温雨雪冰冻灾害的重要原因;特殊的地形地貌造成贵州各区域雨凇分布的差异;同时初步提出从4个方面入手做好气象灾害的应急服务工作。     

2008年初柳北罕见低温雨雪冰冻灾害分析

利用柳北地区40个加密自动气象站监测资料及三江、融安、融水三县建站以来的气温资料,对2008年初柳北地区的低温雨雪冰冻灾害进行了综合分析,结果表明:此次低温雨雪冰冻天气过程为柳北地区近50 a来最严重的冰冻灾害天气过程,在这次过程中,海拔越高、纬度越高的地带灾害程度越严重,纬度相同的地带又以海拔高的受害严重。     

黔东南州一次低温雨雪冰冻天气过程触发维持机制分析

利用2008-01—12—02—02T08常规天气图资料,对黔东南州发生大范围低温、雨雪、冰冻天气的环流形势及触发、维持机制进行了分析和诊断。结果表明：高低空急流的存在、中高层强的暖湿气流在此次低温雨雪冰冻灾害天气过程中起着十分重要的作用;中低层的逆温层维持,对低温雨雪冰冻天气过程的触发起着主要作用。     

2008年广西严重低温雨雪冰冻天气过程分析

利用T213、ECMW F数值预报资料和MICAPS提供的常规观测资料,对这次极端天气事件成因进行分析,表明造成这次长时间低温雨雪冰冻天气的主要原因有:(1)北半球东亚倒Ω流型使大气环流长时间稳定,使北支、南支锋区偏南,极地冷空气不断补充南下影响到江南、华南,华南静止锋在沿海长时间维持,锋区强度大;(2)南支槽活跃,西南暖湿气流持续向我国南方输送,冷暖空气在华南上空交汇,导致广西出现长时间的降水;(3)逆温层维持时间长,长时间的降水普遍以小雨为主,容易形成过冷水滴,雨淞范围从贵州、湖南南扩至广西北部,造成道路结冰、电线积冰等次生灾害,灾情严重。     

2008年1-2月江西低温雨雪冰冻灾害分析评估

受北方较强冷空气和西南暖湿气流共同影响,2008年1月12日-2月2日,江西出现了一次有气象记录以来最严重的持续低温、雨雪、冰冻灾害性天气。对这次灾害性天气的基本气候特征及其影响进行分析评估,有利于为今后抗御类似灾害和其他气象灾害提供参考。为此,从天气气候特点、成灾原因及影响等方面进行分析评估后发现,此次灾害影响范围大,受灾人数多,损失重,1月22—27日大范围冻雨,以及1月28—29日和1月31日～2月2日两场大雪,使危害迅速加剧;灾害影响涉及社会各行各业,其中受灾最为严重的有交通、电力、通信、农业、林业等部门;影响因子以低温、冰冻（道路结冰、电线积冰）、雪压等为主,另外还有雨雪、冰雪融化等;冻雨强度大,低温、雨雪和冰冻天气范围广、持续时间长等,是此次罕见灾害的直接原因;此外,承灾体设计标准太低、应急准备不够充分等是导致灾害损失严重的重要因素。     

贵州省两次低温雨雪冰冻天气过程对比分析

该文利用NCEP再分析资料(水平分辨率2.5°×2.5°)以及常规的地面观测资料对贵州省2008年1月13日—2月14日和2016年1月21—25日的低温雨雪冰冻天气过程进行分析。可以看出两次天气过程中阻高偏强,在北极地区都出现了突然的升温,使得北极涡旋逐步被暖流挤出极地,是这两次低温雨雪冰冻过程中降温的主要原因。2008年1月的低温雨雪过程是在拉尼娜整体气候背景偏冷的情况下冷空气分3次爆发并持续了近1个月。而2016年1月在厄尔尼诺背景下气候背景偏暖,此次贵州的低温雨雪过程中,冷空气只爆发了1次且只持续了近5 d。从以上分析可以看出2008年1月低温雨雪天气发生的必然性和持续性以及2016年1月低温雨雪天气的突发性和短暂性;与2008年1月的多次冷空气爆发相对应,该时段贵州中层一直有明显的逆温存在,为这次持续性的低温雨雪过程提供了温度层结条件。2016年1月21—22日贵州低层出现了较弱的逆温,所以此次过程只在21日夜间出现了明显降雪,之后以低温为主,冰冻不是很明显。两次低温雨雪冰冻过程都有明显的锋区和上升气流存在,为这两次过程提供了动力和抬升力条件,其中2008年的是一次持续性过程,2016年则持续时间较短。     

如何做好低温雨雪冰冻灾害期间的地面观测工作

通过做好低温雨雪冰冻灾害天气到来前的技术掌握、仪器巡检及备份准备工作,同时加强站内协作力,建立观测流程,做好关键项目的观测工作,就能够确保低温雨雪冰冻灾害期间的地面观测工作有序开展.     

2011年与2008年贵州低温雨雪冰冻天气锋区特征对比

用常规气象观测资料和NCEP2．5°×2．5°再分析资料,对贵州2011年年初和2008年年初2次严重低温雨雪冰冻灾害期间的天气形势、冷空气、水汽和大气层结等特征进行了分析比较。结果表明：静止锋是贵州低温雨雪冰冻天气的主要天气系统;2008年较2011年冷暖空气均较强,故锋区强、锋面坡度较小,这是2008年冰冻天气强于2011年的主要原因;冻雨的发生与层结的逆温有很大关系,逆温发展的阶段均能较好地对应每一次冰冻过程;逆温强度强且长时间存在是2008年冰冻天气持续时间长的原因。2次过程中低层锋区附近有明显的水汽辐合,形成雨雪天气;对2011年降雪和冻雨过程的对比分析表明降雪与冻雨最明显的特征是降雪时层结基本无逆温,逆温层的出现是降雪转换成冻雨的重要原因。     

电线积冰及路面温度研究的新进展

2009年起,研究组开展了电线积冰野外观测试验及道路结冰规律的观测研究,将电线积冰观测研究从传统的积冰气象条件和积冰厚度观测提升到了积冰气象条件、积冰厚度加积冰天气云降水微物理综合观测研究的新高度,揭示了积冰发生的微物理机制,研究积冰增长率及其影响因子,建立的积冰增长模型较好地模拟了积冰增长过程。对沥青、水泥、土壤三种下垫面温度进行了观测研究,观测高速公路和桥梁不同路基深度的温度变化,并对桥面比路面更易结冰的现象从能量平衡方面做了理论解释。本文以作者团队取得的成果为主线,不求大而全,学习梳理相关的代表性研究成果,主要包括积冰发生频次的时空分布、积冰天气微物理特征、积冰增长率及其影响因子、积冰气象条件、积冰增长模型构建、道路结冰及积冰数值预报等几个方面,并对电线积冰未来的研究提出了建议。     

贵州导线覆冰的致灾机理研究

导线覆冰是在一定气象条件下发生的复杂的物理过程,贵州是我国南方导线覆冰最严重的受灾区,每年都会发生不同程度的覆冰灾害。本文利用地面观测资料、探空资料、NCEP再分析资料和覆冰资料,通过分析影响局地线路覆冰的大范围气候、天气背景及其变化特征,结合已有的覆冰灾害事件,侧重于气候背景的角度,分析总结了2008～2011年贵州产生覆冰的天气气候特征,气象要素条件以及地理环境因子与导线覆冰的关系,主要得出以下结论：贵州省导线覆冰与中高纬大气环流异常,西太平洋副高的北移,对流层下层逆温层的影响密不可分;贵州省地处云贵高原,北边小槽移动影响与南方来的暖湿空气汇集之地,容易形成冰冻天气,加之导线多分布于山上,则导线的材质与分布,导线所在环境的空气湿度,空气温度,风向风速,降水与天气状况等,决定了导线覆冰的厚度。     

基于过程判别的雨雾凇导线覆冰气象模式

利用2011年1月—2013年3月在贵州开展导线覆冰自动观测试验获取的观测资料,分析了覆冰过程演变及其气象条件变化特征,提出一次完整的导线覆冰过程包括覆冰开始、增长、维持、减弱、消融5个阶段,并得到覆冰过程的气象条件判别指标;基于导线覆冰理论模型的改进并结合气象条件判别,建立了基于过程判别的雨雾凇导线覆冰气象模式,应用该模式对观测获取的多个导线覆冰过程进行数值模拟检验。结果表明:模式能够模拟自然环境下覆冰的增长,并能够正确模拟出覆冰的减弱、消融,模拟过程覆冰质量变化的最大相对误差小于20%。该模式具有较完整的理论基础和计算方案,主要以常规气象观测要素为输入,能够计算输出覆冰全过程逐小时覆冰质量、覆冰厚度及覆冰密度变化,具有较大的应用前景。     

导线积冰重量模拟方法探讨

根据导线积冰的物理模型框架以及对导线积冰的主要影响气象因子相关分析,构造与导线积冰增长有关的水汽输送量指标,建立了导线积冰的预测模型;利用贵州省9个气象站1951—2010年的积冰观测资料和同期气象观测资料,采用非线性回归分析等方法,拟合了预测模型中效率因子系数的经验函数。建立的模型中各因子均为可预报气象要素,因而具有更好的预报可操作性,历史资料的拟合效果比较理想。     

南方三个省电线积冰时空分布特征

基于1961—2019年贵州、湖南、江西191个气象站点电线积冰资料,统计分析了研究区域内电线积冰的日数、标准冰厚极值、最大连续积冰日数的时空分布特征以及电线积冰起止日的时间变化;构建电线积冰风险指数,评估了出现电线积冰的风险。结果表明:电线积冰日数整体呈下降趋势,在20世纪80年代达到最大值,月分布以1月出现最多,电线积冰以雨凇型积冰为主。标准冰厚极值集中在20～50 mm,极值大部分出现在湖南;大部分站点极值出现在2011—2019年。最大连续积冰日数集中在5～15 d,整体上贵州的最大连续积冰日数高于湖南和江西。电线积冰的起始日的年际变化整体上呈提前趋势,而终止日整体上呈推迟趋势。电线积冰风险指数年变化整体上呈减小的趋势;电线积冰的高风险区域主要位于贵州中西部、湖南中部和江西北部,风险指数大于0.6。     

基于气象规范的电线积冰自动监测系统的研究

针对目前气象领域内电线积冰人工观测工作强度大、效率低、准确率差,而且观测数据不连续、无实时性等现状,提出了以气象规范中使用的电线架为基础而构建的电线积冰自动监测系统。系统不仅能实时连续地监测并显示积冰的重量,而且具有防水、防冻、易装配等特点。经过贵州省威宁县野外场地实测后,系统监测到了连续的积冰重量数据,达到了预期的日的。这将有助于气象部门降低电线积冰观测的劳动强度、提高观测效率以及准确率。     

基于常规气象资料的小时标准冰厚模型及验证

在综合考虑雨凇和雾凇积冰增长以及热力融冰和升华脱冰的基础上,建立了一个基于常规气象资料的小时标准冰厚模型。模拟2008年和2013年浙江省两次严重电网覆冰灾害期间的标准冰厚,并用事故线路调查资料、电线积冰观测站和模拟导线拉力监测点的观测资料进行验证分析。结果显示:事故线路的最大标准冰厚观测值与模拟值相关关系达到0.01显著性水平,电线积冰观测站的日标准冰厚观测值与模拟值的平均绝对偏差小于0.6 mm,模拟导线拉力监测点的小时标准冰厚模拟值与观测值的决定系数为0.8093,均方根误差为0.8 mm。说明模型比较准确地描述了天气过程对电线积冰的影响,能够较好地反映标准冰厚的空间分布规律和时间变化特征。     

中国电线积冰灾害研究进展

电线积冰灾害是导致电力系统发生事故的重要自然灾害之一。基于已有研究成果,从电线积冰相关概念与分类出发,对电线积冰的影响与危害、时空分布、成因、影响因子、预报模型、风险评估以及预防措施等方面进行归纳。我国电线积冰灾害以雾凇型积冰和雨凇型积冰为主,主要环境成因包括准静止锋、大气垂直结构和逆温层,同时还受到地形、高度和导线自身特性等的影响。电线积冰灾害总体上呈现北方多雾凇而南方多雨凇的分布特征,20世纪80—90年代的积冰日数较多,90年代后呈下降趋势。为更好地实现电线积冰灾害的模拟与预测,预报模型也在不断完善,包括物理数值模型和统计预测模型;而对于电线积冰灾害风险评估的研究较少,主要集中在电线积冰灾害的危险性和线路的脆弱性。基于多学科指标构建的电线积冰综合性指标、基于灾变过程的综合风险评估及气候变化对电线积冰的影响将是今后重点研究方向。     

粤北地区导线覆冰气象特征与标准厚度推算

利用广东省乐昌高山气象站1972—1978年观冰资料和气候资料,分析了粤北地区导线覆冰的气象特征,建立了导线覆冰标准冰厚的气象推算模型。根据乐昌国家气象站的历史资料,对乐昌高山气象站的气候资料进行订正延长,构建了乐昌高山气象站覆冰年极值长年代序列,并推算出离地不同高度各重现期的标准冰厚值。结果表明,粤北地区导线覆冰主要发生在1月,其次为2月和12月,平均覆冰期在90天左右,最长覆冰期可达131天以上。主导风向、日最低气温、日降水量是影响导线覆冰厚度的主要气象因素。标准冰厚的年极值序列服从极值I型概率分布,历史上的最大导线覆冰值出现在2008年1月26日,2m高度标准冰厚达64.4mm,15m高度标准冰厚达92.7mm,与2008年冰灾实况调查的覆冰厚度(标准冰厚)115mm较为接近。     

导线积冰的云雾特征观测研究

导线积冰在贵州山区是常见的气象灾害, 导线积冰增长率与气象云雾因子密切相关。研究选择贵州西部、北部、中部3个积冰区进行了专门外场观测, 观测项目有:云滴谱、含水量、气温、风向、风速、导线上积冰的长径、短径。观测分析表明:贵州云滴浓度、特征平均直径没有显著性地区差异; 云滴平均浓度140~312个/cm3, 云滴算术平均直径、均立方根直径、中值体积直径分别为7.5 μm, 11.3 μm和20 μm; 14 μm以上大云滴浓度平均占云滴总浓度的12.5%, 但对含水量的贡献高达78%, 大滴与导线碰撞效率高, 大滴是导线积冰的关键因子; 云雾含水量平均0.20 g/m3; 在0~-6 ℃之间, 含水量随温度的降低而降低; 南北向导线积冰比东西向的积冰多; 导线积冰增长率与含水量的大小成正比, 风速超过3 m/s时, 积冰增长率与风速有较明显的正比关系。