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。     

新疆电线积冰的特性、时空分布及气象条件分析

利用新疆历年电线积冰观测资料对新疆电线积冰的时空分布、种类以及电线积冰出现时的气象条件进行了初步分析。得出:电线积冰出现日数北疆多于南疆,南疆山区多于平原;电线积冰主要出现在冬季,1月和12月出现频率最高;新疆出现电线积冰的主要类型为雾凇;出现电线积冰的气象条件为当日最低气温在0℃以下,空气相对湿度70%。提出了防御电线积冰灾害的措施。     

佳木斯市电线积冰观测分析

利用佳木斯市气象观测站19511～2010年的电线积冰观测数据资料,对佳木斯市电线积冰的气候特征进行了统计分析.结果表明:电线积冰日数呈减少趋势;电线积冰均发生在采暖期内,其中1月份最多;佳木斯电线积冰多为雾凇造成,具有重量轻、危害小的特点.产生电线积冰时需同时具备低温和充足水汽两个条件.     

2008年低温冰冻雨雪灾害天气过程中贵州电线积冰气象条件分析

利用气象电线积冰观测资料、探空观测数据、自动站资料以及NCEP再分析资料,分析2008年低温冰冻雨雪灾害天气过程中贵州电线积冰的分布特点,讨论了贵州电线积冰的气象条件,并对电线积冰的融冰条件进行了讨论.分析认为此次低温冰冻雨雪灾害天气过程中,贵州电线积冰严重,积冰范围广、时间长,相对而言贵州中东部地区积冰较厚;贵州电线...     

邯郸市电线积冰的气候特征及气象条件分析

利用邯郸市气象观测站1981-2008年的电线积冰观测数据资料,对邯郸市电线积冰的气候特征进行了统计分析,结果表明:电线积冰日数呈减少趋势;电线积冰均发生在采暖期内,其中1月份最多;邯郸电线积冰多为雾凇造成,具有重量轻、危害小的特点.产生电线积冰时需同时具备低温和充足水汽两个条件.邯郸发生电线积冰的高空环流形势分平直环流型、低涡型、两槽一脊型和阻塞高压型等4种类型.     

固态降水及冬季冻结现象的观测

冬季观测的重点和难点是固态降水物及利用工具观测的一些项目如冻土、电线积冰、雪深、雪压观测等。本文根据观测经验提出了冬季观测的一些方法技巧和注意事项,仅供观测员在工作中参考。     

两种导线观测的电线积冰资料的对比分析

应用直径26.8和4 mm两种导线平行观测的电线积冰资料,对比分析两种观测资料中电线积冰直径、厚度、重量和标准厚度的差异,并对不同天气现象和气象条件下两种电线积冰观测资料的差异进行了讨论.结果表明:总体上,2011年1-5月全国大部分台站观测的两种导线电线积冰直径、厚度和标准厚度值差异不明显,重量差异较明显,且差值较大的站点主要分布在长江以南地区;分析不同天气现象和气象条件下两种观测资料的差异后发现,两种电线积冰直径和厚度值差异在雾凇和混合凇条件下较显著,而重量值差异在雨凇、风力0～3级和气温-5～0℃的条件下时相对最大.     

江西省积冰特征分析及重冰区不同重现期最大标准冰厚推算

用江西境内85个国家气象站近30年雨凇、雾凇观测记录分析了江西省积冰日的年际、年代际变化及分布特点。结果表明江西地区的积冰天气事件近30年来总体呈现发生频次减少,强度增强的特征;高山气象站的积冰事件的发生频率显著高于平原、丘陵气象站。积冰高发区主要分布在西、北山区及中部环鄱阳湖及抚河流域以南。另外,充分考虑2011年前后气象部门观测导线线径的变化,利用建站至今16个观冰站电线积冰数据对全省范围的最大电线积冰最大标准厚度进行了推算,结果更符合电力行业对电线积冰工程气象数据的需求。结果表明,除赣北山区外,全省大部分地区2 m高度电线积冰最大标准冰厚度小于20 mm,“轻冰区”范围较多。应重点关注高海拔山区的电线积冰的致灾状况并加以预防。针对该区域架空输电线路电线积冰设计的实际需要,采用极值I型概率分布函数结合高山站-庐山站的观测数据进行了推算,20 m高度百年一遇的最大标准冰厚达到71.1 mm,在计算不同走向的导线设计冰厚时迎风向与非迎风向的比例系数推荐设定为1.2,该结果可为现阶段江西“重冰区”电力工程项目规划设计中预防冰灾提供有力支持,为有效节省项目建设成本和科学预防气象灾害之间寻求平衡点提供气象保障。     

一次输电线路覆冰舞动事故灾害性天气分析

利用WRF模式和Jones电线积冰模型对发生在2010年2月10—11日湖北地区的电线覆冰舞动事故的天气过程进行分析,并对灾害性天气的可预报性进行初步探讨。结果表明:Jones电线积冰模型基于观测降水数据计算积冰厚度在1.3~5.4mm,与观测量级相同。由于WRF模式对此次天气过程的降水量模拟偏大而高估了电线积冰厚度。WRF模式模拟的10m风速风向与观测的一致性较好,模拟本次过程的风速为5~10m·s-1,风向为偏北风,而湖北地区输电线路以东西走向为主,较容易发生舞动事故。     

河北省电线积冰的气候特征及一次电线积冰天气过程分析

利用河北省1980-2009年20个气象站的电线积冰观测资料,分析了河北省电线积冰的时空分布特征和不同方位电线积冰的特征。结果表明：河北省电线积冰平原多于山区;年际变化较大,呈减少的趋势;季节变化十分明显,1月份电线积冰日数最多;东西方向和南北方向的电线积冰在最大重量上有一定差别。利用常规观测资料、1°×1°间隔6h的NCEP资料和2010年1月1910日黄骅气象站逐时风向风速资料,对一次引起线路舞动的电线积冰天气过程进行了分析。结果表明：这次电线积冰是在地面冷空气与500hPa、700hPa低槽共同影响下由雨凇形成的。20日受冷空气影响,黄骅地面气温快速降至0℃附近,而850hPa温度由零上逐渐转为零下,在对流层低层有逆温层,气温的垂直结构有利于形成雨凇;发生舞动的线路走向与风向夹角较大;舞动发生在较大风速出现之后。     

山西省不同重现期下电线覆冰厚度空间分布及区划

利用山西省18个积冰站电线积冰观测资料和91个气象站常规观测资料,采用逐步回归分析方法,针对不同气候区分别构建电线覆冰设计冰厚的气象估算模型,推算各站30 a、50 a、100 a重现期下的设计冰厚。在此基础上,结合DEM数据和电网运行覆冰观测资料,对设计冰厚进行地形订正和易冰区微地形运行经验修正,最终得到山西省电网电线覆冰厚度空间分布及区划结果。结果表明:(1)山西省电线覆冰的设计冰厚整体与气温、相对湿度、风速、水汽压等密切相关,其中高山区的设计冰厚还与降水量、日照时数关系密切,且受连续3 d的气象条件影响,而丘陵和平原区则与当日和前一日或前二日的气象条件密切相关;(2)构建的分区设计冰厚气象估算模型对各气候区的覆冰厚度模拟效果较好,估算偏差五台山前约2 mm,其余地区小于1.2 mm;(3)地形订正后的结果更为合理地反映山西省各重现期下电线覆冰厚度的空间特征,即覆冰厚度随纬度降低而减小,中、重冰区主要分布在恒山、五台山、管涔山、吕梁山、太岳山和太行山等高海拔地区,而沿黄河一带和盆地为轻冰区,且盆地覆冰最轻;(4)易覆冰区经运行经验修正后,其覆冰厚度能够更加精确表达局部微地形区覆冰真实情况,这对电力部门具有实际参考价值。     

湖南电线覆冰厚度估算模型研究

基于湖南省97个地面气象观测站（其中28个站有电线积冰观测业务）自建站至2008年的日气象观测资料,雪峰山、东山峰高山站的部分电线积冰观测资料,NCEP/NCAR再分析资料及地理信息资料,开展了气象要素、温度垂直结构、地理信息等环境因子对电线覆冰厚度的影响分析;利用逐步回归方法建立了电线覆冰厚度与环境因子的回归模型;在对回归模型进行统计检验的基础上,开展了自建模型与其他两种相关模型的比对分析。检验及比对结果表明,自建模型具有可用性。     

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。     

湖北省高速公路道路结冰预警模型

利用2013年以来建立的湖北省高速公路沿线的87个交通气象观测站每10分钟一次的气温及路面温度等实况资料,对各个高速路段的路面结冰频率随气温的变化规律进行了分析,发现均满足Logistic回归模型,但不同高速路段结冰对应的环境气温有差异。通过研究各个高速路段道路结冰的气温条件概率,计算得到湖北高速各个路段拐点气温,再结合路段降水情况,可以对湖北省高速公路结冰进行预警,从而为高速公路是否开展消冰措施、何时开展消冰措施提供建议。     

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。     

青海省道路结冰变化时空分布特征及其影响等级划分

利用2004—2012年10月至次年4月青海省主要公路沿线自动气象站逐时气象资料,分析了青海省道路结冰的时空分布特征,讨论了道路结冰与地面和气温之间的变化关系,以及积雪深度与地面最高温度的关系。分析表明,青海省道路结冰的空间分布为从东南向西北逐渐减少,结冰时间主要集中在1—4月。由于道路结冰主要取决于气温和积雪深度变化,而地面温度与气温,积雪深度与地面最高温度之间存在显著的线性相关关系,因此分别建立了地温和积雪深度预报模型,从而对道路结冰进行预警。根据道路结冰的持续时间,将道路结冰对交通安全影响程度划分为4个气象等级,分别为极严重、严重、较重和轻度道路结冰。     

陕西省电线积冰区划

采用华山气象站1980—2007年的电线积冰观测资料和陕西省95个气象观测站资料,分析了电线积冰厚度与常规气象资料的相关性,并据此推算出各地距地面10m高度上历年标准的电线积冰厚度,用极值Ⅰ型推断30和50年一遇的最大积冰厚度。结合陕西省电力设计院设计经验、陕西省电网运行现状及历史电网冰灾事故调查情况,对陕西省电网冰区进行了初步划分。结果表明:最大积冰厚度与年雾凇日数、年雨凇日数有较好相关性;将全省分为6个积冰区,并分别绘制出全省不同区域30和50年一遇的1:500000积冰分布图。该结果已作为陕西省电力建设中电线积冰厚度设计的重要依据。     

Icing of wires in mountain areas of Georgia

The peculiarities of wire icing in mountain areas of Georgia are investigated using the observational data of 14 meteorological stations of Georgia. Determined are the maximum frequency and the maximum mass of glaze-ice deposits, as well as the frequency of deposits of different mass and thickness. Considered are the effects of orography and meteorological conditions on the wire icing processes.     

冬季中东急流对中国西南地区覆冰形成的影响

采用西南地区 (25°N～35°N, 95°E～110°E) 96个常规气象观测站1961年1月1日～2009年12月31日逐日气象要素资料, 利用同时满足地面日最低气温在-10～1 ℃、 相对湿度大于80%、 日照时数小于等于2个小时这三个条件, 计算1月中国西南地区覆冰日数。利用NCEP/NCAR再分析格点资料, 分析大气环流特征。结果表明: 强覆冰年时欧亚地区500 hPa高度距平场为 “北高南低”、 中高纬地区 “西高东低”、 中低纬地区“西低东高” 的形势, 乌拉尔山高压脊、 里海东部低压槽、 副热带高压均偏强, 有利于冷暖空气在西南地区强烈交汇, 是西南地区形成覆冰的基本条件; 冬季中东急流强, 则有利于西南地区覆冰的形成, 相关最好的区域位于四川—云南—贵州三省交界处、 贵州省大部分地区、 云南省北部与西藏东南部交界处、 陕西省西南部以及川西二郎山附近, 这些均是最易发生严重覆冰的区域; 500 hPa中亚低槽活动, 将中东急流变化与西南地区覆冰强弱紧密的联系了起来; 前期12月北大西洋百慕大群岛附近海表温度的异常偏低是1月中东急流异常偏强的重要影响因素。     

Wind tunnel evaluation of a rime metering device using a magnetostrictive sensor

A ground-based rime-meter developed by Hydro-Quebec was evaluated in 1992 in the icing tunnel at Université du Québec à Chicoutimi (UQAC) and this instrument is presently used in a network of stations monitoring rime and other iced precipitations in the province of Quebec (Canada). The rimemeter uses, as a sensing element, the probe of the Rosemount icing detector model 871A regulated by an improved programmable controller. The purpose of the evaluation was to characterize the frequency response of the rime-meter mounted with various probes in order to determine their dynamic sensitivity and accuracy under a variety of operating and icing conditions apt to occur in field. The tunnel investigation showed the high sensitivity of the probe to meter ice accumulation. Therefore, it appears feasible under dry conditions, with appropriate calibration, to use this ice sensor as a device for determining the liquid water content. However, its operation in freezing rain near 0°C requires further investigation in the laboratory and in the field.