云贵高原超高压输电线一次大范围覆冰的时空分布特征、数值模拟和天气学成因研究

利用我国南方电网输电线覆冰监测系统获取的覆冰厚度数据、气温及湿度数据、气象再分析资料和地形高程数据,结合覆冰数值模型,分析了2018年1月24-28日期间云贵高原输电线路一次大范围持续覆冰的时空分布特征,模拟了覆冰厚度增长,并研究了其天气学成因。结果表明：（1）贵州中部输电线路最先出现覆冰,整体覆冰时长为60～120 h,且90%的输电线路覆冰厚度大于15 mm,覆冰最大厚度可达50.74 mm。云南和广西东北部输电线覆冰时长分别为0～10 h和40～80 h,覆冰最大厚度不超过25.22 mm。（2）数值模拟结果与监测数据之间相关系数在0.9以上,通过了置信度95%的F型显著性检验（P=0.049）。但复杂地形对于输电线路覆冰的模拟结果有显著影响：对于海拔920～1060 m、坡度7.73°～20.3°、西北和东北向垭口的输电线路覆冰模拟效果最好;由于海拔低于920 m或坡度大于20.3°的输电线路的液水含量被高估,西南和东南向垭口的输电线路风速被低估,从而导致这些地形背景下的模拟结果较差。（3）欧亚大陆“北高南低”的位势高度场和“两槽一脊”的稳定环流形势,将聚集在东西伯利亚地区的冷...     

湖北省地形因子对电线覆冰的影响研究

利利用1960—2011年湖北省81个气象站气象观测资料和湖北省2004—2012年220~500 k V高压输电线路覆冰事故资料以及海拔高度、坡度、坡向等9类地形数据信息资料,给出风口、突出山体、迎风坡和背风坡4种特殊地形的判断指标,分析特殊地形因子对电线覆冰的影响,并对湖北省冰区分布图进行地形订正。结果表明:风口判断指标为冬季(当年12月至翌年2月)日均风速大于8 m·s-1的日数超过1.56 d·a-1,迎风坡判断指标为坡向0°~45°或315°~360°且坡度大于10°,背风坡判断指标为坡向135°~225°且坡度大于10°,突出山体判断指标为起伏度大于200 m且海拔高度大于起伏度;4种特殊地形下冰厚订正系数分别为1.75、1.62、0.68和1.82;风口处影响覆冰的主导气象因子为风速,迎风坡处影响覆冰的主导气象因子为降水量,突出山体处影响覆冰的主导气象因子为液水含量,气温对3种特殊地形下的冰厚变化均有显著影响;经过地形订正后的冰区图,能更好地反映鄂西南山区、鄂北中部和西部等地受特殊地形影响而出现的较严重覆冰区。     

基于层次法的冀北地区输电线雷击风险区划

根据冀北地区2012—2015年输电线路雷击灾害资料及1981—2015年雷暴日数,结合冀北地区的人口密度、经济发展等社会经济特征,选取雷击灾害频度、雷暴日数、生命易损模数和经济易损模数4个指标,采用层次分析法确定评估指标权重分布,建立输电线路雷击风险评估模型,形成冀北地区输电线雷击灾害风险区划图。结果表明:极高风险区有崇礼、丰宁、承德县、青龙、迁安、遵化、迁西、丰润和香河,高风险区主要位于张家口中部和南部、承德北部和东部、唐山中部和廊坊中部,极高风险区和高风险区应为输电线路雷击风险重点防护地区;中风险区主要位于张家口北部和西部、承德中部和东南部、唐山东部、秦皇岛中部、廊坊北部和南部;低风险区主要位于玉田、曹妃甸、滦南、乐亭和永清。     

探空资料在输电线路覆冰事故评估中的应用

为了分析2008年初浙江省电网大面积覆冰事故发生的原因,在缺乏有代表性电线结冰观测的条件下,利用气象探空观测资料统计分析低空各个海拔高度上气温、湿度条件,发现低温与高湿度的配置条件出现状况与输电线路覆冰事故调查结果有较好的对应,可将这样的配置条件视作覆冰气象基本条件,并可通过对比历史上严重冰雪天气灾害发生期间的低空覆冰气象条件,分析评估电网覆冰事故。分析指出:2008年1月中旬至2月初,浙江内陆海拔100 m以上高度出现持续性较严重的覆冰气象条件,是有系统气象记录以来最严重的时段,覆冰条件随着海拔高度的增高而加强,其主要原因是大气层低空低温与高湿配置条件较好,持续时间长。     

冀北电网灾害事故的时空分布特征及风险评价

利用2005—2017年冀北电网输电线路逐日灾害事故记录和同期气象观测资料,统计分析该地区电网线路灾害事故的时空分布特征,评价电网输电线路的气象灾害事故风险等级。研究发现:(1)造成冀北地区电网灾害事故类型多样且分布极不均匀,主要灾种有雷害、冰害、风偏和污闪,其中雷害最多,占事故总数的70. 1%,而污闪占比最少,为3. 8%。(2)雷害频数均占冀北五地市电网气象灾害事故首位,冰害、风偏和污闪在不同地区影响不同,其中冰害、风偏对张家口电网影响较大,风偏、冰害和污闪对唐山电网影响较大,而承德、秦皇岛和廊坊电网受雷害以外灾种影响均较小。(3)冀北电网灾害事故月分布呈双峰型,主峰和次峰分别出现在6—8月和11月,主峰主要由雷害事故引起,次峰主要由冰害事故引起; 13 a间,冀北电网线路各种灾害事故均无明显变化趋势。(4)张家口东部、承德西部和南部、唐山北部是冀北电网线路气象灾害事故高风险区,唐山和秦皇岛南部、廊坊东部、张家口中部是电网线路事故低风险区,其他地区为中风险区。     

基于CALMET-WRF耦合的复杂地形下导线覆冰的精细化数值模拟研究

利用耦合了WRF模式的CALMET模型,对2022年1月5—10日山西省南部中条山区导线覆冰事件的天气背景场进行了数值模拟,在评估了WRF和CALMET对气象要素的模拟效果的基础上,分别利用WRF和CALMET模拟的气象场驱动Makkonen覆冰模型,对本次导线覆冰过程进行了数值模拟,得到了如下结论:1)相比于WRF模式的模拟结果,CALMET降尺度后的气象场能更符合实际地形影响下近地面温度场和风场的分布规律,其模拟的近地面低温区(气温<0 ℃)范围较WRF模拟范围更大。2)CALMET的气温均方根误差整体较WRF模式减小0.5～1 ℃,相关系数由0.5～0.8提升至0.6～0.85;风速的均方根误差较WRF减少了1 m/s,相关系数较WRF提升0.2,说明WRF模式结合CALMET模拟气象场更加接近真实观测结果。3)利用CALMET降尺度场驱动覆冰模型能较好地反映微尺度地形下电线积冰的时空分布特征,各杆塔模拟的覆冰厚度偏差较WRF显著减小了2 mm,且降低了模式对覆冰启动的滞后时间。     

电线覆冰预报模型研究综述

我国地域广阔、地形复杂、气候多变,输电系统面临相当严重的覆冰灾害威胁。导线覆冰导致的电力系统事故,严重影响了正常的国民经济生活。为了保证电网系统安全可靠的运行,有必要对输电线路导线覆冰的预测模型进行深入研究。首先总结了电线覆冰的相关气象因素,然后列举了一些比较典型的经验和半经验模型,综合阐述了覆冰物理过程的流体力学和热力学理论,最后对国内的覆冰预测模型研究现状做了简要介绍。     

2018年初安徽省沿江地区输电线路舞动天气成因分析

基于逐5 min地面气象要素观测数据、逐日气象观冰站电线覆冰观测数据、安庆站逐12 h探空观测资料以及逐6 h ERA-Interim再分析资料,对2018年初安徽省沿长江及跨江线路电线舞动过程中气象要素进行分析,并对导致电线覆冰和大风的天气成因进行探讨。结果表明:舞动位置附近出现不同程度冻雨导致的电线覆冰,并伴有较强的东北风,极大风速风向与舞动线路夹角多在45°以上,冻雨和大风是导致此次输电线路舞动的直接因素;此次输电线路舞动发生伴随的冻雨属于典型的"过冷暖雨";700 h Pa南支槽前西南气流为此次冻雨输送水汽的同时带来暖温度平流,维持暖层的存在; 925 h Pa大陆冷高压下东北气流带来的冷温度平流使近地面层降水处于过冷却状态;锋面后冷空气在华北地区上空堆积致使冷高压加强是导致安徽沿江地区较强东北风形成的主要因素。     

西南山地电力走廊导线覆冰及风载荷观测试验

本试验在高寒山区开展了基于拉力传感器的导线覆冰重量观测测试和基于三维测力天平的导线风载应力观测测试,探索了观测装置和试验方法的可行性。通过以西昌大菁梁子站为代表的测试结果进行分析,得出以下结论:基于拉力传感器的导线覆冰重量观测和基于三维测力天平的导线风载应力观测的试验方法可行、观测数据真实有效,具有输电线路导线覆冰持续观测能力;由风速和导线受力观测数据计算得到导线风阻系数,与其典型值相当;在高寒山区实地开展导线覆冰重量和风载应力观测试验,能够为评估导线力学模型积累观测资料,对导线覆冰和强风作用下的载荷基本特征及演变机理的研究具有重要的意义。     

浙江省雷击跳闸数据与闪电定位数据统计分析

利用浙江省电力部门雷击跳闸数据、浙江省气象局闪电定位数据,统计分析了2007—2011年电力雷击跳闸事故与地闪数据之间的时空分布特点、雷击跳闸事故与地闪参数及距离之间的关系。结果表明:电力雷击跳闸事故与地闪数据的日分布和月分布均为单峰结构,相关系数分别为0.9905和0.9881;空间分布虽有一定对应,但并非显著相关;导致110kV、220kV及500kV输电线路雷击跳闸的地闪强度主要集中在90kA以下,并且500kV输电线路雷击跳闸对应的电流强度相对较小;地闪与雷击跳闸事故杆塔距离、地闪与雷击跳闸杆塔对应输电线路的距离均主要集中在2km以下。     

2015年广西区北部超高压输电线路一次连续覆冰事件的天气学特征

广西区是我国南方电网西电东送输电的重要通道, 2015年1月26日—2月8日期间广西区北部桂林地区发生了一次大范围超高压输电线路的连续覆冰事件, 其最大覆冰厚度可达24.83 mm。利用ERA5再分析资料和气象观测资料结合南方电网超高压输电线路覆冰观测资料, 从天气形势、温湿垂直层结、局地气象要素以及大气环流指数等方面综合分析了此次电线覆冰的天气学成因。结果表明, 东亚大槽偏强, 阻塞高压引导脊前偏北气流南下, 冷空气入境与西太平洋副热带高压带来的暖湿气流汇合, 在北方寒潮与南方水汽的共同作用下, 地处高海拔的输电线塔杆易出现覆冰。冷暖气团在桂林北部山区上空相互对峙形成准静止锋时出现两种覆冰变化特征: 当冷空气强盛且水汽充沛时, 过冷却雨滴冻结或者雾滴凝华形成电线积冰; 而在暖气团主导下电线覆冰则自然融化。准静止锋的锋区移动在很大程度上影响着电线的覆冰增长过程, 特别地, 冷暖空气的交替主导是电线反复积冰的主要原因。      

一种浙江省冻雨落区的推算方法

2008年初浙江省出现全省性的大范围强冻雨天气,在输电线路上形成很厚的覆冰,致使浙江电网遭受巨大的损失。然而,浙江省却仅有三分之一的气象站观测到冻雨,持续时间也很短。本文利用全球再分析资料ERA-Interim结合浙江电网覆冰灾情资料,分析了2008和2013年的两次强冻雨过程。研究表明浙江省强冻雨发生时具备冷暖冷的层结结构,且中间暖层气温0℃,但相比湖南省,浙江省的暖层中心气温稍低,下层冷层厚度略厚,暖层中的液态水进人到下层冷层后易被冻结,落到低海拔地面为冰粒,或者低海拔地面层气温高于0℃,冻雨落到地面为降雨,所以冻雨期间浙江省绝大多数气象站(海拔在200 m以下)观测不到雨凇,观测到的多是冰粒或降雨;而在海拔较高的山区,冷层厚度变薄,液态水被冻结的概率大大降低,而且山区地面气温多低于0℃,有利于冻雨落在山区地面形成雨凇,因此浙江省冻雨多出现在浙中海拔400 m以上和浙南海拔600 m以上的山区。根据浙江省冻雨的特点,采用全球再分析资料进行冻雨落区推算,结果与浙江电网实际的覆冰灾情吻合得较好。本研究利用输电线路覆冰厚度确定冻雨强弱和分布,采用再分析资料推算冻雨落区,为地形起伏度较大的省份开展冻雨研究,进行冻雨监测和预报提供一条新的思路。     

浙江省雷电灾害风险分析及区划

在灾害风险评估中,基于行政区域统计单元的人口和经济数据往往与栅格水平上的致灾因子存在空间上的不匹配。利用遥感夜间灯光数据、植被指数和DEM数据构建人居指数,进行栅格尺度上的雷灾承灾体易损性分析,利用2005—2011年浙江省电网雷电信息系统的地闪数据和2008—2011年雷电灾害统计资料进行雷电致灾危险性评估,基于上述三个评估指标,采用层次分析法确定权重系数,建立浙江省雷电灾害风险评估模型,获得1 km分辨率的浙江省雷电灾害风险区划图。结果表明,杭州、宁波、台州等经济发达地区和长兴、安吉、天台和临海等平地向山区地形过渡地带是浙江省雷电高风险区,甬台温沿海、海岛、衢州西部和丽水南部地区是低风险区域,其他地区为中风险区。     

宁波北仑地区的一次冻雨过程分析

2013年1月初,宁波北仑地区附近山区输电线路上出现厚度20~30 mm的严重冻雨覆冰。本文利用电力部门收集的详细灾情信息和欧洲中心高分辨率(0.75°×0.75°)的全球再分析资料,对此次冻雨过程进行了分析。结果表明,冻雨覆冰期间的暖湿气流主要来自西太平洋,从海南岛以东区域北上输送到浙江省,不仅在北仑地区上空带来大的水汽通量,还形成典型的冷暖冷的逆温层结,具备产生冻雨的空中层结条件;虽然北仑城区地面气温一直在0℃以上,观测不到雨凇现象,但附近海拔300~400 m以上的山区地面气温维持在0℃以下,且山区风速较大,非常有利于冻雨在地物上冻结形成冻雨覆冰;经过40 h左右的持续冻雨,北仑山区出现严重的覆冰灾情。     

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GIS的徐水县干旱灾害风险区划

以河北省保定市徐水县干旱灾害为例,对其干旱灾害风险区划进行研究。利用GIS技术,建立气象数据库,集成基础地理数据、气象观测数据和人口经济等资料;选择适当指标,实现干旱灾害致灾因子危险性、孕灾环境敏感性、承灾体脆弱性和防灾减灾能力栅格化的计算。通过建立干旱灾害风险评估模型,完成干旱灾害风险区划的绘制,并分析了徐水县干旱灾害风险区划的分布特点。结果表明,徐水县干旱灾害风险分布呈地区性差异,中部地区发生干旱灾害的风险较高,西南地区风险较低。     

广西输电线路覆冰典型年份的环流特征分析

采用NCEP/NCAR逐月再分析资料、广西北部43个气象台站的温度、湿度、风、降水、导线覆冰等观测资料以及广西输电线路覆冰资料,建立雨凇覆冰厚度计算模型,并得出气象台站的历史覆冰厚度序列。采用数理统计和合成分析等方法研究典型覆冰年份的时空特征、环流背景及气象要素变化特征,结果发现:广西输电线路覆冰主要出现在冬季的桂北,并有逐年减轻的趋势,MannKendall突变检验表明,存在1个明显的突变点,出现在1985年;广西典型覆冰年份,500 hPa欧亚大陆中高纬地区呈明显的"两槽一脊"型,广西高空处于南支槽前,地面受冷高压脊控制;赤道中东太平洋,从夏季到秋季,海温由偏高转为偏低,到冬季SSTA维持为负距平,说明广西输电线路覆冰与LA NINA事件有较密切的关系。当日最低气温在0.2℃以下,风速5 m·s-1,并伴有雨凇和弱降水,低温寡照天气时容易出现覆冰。     

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。     

浙江省单季稻生长期降水量风险评估

单季稻是浙江省政策性农业保险的主要参保作物,研究单季稻生长期各级降水量的风险分布,可为水稻气象保险指数等险种设计提供技术基础。采用浙江省58个县市1971~2007年单季稻全生育期的降水量资料,基于信息扩散的风险评估模型,研究了浙江省单季稻生长期降水量在各级降水量下的超越概率,应用GIS技术绘制风险图,评估各地单季稻面临的旱涝风险;并研究了各量级降水量风险值与单季稻成灾年平均减产率的关系。结果表明：单季稻生长期降水量严重短缺的风险高值区,主要为沿海岛屿以及浙北的嘉兴地区,其次是金衢盆地;降水量严重过剩风险高值区主要位于浙江东南沿海地区;浙江省单季稻减产与其生长期间缺水的关系不是很大,大部地区可以通过灌溉获得丰收,但减产与单季稻生长期间降水过多相关显著。     

冀北地区输电线路覆冰风险预报研究

利用国网冀北电力部门提供的2012—2015年冀北地区输电线覆冰事故资料以及电力微气象站资料,对输电线覆冰事故进行时空分布特征分析,同时选定输电线覆冰事故发生当日的最低、最高气温,平均相对湿度,平均风速,降水量等气象要素作为因子,利用层次法构建输电线覆冰风险预报模型并进行个例验证。结果表明:冀北地区输电线覆冰事故多发于山区,主要集中在11月至次年5月;不同的覆冰事故类型对应的下垫面类型也各不相同,冰闪事故56%以上发生在平原和坝上高原,舞动主要分布于山地和山谷;大多数输电线覆冰发生时,日最低气温为-8～0℃,日最高气温为-4～4℃,日平均相对湿度在80%以上,日平均风速为1～3 m·s~(-1);实际发生输电线覆冰灾害时,覆冰风险预报等级均在2级以上,无漏报,但存在较小的空报率。