A theoretical spongy spray icing model with surficial structure

In an attempt to improve the predictive capability of atmospheric icing models, we have developed a theoretical model of spongy ice formation, including the surficial morphology under a falling supercooled liquid film. A steady-state model of freshwater spongy spray icing for a stationary vertical cylinder is presented. A falling film submodel accounts for the flow of excess liquid on the icing surface. Traditional heat and mass balance equations at the outer surface of the falling film are formulated, along with heat and mass balances for the falling film and for the dendritic freezing zone. The rate of advance of the icing interface is calculated by analogy with the rate of advance of freely-growing ice crystals in bulk supercooled liquid. This allows, for the first time, the prediction of ice accretion flux and accretion sponginess, for a specific icing configuration and environmental conditions. An analysis of the model's sensitivity to spray temperature reveals that spray supercooling enhances both the rate of accretion and its sponginess. A comparison of the model's performance with experiments shows rather good agreement, and suggests that further research into the nature of the icing surface and its effect on the accreted ice is warranted.     

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。     

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...     

Estimating icing amounts caused by freezing precipitation in Canada

The Chaine and Skeates icing model is a semi-empirical model. It is based on the formulations proposed by McKay and Thompson (1969). Horizontal ice accretion thickness is assumed to be the observed precipitation amount adjusted by the appropriate ice density. Clear ice density is assumed to be 900 kg/m³. Vertical ice accretion thickness is proportional to precipitation rate and wind speed. Ice accretion occurs only at temperatures near or below freezing. All impinging water is assumed to turn into ice. The freezing fraction is assumed to be one. Horizontal and vertical ice thicknesses are changed into equivalent radial thickness (Chaine and Castonguay, 1974). All parameters used in this model can be derived from routinely observed meteorological data. Icing amounts estimated by this model are very sensitive to wind speed and precipitation rate. Model simulated 30-year return period equivalent radial ice amounts for 20 Quebec locations are compared with collocated Passive Ice Meter data and the results are found to be reasonable. The variation of ice amount with height can be estimated by a log function proportional to 10 m icing amounts, except in British Columbia. Also the 30-year return period equivalent radial ice estimates due to freezing precipitations for 303 locations in Canada are calculated and an Ice Map is plotted. In the future, more work needs to be done to estimate ice amounts due to other forms of icing such as in-cloud rime icing and wet snow. These quantities should be added to the current amounts to make the ice map complete. Anecdotal ice information should be collected to validate the map.     

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。     

湖北省电线积冰日数气候特征与大气环境异常的关系研究

利用在2008—2016年冬季湖北恩施雷达站、金沙本底站、神农架大草坪和神农顶观测得到的30次持续时间超过24 h的完整电线积冰过程观测资料,分析了雨雾共生天气对积冰过程的宏观影响,根据积冰过程的物理模型探讨了过冷雾和冻毛毛雨天气下关键模拟参量的分布特征,最后给出了雨雾共生天气积冰厚度模拟的演变特征。结果表明：山区积冰的持续时间是影响其过程最大冰厚的关键因素,雨凇过程中冻毛毛雨的发生时次最集中,且其出现可能导致冰厚爆发性增长,有无冻毛毛雨出现时段的冰厚增长率平均值分别为1.26 mm·h^-1和-0.11 mm·h^-1;碰撞率是抑制过冷雾积冰的主要参量,其均值在0.1左右,而冻结率则是抑制冻毛毛雨积冰的主要参量,其均值在0.6左右;过冷雾积冰和冻毛毛雨积冰分别表现出阶段性增长和持续增长的变化特征,且冻毛毛雨积冰会抑制过冷雾积冰的发展。

     

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...     

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。     

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。     

电线积冰物理过程与数值模拟研究进展

电线积冰对人们的日常生活、电力系统、通信系统等造成了巨大的影响,人们越来越关注电线积冰的形成条件及物理过程,包括气象条件、气流动力学、液滴运动轨迹以及热力学过程。通过外场观测、室内实验和数值模拟研究的不断开展,揭示出电线积冰质量增长过程决定于云降水粒子谱分布、碰撞效率、黏性率、冻结率、碰撞速度和角度等微物理参数,这些参数又受控于降水率、云雾含水量、温度、湿度、风向、风速等宏观气象条件。通过数值模式已可进行电线积冰量和积冰持续时间的定量研究和预测,进而在开发垂冰模式和形态模式等方面也取得了新的进展。在总结过去60多年来电线积冰物理机制和数值模拟研究主要成果的基础上,对开展进一步的深入研究进行了展望。     

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。     

卫星资料统计全球飞机积冰潜势分布特征

利用云探测卫星CloudSat在2007年12月1日—2008年11月30日全年数据, 构建一种利用CloudSat云分类产品、温度产品、液态水含量产品来联合识别飞机积冰潜势的算法, 并利用该算法对上述时段的全球范围内飞机积冰潜势的出现频率进行统计分析, 旨在为航空安全特别是长途飞行提供一定参考依据。并分析了不同云类型和不同季节的飞机积冰潜势分布特征。结果表明:飞机积冰潜势在全球范围内存在纬向、海陆及季节差异特征。整体上中高纬度地区积冰潜势频率比低纬度地区高, 陆地上空的积冰潜势频率比海洋上空高; 对于不同云类型而言, 中高纬度地区积冰潜势以层云、层积云、高层云和高积云为主, 而低纬度地区积冰潜势以深对流云为主; 对于不同季节而言, 夏季积冰频率较低, 冬春季节频率较高。      

Aircraft icing in visual meterological conditions below low stratus clouds

There are many reports about icing slightly below stratus clouds in visual meteorological conditions (VMC), which obviously occurs very often but not only in polar regions and over the sea. Calculations of the ice shape at the leading edge of aircraft wings and the main rotor blades of helicopters by computers of GMGO (German Military Geophysical Office) and DLR (Deutsche Forschungsanstalt für Luft- and Raumfahrt) show, that this specific ice accretion, which often accumulates to severe icing, depends mostly on two meteorological parameters: liquid water content (LWC) and air temperature, but does not depend on the size of the drizzle droplets in the case of helicopters.     

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。     

风电场风机叶片覆冰气象条件及覆冰模型研究进展

随着我国风电行业的快速发展,覆冰已经成为严重威胁风电场安全稳定运行的因素之一,针对这一问题,国内外学者陆续开展了相关研究。综合现有研究成果,从覆冰概况、研究方法分类、影响覆冰的因素、风机叶片覆冰期特点等方面做了总结。大量的研究成果显示：影响风机叶片覆冰的气象因素主要为环境温度、相对湿度、风速、液态水含量（Liquid Water Content,LWC）和体积中径（Median Volume Diameter,MVD）等。此外,冰风洞试验和数值仿真模拟方面已有很多成果,而覆冰模型法的研究还较少,后续研究的重点是开展对高分辨率数值预报产品的订正研究,构建适用于本地的风机叶片覆冰模型,为风电场提前预警覆冰期以采取融冰措施、合理安排生产等提供科学参考。     

利用常规气象资料建立的导线覆冰模型

利用2001-2009年冬季四川省二郎山观冰站的覆冰资料和气象资料,在明确影响导线覆冰因子及建立覆冰模型理论框架的基础上,分析了覆冰厚度与若干气象因子的联系,结果发现覆冰增长与水汽压、风速等单一气象指标之间的相关并不理想;尝试用若干气象指标综合咸水汽输送量指标,该指标与覆冰增长率有较显著的相关。在此基础上建立了一个以风速、温度、水汽压等常规气象观测要素为参数的导线覆冰模型,将综合覆冰拟合的冰厚与实测冰厚值进行比较,拟合结果较好地模拟了实际覆冰,达到工程应用的目的。     

风电场风机覆冰期预报方法

采用Makkonen结冰增长模型镶嵌冰表面辐射融化模型建立适用于风机覆冰的预报模型,基于WRF耦合CALMET综合模式预测结果和风机性能参数驱动模型,进行风机覆冰开始和结束时间的预报.以湖北通山九宫山风电场为研究对象,对2012年12月至2013年12月期间监测到19次风机覆冰进行分析,分别采用提前1d、提前2d、提前...     

一种飞机空中积冰潜势诊断指数与检验评估

飞机积冰是影响飞行安全的重要危险天气,准确的积冰诊断对民航运行与安全具有重大意义,特别是对国产大飞机适航取证具有重要作用。本文参考改进的CIP(Current Icing Potential)指数,使用垂直速度和云中液态水含量对积冰潜势诊断指数进行优化得到SCIP(Simplified Current Icing Potential)指数,该指数直接基于大气层结资料给出较为准确地飞机积冰潜势,具有命中率高、实用性强的特点。用2021年2月28日至12月31日民航航空器报告对原CIP指数和SCIP指数进行对比验证评估,发现相比于原CIP指数,SCIP指数具有更优异的ROC曲线(Receiver Operating Characteristic Curve)和TSS评分(True Skill Score)。但是对于不同程度的积冰,原CIP指数和SCIP指数均表现出较一致诊断效果,表明SCIP指数对诊断飞机积冰潜势具有重要作用,但无法判断积冰强度。根据2020年3月16日陕西区域飞机结冰个例验证表明增加垂直速度和云中液态水含量的影响对飞机积冰的描述更加细致,对提升积冰潜势诊断效果具有重要意义...     

Correlation of ice load with large-scale and local meteorological conditions in Hungary

Conditional probability of icing in correlation with local weather elements, as well as with different macrocirculation types are investigated on the basis of 23 years of daily observations for two stations situated in the Pannonian Plain (Debrecen) and in mountainous region (Kékestetö, 1000 m above sea-level). Empirical histograms are calculated and a theoretical model of the distribution is elaborated. Ice is generally twice as frequent at night as during the day. Icing is 5–6 times as frequent on the top of the hill as on the plain, especially considering larger water-contents. Macrosynoptic conditions favourable for icing are essentially different in the two circumstances. At the higher altitude icing is more frequent in cyclonic situations. Considerable load is often accompanied with southwesterly, southerly currents. On the plain station however the anticyclonic situations are somewhat more frequently accompanied with ice formation. Wind speed is practically indifferent at the top of the hill, but on the plain ice formation prefers low wind speeds. These differences are in coincidence with the a priori information of the different nature of ice load. Namely, at the top of hill in-cloud icing is the predominant form, while on the plain fine rime and frozen precipitation represent the overwhelming majority of ice load events. No clear differences in probabilities of icing in any of the above relations appear, however, between the two perpendicular directions of measuring devices. From among the possible applications of the results, a local scenario on ice load changes assuming a 0.5 K global warming is presented.     

云中积冰过程微物理参量演变规律的数值模拟

利用耦合Thompson参数化物理方案的WRF（weather research and forecasting）中尺度数值模式,对发生在2008/2009年和2009/2010年冬季恩施雷达站处三次积冰过程的边界层特征和云雾微物理量进行了模拟,并与实测结果进行了对比分析.模拟结果较好地反映了恩施雷达站上空多逆温影响的温度层结特征;云水质量浓度和云雾滴中值体积直径的模拟值与观测值的平均绝对误差分别为10-2g·m-3和3.8μm;恩施雷达站上空存在一个质量浓度为0.3g ·m-3左右的高值中心,其逐渐下移接地,给积冰过程带来充足水汽,且此时通常也有降雨出现.