无气象观测地区的电线覆冰厚度推算

利用湖北省1962-2008气象数据与电线积冰数据,建立了各种气象要素与电线覆冰厚度的回归模型,该回归模型充分考虑了形成电线覆冰需具备相应的气候条件.通过动力降尺度计算了灾情发生地的气象数据,结合已建立的回归模型,推算出电线覆冰厚度.与实测电线覆冰厚度相比,推算准确率在62.8%～75.9%.表明依据建立的回归方程并结...     

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。     

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。     

兰州至关中电线积冰与导线线径及高度关系

对2006—2007年、2007—2008年冬季甘肃、陕西、宁夏多个测点不同线径、不同架线高度电线积冰观测资料分析可知,不同线径电线积冰的净直径、净厚度、等效厚度、积冰重量间存在显著线性关系。直径为26 mm导线电线积冰重量约为18 mm导线的1.2倍,是4 mm铁丝的1.3倍。直径为26 mm导线与直径为18 mm导线电线积冰间的各项关系都较26 mm导线与4 mm铁丝的线性关系更为显著;大直径导线电线积冰的净直径、净厚度、等效厚度均小于4 mm铁丝;26 mm导线与18 mm导线电线积冰的净直径、等效厚度基本相等。电线积冰等效厚度是架设高度比的幂函数;忽略水滴下沉速度,在假定捕获系数为常数、假定时间各物理量均衡不变情况下,电线积冰重量与电线导线线径成正比,且随架设高度的增加而增加。     

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。     

安徽省电线积冰标准冰厚的气象估算模型

基于逐步多元线性回归和人工神经网络两种方法,利用安徽省有电线积冰观测的15个气象台站建站至2008年的观测资料,建立了安徽省3个不同区域电线积冰标准冰厚的气象估算模型。结果表明:相比人工神经网络模型,逐步多元线性回归模型预测效果较好;在覆冰机理认识上,印证了影响标准冰厚主要是气温、湿度和风速3个因子的配置,其中气温是影响覆冰的最重要因子;平原和丘陵地区的标准冰厚受当日气象条件影响更多,而高山地区与前几日及当日的气象条件均密切相关,且26个气象因子 (1987—2008年资料) 构建的模型的预测效果好于24个气象因子长序列 (建站—2008年资料) 效果。最后利用最优模型推算各区域非观冰站电线积冰标准冰厚,为冰冻灾害的评估以及风险区划的开展提供了基础。     

全国电线结冰厚度分布及等级预报模型

利用1961-2008年全国电线结冰及相关气象要素台站观测资料,分析电线结冰厚度的空间分布特征,并建立利用前期冰冻日数,前1天日最低气温、相对湿度、风速和降水量预报电线结冰厚度等级的3层人工神经网络BP模型。结果表明:电线结冰厚度最大值在10mm以上的地区,在北方主要位于东北东南部、内蒙古东北部、华北中部以及甘肃南部等地,在南方主要位于安徽东南部、江西北部、湖南南部、湖北西部、重庆南部、贵州中部以及四川东部等地,呈东-西向带状分布。近48年来,安徽黄山和江西庐山覆冰厚度历年极大值和覆冰日数均呈增长趋势;四川峨眉山、甘肃西峰镇的历年极大值和覆冰日数均呈减小趋势。建立的人工神经网络BP模型能在一定程度上预报结冰厚度等级, 模型对近10年的回报结果显示, 准确率为81.3%。     

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...     

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。     

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。     

湖北省电线积冰微地形因子影响识别研究

电线积冰是影响电网正常运行的重要因素,研究电线积冰与微地形因子的关系对于电线积冰风险区划、电网建设可行性论证等具有重要指导意义。本文利用湖北省1：5万基础比例尺地形图数据和湖北省电网线路冰害故障调查统计数据,对电线积冰厚度与其对应的微地形因子进行相关性分析,识别对电线积冰有显著影响的微地形因子,分析电线积冰厚度与对其影响显著的微地形因子的定量关系,解析微地形因子对电线积冰敏感性等级。结果表明：地形起伏度、海拔高度、离水体远近程度、下垫面类型等是影响积冰厚度最显著的微地形因子;地形起伏度与积冰厚度呈乘幂函数关系,海拔高度与积冰厚度呈对数函数关系,离水体远近程度与积冰厚度呈分段函数关系,下垫面类型与积冰厚度无显式的函数关系,但积冰灾害发生点具有明显的随下垫面类型分布的特征;积冰厚度随地形起伏度、海拔高度的增加而增加,而其变化率和敏感性则逐渐减小;地形起伏度小于40 m时,其对积冰风险最敏感;海拔高度在25～100 m时,其对积冰风险最敏感;积冰厚度随离水体距离的增加呈先增后减的变化趋势,其变化率绝对值和敏感性也呈先增后减的变化趋势,当离开水体距离在2～2.7 km时,其对积冰风险最敏感;电线积冰灾害多发区域的下垫面主要为水体、林地,其次为农田和草地,水体对积冰风险的敏感性等级分别是林地、农田、草地的1.5、3.6和16.7倍。     

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。     

飞机积冰预报算法对比及其集成预报模型研究

以人工增雨作业获取的飞机积冰实例资料为基础,利用WRF模式对51次飞机积冰过程进行数值模拟,对比分析了常用七种积冰预报算法对积冰潜势区和强度的预报效果,进而采用评分权重集成法建立了飞机积冰强度集成预报模型,并检验了其预报效果。结果表明:(1)假霜点温度经验法对2002年4月4日积冰个例的预报效果与实况一致,而其他积冰算法预报效果均与实况相差较大;(2)对51次飞机积冰预报效果进行统计检验发现,假霜点温度经验法的预报效果最好,积冰强度预报准确率为72.55%,其次是RAOB法,IC指数法和I积冰指数法次之,改进的IC指数法预报准确率最差,只有19.61%;(3)对比不同积冰算法建立的集成预报模型的预报效果发现,选用IC指数法、假霜点温度经验法、RAOB法进行集成预报时,预报准确率最高,且漏报率、偏弱率及偏强率均能控制在10%以内,比单一预报算法中的最高预报准确率提高了8%,且漏报率降低了4%,偏强率降低了8%。     

河南省一次冻雨过程中电线积冰厚度模拟

利用WRF中尺度数值模式并耦合Jones积冰厚度模型,对河南省2010年2月8—11日的冻雨过程进行了大气环流分析以及电线积冰厚度的模拟。研究结果显示:(1)在河南大部和安徽北部,冷暖气团在此交汇且出现强逆温层,满足了冻雨产生的天气条件:(2)模拟的降水场和10 m高度风向风速均与观测相当,但模拟降水中心强度略大:(3)模拟电线积冰在地面温度低于0℃时出现并快速增长。在积冰增长及维持阶段,垂直方向温度与水合物的模拟结果显示高低空配置与积冰厚度的变化趋势相吻合。积冰首先出现在伏牛山以北地区,随时间推移,积冰向伏牛山外围的东南部扩展。模拟的范围和积冰厚度演变大体上与观测值吻合,证明该模式可用于河南地区的积冰预测。(4)部分地区仍存在积冰厚度模拟值偏大的现象,其原因可能来自地形模拟精度较粗、模拟风速偏大、风向与电线夹角理想化以及Jones积冰模型阈值范围较小等因素,这表明耦合了Jones积冰厚度的WRF模式虽然有一定的模拟能力,但仍需要进一步改进。     

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。     

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1980—2014年湖北省11个气象台站电线积冰观测资料以及Hadley海温资料、NCEP再分析资料,分析湖北省冬季(11—3月)电线积冰日数的气候变化特征;在此基础上,分析积冰异常年秋冬海气场变化。结果表明,湖北省电线积冰集中在钟祥、荆州、襄樊、仙桃和随州等5站,占11站电线积冰总日数的73%。电线积冰在当年11月至次年3月均有出现,积冰日数在1990年代初出现显著减少趋势。湖北省电线积冰异常偏多年,9—11月热带中东太平洋出现El Nino型异常海温分布,同期冬季孟加拉湾和南海的水汽向北输送至湖北,湖北水汽偏多,同时湖北受贝加尔湖异常反气旋东南侧东北气流和中国东部沿海异常反气旋西北侧偏南气流共同作用,有利于降水发生和积冰出现。     

河北省输电线路冰害的气象要素时空分布特征

冰害是电网的主要气象灾害之一,电线积冰与雾凇和雨凇密切相关。利用1980—2009年河北省142个气象观测站的雾凇、雨凇日数和20个气象站的电线积冰、相对湿度、气温、风速及站点海拔高度,以及近年来输电线路冰害事故和附近区域站同期气温、相对湿度、风速等资料,采用逐步回归等统计分析方法,对雾凇、雨凇和电线积冰的时空分布特征、冰害与气象要素的关系进行分析,并构建电线积冰的逐步回归预报模型。结果表明:1980—2009年,河北省雾凇和电线积冰日数均呈现先升后降的阶段性变化特征,1980年代末至1990年代中期为一高峰期,而雨凇日数年变化特征不明显;在空间上,雾凇、雨凇多出现在平原地区,雨凇中心比雾凇中心更偏东。电线积冰与雾凇、雨凇以及站点海拔高度密切相关,相关系数分别为0.988 5、0.760 6、-0.601 8,但仅雾凇日数和站点海拔高度被引入电线积冰日数预报方程。对河北省电线线路冰害事故分析发现,当气温低于3℃时,导线可能出现舞动;导线舞动或冰闪时的相对湿度都在60%以上,舞动时风速大于5 m·s~(-1)。     

基于模糊逻辑的飞机积冰预测指数

使用北京人工影响天气办公室提供的2014-2017年京津冀地区飞行记录积冰个例样本与机载观测数据,2016年全国空中报告积冰、非积冰个例样本和欧洲中期天气预报中心（ECMWF）第5代全球气候大气再分析数据（ERA5）,基于模糊逻辑隶属度函数,定义了以气温和相对湿度为判别基础并考虑垂直速度和云量影响的积冰指数I_p（icing potential index）,用于判断飞机在空中发生积冰事件的可能性。检验结果表明:该指数对积冰事件的判别准确率为80.2%,与目前国内常用的经典积冰指数（I_c）相比,其判别准确率有明显提升,且漏报率和虚警率均显著降低（分别为9.4%和10.4%）,结合数值预报产品可对飞机在空中特定位置发生积冰事件的可能性进行预测。     

湖北电线积冰统计分析及积冰逆温层结研究

利用2009~2013年冬季华中电网电线覆冰在线观测系统对湖北省500 k V高压输电线路积冰状况进行实时观测获取的资料,结合MICAPS常规气象资料、探空数据及NCEP再分析资料,对湖北形成积冰的天气形势、积冰持续时间以及形成积冰的逆温层结进行研究。结果表明:积冰的高空环流形势主要是小槽发展型、横槽型和低槽东移型3类,分别占43.8%、31.2%、25%;电线积冰主要发生在每年的1月、2月、11月、12月,月平均积冰时数分别为65、42、11、9;积冰可分为降水型积冰和云雾型积冰,降水型积冰过程中,900~700 h Pa高度间存在由北至南风向切变,冷暖空气交汇形成愈加深厚的逆温对降水积冰维持与发展起到重要的作用。     

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。