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1、2 0 0 5 年湖南省特大冰冻灾害天气分析 王晓兰李象玉黎祖贤李耨周居晶琳 ( 湖南省气象台，长沙4 1 0 0 0 7 ) 提要 通过对2 0 0 5 年2 月湖南省冰冻天气过程进行分析发现，此过程虽属轻冰冻过程，但造成的冰 冻灾害严重。其主要原因是：逆温层底高度偏低，逆温层顶气温偏高，阴雨时间长，在1 0 0 0 9 2 5 h P a ( 海拔1 0 0 0m 以下) 之间形成较厚的过冷层，与强冰冻区相吻合，而地面冷空气偏弱，致使地表 冰冻不明显。 关键词：冰冻灾害成因强度预报措施 1引言 冰冻足湖南省冬季的主要灾害性天气之一，中低层的逆温和地面冷空气是冰冻天气产生 的必要条件。2 0
2、 0 5 年2 月湖南省的冰冻天气，虽属轻冰冻过程，但对电力行业来说是继1 9 5 4 年以来又一次严重的冰冻灾害，因此，本文对此次冰冻过程形成的原因做进一步分析。 2 冰冻天气灾害概况 2 0 0 5 年2 月7 2 0 日湖南省1 4 个市( 州) 遭受冰冻灾害，其中怀化、岳阳、益阳、常德、 湘西自治州、长沙等地区受灾严重。冰冻灾害不仅给农业、林业造成严重损失，而且使湖南省 电网遭遇了1 9 5 4 年以来又一次最严重的威胁，位于常德、益阳、湘潭、娄底、长沙、岳阳、邵阳、 怀化等地多条5 0 0 千伏及2 2 0 千伏输电线路严重覆冰，覆冰最厚处达7 0 8 0m m ，多处电线杆 塔出现
3、险情。2 月7 日1 7 时3 0 分，5 0 0 千伏江城直流第一次出现冰闪( 因线路结冰而跳闸) ， 首次冰冻险情出现在2 月9 日，常德岗云线1 7 4 号塔由于结冰，使其发生严重倾斜，2 月1 3 日 1 7 5 和1 7 6 号塔倒塌。此后，冰冻持续加剧，灾情逐渐升级，截至2 月1 7 日，湖南5 0 0 千伏线 路跳闸3 4 条次( 含直流) ，2 2 0 千伏线路跳闸1 2 条次；3 条5 0 0 千伏线路发生倒塌2 4 基、变形2 基，其中，压垮1 座，拉垮1 6 座，压、拉结合垮7 座，倒塌3 条线路，7 条2 2 0 千伏线路倒塌1 7 基，造成5 0 0 千伏通道多次出现
4、断开情况，与华中电网相联的5 0 0 千伏葛岗线、江复线也曾出 现跳闸，致使湖南电网与华中电网短时间解列；湘西环网只剩下2 条2 2 0 千伏线路与外界联 络；五强溪、凤滩、柘溪、凌津滩等骨干水电厂送出通道受阻。 3 天气形势分析 3 15 0 0h P a 形势分析 2 0 0 5 年1 月低高空5 0 0h P a 乌拉尔山( 简称乌山) 阻高崩溃后，2 月1 2 日，沿海为低槽 1 4 区，3 日低槽北缩，5 日东亚中高纬度转为一宽广 的低压区，中低纬度环流平直( 见图1 ) 。宽广的低 压内不断有阶梯槽下滑，引导冷空气分股南下，低 纬度稳定的西太平洋副高边缘暖湿气流活跃，冷 暖气流在3
5、 0 。N 附近汇合。1 4 日环流开始调整，乌 山南部高压脊发展，脊前低涡形成，南支低槽加 深。1 8 日低涡内下滑槽与南支低槽汇合东移，江 南大部逐渐转受槽后西北气流控制。 3 2 中低层形势分析 2 0 0 5 年2 月6 1 7 日7 0 0h P a 一直为西南气 流控制，急流在芷江到长沙一线，芷江站风速最大 达2 8m S ，长沙站达2 6m s ，气温稳定维持 图12 0 0 5 年2 月5 日0 8 时5 0 0h P a 形势图 在零摄氏度以上，直到1 8 日，冷平流加强，切变线南压。 8 5 0h P a 图上，从2 0 0 5 年2 月6 日起，在湖南省境内建立起南北温差
6、 6 的锋区后，逐渐 加强，9 日最大锋区梯度达1 1 ，1 0 日消失，1 1 日又重建加强，一直维持到1 7 日，在此期间最 大锋区梯度达1 6 。低层切变线从8 日开始形成后，就在湘中一带南北摆动，1 4 日偏南风加 强切变线北抬，低层西南急流形成，1 5 1 7 日切变线自北向南缓慢南压，1 8 日低层冷空气人 川，锋区切变迅速南下。 3 3 湖南探空测站地面至7 0 0h P a 温度层结分析 表1 为怀化探空测站2 月6 日0 8 时2 0 日0 8 时地面到7 0 0h P a 各层的气温与降水量分 布情况( 长沙、郴州资料略) ，6 日开始湘西海拔2 0 0 1 0 0 0m
7、内已出现了冰冻层结，7 日冰冻 层结自西向东、向南迅速发展加强，9 日湘南冰冻减弱，1 0 日有冷空气补充，冰冻层结向南发 展，维持到1 3 日。从表1 可以很清楚地看到，测站3 0 0 0m 上空( 7 0 0h P a ) 为正温度区( 融化 层) ，1 5 0 0m ( 8 5 0h P a ) 为正负温度交替层，1 0 0 0m 以下( 9 2 5 1 0 0 0h P a ) 为稳定的负温度层 ( 过冷却冰冻层) ，地面日平均气温低于2 的时段不连续，没有零摄氏度以下的气温出现，很 明显地反映冰冻区间在高于地面测站的山区。 表12 0 0 5 年2 月6 日0 8 时2 0 日0 8
8、 时怀化探空站地面到7 0 0h P a 的气温( ) 与降水量( m m ) 日期6 日7 日8 日9 日1 0 日1 1 日1 2 日1 3 日1 4 日1 5 日1 6 日1 7 日1 8 日1 9 日 2 0 日 7 0 0h P a ( T )5421021232322 2 6 8 5 0h P a ( 1 ) 700064355234666 9 2 5h P a ( T )一144453442211 325 1 0 0 0hPa(T)00000一O1一O001 0130 地面恐气温 3 1 5 1 4 3 11 6 1 3 1 4 1 7 2 9 3 42 。3 22 92 2 降
9、水量( r a m ) 1 82 51 89 13 31 72 4 5 04 25 0 8 9 0 20 10 0 从以上分析可以看出：2 0 0 5 年的冰冻同历年冰冻天气一样，是受中低层逆温、近地面过冷 层共同作用而产生的天气现象，只是地表冰冻不明显。 1 5 4 冰冻强度对比分析 4 1 地面测站分析 根据湖南省地面测站历年的资料统计分析( 图2 ) ，2 0 世纪5 0 8 0 年代冰冻出现的次数较 多，强度较强，持续的时间相对较长，9 0 年代以后，主要以轻冰 冻为主，持续时间较短，分布面也窄，只有在1 9 9 G 年湘南的个 别站出现过一次持续5 7d 左右的冰冻( 南岳高山站除外
10、) ， 其中湘西北1 9 9 2 年以后就没有出现过冰冻，而且大部分较强 冰冻出现的年份均与湖南冬季严寒期一起出现( 严寒期标准： 5d 日平均气温O ) 。 2 0 0 5 年2 月平均气温为4 2 ，与常年比偏低2 8 ( 图3 ) ，是1 9 7 2 年以来最冷的2 月，但比2 0 世纪5 0 、6 0 年代 却明显偏高。三个代表站上的资料分析和普查全省各基本站， 图2 湖南省冰冻年际趋势图 都没有严寒期。很明显，2 0 0 5 年冰冻如2 0 世纪9 0 年代后的冰冻一样，为轻冰冻年份。 4 22 0 0 5 年冬季湖南各高程冰冻情况估算与历年高山站资料分析 根据理论分析和研究，近地面
11、层( ( 1 0 0m ) 风随高度指数增长，积冰随高度( ( 3 0m ) 也呈指数增长；在地形风显著的第二1 2 突变层，积冰亦随高度呈指数增长。 在两个突变层之间( 称之为积冰稳定 层) 风速相对稳定，风随高度变化是 8 线性的，积冰随高度变化也平缓巴6 得多。 斧 在湖南省以往所做的雪峰山区覆 冰分析中，7 0 01 T I 以下使用式( 1 ) 做不 2 同海拔高度上标准冰厚订正，在7 0 01 2 1 0 高度以上，使用式( 2 ) 做不同海拔高度 上标准冰厚订正。 1 9 5 l1 9 5 71 9 6 3 1 9 6 9 1 9 7 519 f ；11 9 8 71 9 9 3
12、别X ) 图3历年2 月湖南平均气温( ) h Z 。= b Z o + 0 5 ( Z l Z o ) 1 0 0( 1 ) b i b o = ( Z Z o ) 口 ( 2 ) 式中，Z ，Z o 为海拔高度，这里Z o = 7 0 0i n ，b Z 。，b Z 。为Z 。，Z o 高度上的标准冰厚，常数口= 3 3 0 5 。 已知标准冰厚b ，电线直径西，标准密度| D ，则实际冰重P 可由下式求出： P = 即b ( b + 声) ( 3 ) 以兀一3 1 4 1 5 9 2 6 ，P 一0 9g c m 3 ，西= 0 4a m 代入，因P 为1 0 0a m 上冰重，故有 P
13、 一2 8 2 7 4 3 3 3 b ( b + 4 )( 4 ) 式( 4 ) 中b 的单位为m m 。 根据上述公式和方法，可估算出湖南省各海拔高度上冰冻的发生情况( 见表2 ) 。 1 6 表22 0 0 5 年2 月1 3 日各海拔高度冰冻估算预测值与实测值 眵吁 7 5 51 9 68 0 53 3 38 5 52 3 29 0 52 4 19 5 54 8 1 k m m ， 冰重( g ) 2 4 72 3 1 92 7 45 9 3 33 0 33 4 6 53 3 46 2 8 93 6 69 9 3 7 从表2 冰冻估算预测值与实测值对照情况中可以看出，估算预测值明显低于
14、实测值，其主 要原因是估算预测值是用当天的气象要素计算得出，而上面的实测值是连续冰冻5d 后所测， 由此可见持续的冻雨天气是导致估算预测值与实测值相差明显的关键。当冰冻天气形势维持 时，估算预测值应加上前几天冰冻的估算预测值。 为了了解这次冰冻厚度与冰重随海拔高度的变化，取南岳 山1 9 5 4 - - 2 0 0 5 年的冰冻资料分析对比发现：2 0 0 5 年高山上的 雨淞天数为5 7d ，超过历年同期最高值1 9 5 4 年的3 1d ；标准冰 厚极值为7 1 2m m ，仅次于1 9 8 2 ( 8 8 2m m ) 和1 9 9 0 ( 7 7 2m m ) 年；冰重极值6 1 5
15、6g ，则超过了2 0 世纪8 0 、9 0 年代的冰冻过程 ( 图略) 。而从表2 中就反映，2 0 0 5 年在6 0 0m 时，冰重已达 9 9 3 7g ，远远超过了这次过程中海拔1 2 6 5 9m 高南岳山的冰 重。对比历年冰冻年份还发现：2 0 0 5 年温度层结与历年冰冻过 程的温度层结有明显区别，以1 9 8 2 年和2 0 0 5 年冰冻期间( 6 1 7 日平均温度层结图4 ) 为例，2 0 0 5 年冰冻过程的逆温层比 1 9 8 2 年冰冻过程的逆温层偏低，逆温层顶的温度明显偏高，充 分反映2 0 0 5 年南岳山的冰冻是纯过冷却水粘附在物体上而形 I 一2 0 0
16、5 年 一h P a 9 8 2 年 I 7 0 0 。、 8 5 0 一 |F 9 2 5 1 0 0 0 ； 地商 ( ) 成的冻雨，1 9 8 2 年应是液体降水和固体降水的混合体，冰层结图4 黼( Z 0 0 5 年0 2 月 构不同，因此冰重也不同，这就是2 0 0 5 年冰冻厚度不如1 9 8 2 0 6 1 7 日) 温度层结曲线对比 年厚，而冰的重量要重的根本原因，也得出2 0 0 5 年2 月的连续阴雨天气、低逆温层高度，导致 了1 0 0 0m 以下的过冷层形成强冰冻危害。 5 小结 ( 1 ) 2 0 0 5 年湖南省仍为轻冰冻年份。但相对于湖南省电网的高程( 2 0 0 1 0 0 0m ) ，可定为 自1 9 5 4 年以来湖南电网第八次冰冻严重危害年，其危
