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...     

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。     

数字地形分析技术在输电线路覆冰设计中的应用(摘要)

以江西萍乡-莲花110KV高压输电线路为实例,根据1956～1995年共40a气候资料中最大积雪量计算当地最大覆冰厚度,以弥补当地覆冰观测资料的不足.同时利用地理信息系统中的数字地形分析技术,结合电线覆冰高度模型,充分发挥GIS的空间分析功能,计算并制作了输电线路沿线的覆冰厚度,取得了较好的效果.     

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。      

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)。     

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。     

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。     

基于CI指数的湘西自治州干旱变化特征

利用湖南省湘西自治州8个气象台站1960~2013年逐日气温和降水资料,计算逐日CI干旱指数,按照干旱过程方法统计年、季的干旱天数及强度指数,运用趋势分析、M-K检验、小波分析等方法,统计分析湘西自治州的干旱时空变化特征。结果表明:由于地理位置及地形的差异,湘西自治州年干旱强度、干旱天数、出现频率因季节不同而存在一定的差异,其中夏秋季干旱对年干旱的影响最大;干旱存在多个显著的活动周期,但不同季节也有所差异;年干旱变化有加强趋势,而春、夏季干旱也表现出加强趋势,仅冬季干旱略有减弱。M-K突变检验显示,年干旱有加强趋势,但未出现显著性突变;春、夏季干旱变化不存在突变;秋季,干旱强度经历了由明显偏弱到波动较大再转为偏强的突变过程,突变年份为1989年,而干旱天数经历了偏少到偏多的突变过程,突变年份为1970年;冬季干旱强度存在明显减弱的突变现象,突变年份为1989年。     

河北省超高压线路一次连续覆冰事件的模拟与诊断

利用1980—2021年河北省142个国家气象站观测资料以及电力部门提供的导线覆冰个例资料，分析了河北省历史导线覆冰空间特征，发现省内南部沿海和张家口东北部主要以雾凇覆冰为主，邢台东北部、沧州东部地区存在少量雨凇覆冰情况。系统分析2015年11月15次覆冰跳闸事故的天气环流形势，造成此次灾害的冷空气由北向南传播，中后期叠加来自西部向东传播的气流；关键区对流层低层存在雪水混合物和明显的风切变，对流层中层存在“负〖CD*2〗正〖CD*2〗负”的温度异常层结分布特征，热力环流中上升运动为覆冰提供了有利条件。基于气象观测资料，综合考虑导线覆冰增长、维持、消融过程，建立导线覆冰小时级覆冰厚度预报模型。利用覆冰个例进行检验，发现该模型能够较好地捕捉气象条件对导线覆冰过程的影响，能够客观地反映覆冰厚度时空分布特征，为覆冰监测预警提供精细化数据支撑。     

当冻雨再次来袭时

2009年11月16日至20日,罕见冻雨袭击贵州,多条输电线路出现覆冰现象,威宁县城电线结冰直径达10毫米,当地电网公司及时消除覆冰,贵州电网安然经历了这个冬季的首次冻雨考验。     

中国华北地区冬季降水异常特征及其与大气环流和海温的关系

利用1951—2012年中国冬季160站降水资料、NCEP/NCAR再分析资料及NOAA海温资料,分析了中国华北地区冬季降水的异常变化特征及其与大气环流和海温的关系。结果表明:华北地区冬季降水主要呈现为全区一致变化的特征,且年际变率较大,具有2~4 a的年际变化周期。降水异常偏多(少)年,西伯利亚高压偏弱(强),阿留申低压偏弱(强),850 h Pa上华北地区盛行的西北风较弱(强),控制该地区的东亚冬季风偏弱(强),该地区有偏南(北)风距平,500 h Pa上东亚槽脊系统偏弱(强)。影响华北地区冬季降水的异常水汽主要来源于南海及其以东的西太平洋。前期夏季日本以东的西风漂流区、同期冬季近海的黄渤海区域的海温均与中国华北地区冬季降水存在显著的正相关关系。     

河北省雾凇和雨凇气候特征及气象条件分析

利用1980—2009年河北省142个气象站的雾凇、雨凇资料、河北省南部94个气象站的地面观测资料和邢台探空资料,分析了河北省雾凇、雨凇的时空分布特征;利用箱线图分析了河北省南部适宜雾凇、雨凇出现的温度、湿度和风速等气象条件。结果表明：（1）在空间分布上,雾凇、雨凇主要出现在河北省南部,东部平原多,西部山区少;在时间分布上,雾凇、雨凇均出现在11月至次年3月。（2）适宜雾凇出现的气象条件是雾日并且气温在-7.2～-3.1℃之间、相对湿度≥92%、风速≤1.2 m·s~（-1）;雾凇出现时,95%的情况出现了逆温层。（3）适宜雨凇出现的气象条件是雨日并且气温在-4.1～0℃之间、相对湿度≥87%;雨凇出现时均有逆温层出现。（4）雾凇、雨凇高值区的相对湿度明显高于低值区,因此相对湿度大是雾凇、雨凇高值区形成的主要原因。     

东印度洋海温对中国南方冬季降水的影响

利用NCEP再分析的大气环流资料、海表温度资料和全国160 站降水资料,研究了冬季东印度洋海温对我国江南-华南地区同期降水的影响。结果指出,冬季东印度洋海温(Sea Surface Temperature in the Eastern Indian Ocean,EIOSST)和同期的江南-华南降水呈显著的正相关关系。当EIOSST偏高时,江南-华南的冬季降水偏多。而当EIOSST偏低时,江南-华南的冬季降水偏少。这种影响的可能机制是:冬季东印度洋海温异常通过影响南支槽上的扰动活动和水汽输送来影响同期的江南-华南降水。当东印度洋海温偏高时,局地对流加强,引起南支槽地区的上升运动加强,南支槽活跃。活跃的南支扰动向下游传播,南支槽前的西南气流将水汽从孟加拉湾向华南和江南输送,引起华南和江南的降水偏多。进一步的分析显示,东印度洋海温对南支槽和江南-华南的降水的影响独立于ENSO的影响。二者对南支槽和江南-华南地区冬季降水的影响过程一致,只是东印度洋海温的影响较弱。当东印度洋海温和ENSO的作用相叠加时,江南-华南可能会出现较异常的冬季降水。       

新、旧气候态的差异及对东北地区气候业务的影响

选取参与东北地区短期气候预测业务质量评估的53个气象站的月平均气温、降水资料,NCEP/NCAR再分析的月平均500 hPa位势高度场资料,以及由NOAA重构的海温场资料,对比了新、旧气候平均态下,冬、夏季东北地区气温、降水及全球500 hPa位势高度场及海温场差异, 并分析了气候平均值改变对气候变化、影响评价和预测业务的影响。结果表明：就东北大部分地区而言,新气候态（1981-2010年）表征的气候较旧气候态（1971-2000年）更暖湿;新气候态的全球500 hPa位势高度值和海温值较旧气候态均有所增大;新气候态下东亚大槽强度和西伯利亚高压强度变弱是造成东北冬季气温升高的主要原因;西太副高和鄂霍次克海阻塞高压强度增强,是造成东北地区大部分月份降水量增加的主要原因;而东北冷涡强度减弱是造成东北地区6月降水量减少的主要原因;9月和10月降水量减少可能与海温的变化有关。气候平均值的改变会对气候业务产生影响,如需对冷冬事件和ENSO事件重新评估,对极端事件重新分析,及对要素预报量级和趋势产生影响。     

广西寒露风开始期短期气候预测方法研究

利用1951-2013年广西90个气象观测站气温资料、国家气候中心74项指数和美国National Oceanic and Atmospheric Administration（NOAA）的Climate Prediction Center（CPC）60项指数以及海温和陆地雪盖资料、美国国家冰雪研究中心（NSIDC）的两极海冰资料,使用相关分析方法得到广西寒露风开始期气候影响因子,利用逐步回归和神经网络方法进行寒露风开始期的预测。结果表明：寒露风开始期与前一年9-10月北极海冰面积、当年3月南极海冰面积、前一年6月欧亚雪盖、当年5月北美雪盖、北半球雪盖的相关显著。与前一年9月北半球极涡面积指数、前一年10月亚洲区极涡面积指数、前一年3月热带印度洋海温偶极子等指数相关显著。粒子群-神经网络方法预测误差低于逐步回归方法,预报能力有明显提高。     

1981—2018年中国东北地区秋冬季霾日变化及其与北极海冰的关系

利用中国东北地区1981—2018年166个地面气象观测站资料, 定义了中国东北地区秋冬季霾日指数, 分析了年际尺度上该地区霾日数与同期大气环流异常的内在关系。结果表明: 中国东北地区秋冬季霾日指数存在显著的年际变化特征, 欧亚—太平洋遥相关型(Eurasia-Pacific Teleconnection Pattern, EUP)负位相、东亚大槽偏弱等大气环流异常配置导致中国东北地区秋冬季霾的发生频次增加。巴伦支海与喀拉海北部海域是影响中国东北地区秋冬季霾日年际变化的海冰关键区, 该区域海冰面积与霾日数呈显著负相关, 北极海冰通过改变大气环流间接影响中国东北地区秋冬季霾日发生频次, 当北极海冰异常偏少时, 东亚冬季风偏弱, 近地面风速偏低, 环境湿度偏高, 中国东北地区受东北亚异常反气旋西侧的异常偏南风控制, 且受“EUP”负位相模态影响, 东亚大槽减弱, 有利于大气污染物和水汽向中国东北地区输送, 该地区秋冬季霾的发生频次增加。     

近57a南疆帕米尔地区春季降水季节内差异及环流异常分析

基于1961—2017年帕米尔地区3站的日降水资料及NECP/NCAR再分析资料,利用气候诊断分析及多元统计学方法,研究了近57 a来帕米尔地区春季降水特征及季节内差异,并讨论了降水偏多年大气环流异常特征。研究表明:(1)近57 a来,帕米尔地区季节尺度上和月尺度上降水增加明显,旬尺度上有不显著的增加趋势。21世纪初帕米尔地区进入新的多雨期,降水正距平年份强度和频率均有显著增加。(2)500 hPa高度场上3月东欧沿岸脊发展、东欧—西西伯利亚槽加深,4—5月欧洲沿岸槽加深、乌拉尔山脊发展、巴尔喀什湖槽加深是帕米尔地区降水异常偏多的关键系统及指标。(3)降水异常年的高空急流较常年强度更强、位置更偏东,在旬尺度上是一个逐渐减弱西退的过程;其低层风场距平分为西南风距平辐合型、西南风和东北风距平辐合型和气旋式环流距平辐合型,均有利于低层辐合。(4)降水异常偏多年水汽输送以偏西路径为主,同时还有偏东、西南和偏南路径,水汽辐合强度较常年更强,更有利于降水的产生。     

广西冬季极端气温与大气环流及海温场的遥相关

通过对广西1958~2006年88个代表站冬季(12月至次年2月)平均气温的EOF和REOF分析,探讨广西冬季气温异常冷暖年的时空分布结构特征。研究分析冬季气温前期和同期500hPa高度距平场和海温场的特征:异常偏冷年份的前期极涡较强,副高偏弱,亚洲西风带经向度较大,南亚高压较强;到冬季,亚洲中高纬经向环流继续加大,东亚大槽加深南移,南亚仍维持一浅脊。异常暖年的形势恰恰相反。拉尼娜年结束年易出现冬季气温异常偏冷年份,而厄尔尼诺年结束年易出现冬季气温异常偏暖年份。同时,黑潮区气温的变化对广西冬季气温异常有较好的指示作用。     

湖南雨凇与大气环流和海温因子的相关分析

雨凇是冬季影响湖南的一种主要气象灾害。对湖南雨凇与大气环流特征量、海温异常的相关性进行了分析。结果表明：亚洲区极涡面积和东亚槽位置对中国湖南雨凇天气影响极为重要。当欧亚纬向环流为低指数时,有利于中国湖南雨凇的形成;当东大西洋欧洲区阻塞高压面积指数为低指数和乌拉尔山区阻塞高压面积指数为高指数时,湖南多雨凇天气发生。冬季西太平洋副热带高压面积偏大、强度偏强、西脊点偏西不利于中国湖南雨凇发展。拉尼娜事件结束年同时为厄尔尼诺开始年的年份湖南雨凇最为严重,厄尔尼诺事件起始年湖南雨凇强度最轻。     

山西省夏季年际气候异常研究1.山西省一致多雨或少雨型

利用美国国家环境预报中心(NCEP)再分析资料以及山西64个测站的月降水量等资料,采用EOF分解和合成分析方法研究了1960-2003年山西夏季降水的年际变化异常以及时空特征.利用EOF方法分析山西夏季降水,第一类雨型是山西省夏季一致多雨型,并给出此类异常雨型的时空分布和相应的典型年份.山西省夏季降水趋势分析表明,自1960年以来山西省夏季降水趋于减少.从500hPa位势高度场、纬向风、850hPa风场、700hPa水汽场、海温场等物理量场分析表明,山西夏季一致多雨年对应偏强的东亚夏季风,一般出现在La Nina事件(冷水事件)发生的当年和El Nino事件(暖水事件)发生的来年,中高纬度地区易出现纬向排列的 - -环流异常纬向分布型,大陆地区为一个异常槽和两个异常脊,乌拉尔山以东地区和鄂霍次克海是异常高压脊,而贝加尔湖地区是一个异常低压槽.山西省夏季一致少雨年对应偏弱的东亚夏季风,一般出现在El Nino事件(暖水事件)发生的当年和La Nina事件(冷水事件)发生的来年,与一致多雨年相反,中高纬度地区通常呈现纬向排列的- - 环流异常纬向分布型,大陆地区出现两个异常槽和一个异常脊.山西省夏季第一类雨型的发生与中高纬度地区纬向排列的环流异常分布和赤道太平洋海温异常有关系.