议地面气象观测中的电线积冰

2022-09-30

2008年1月至2月, 南方出现了50年一遇的罕见雪灾。这场雪灾持续时间之长, 影响范围之大, 为建国以来罕见, 人民群众的生命财产和生产生活受到极大影响, 也使电线积冰这个为许多观测员不熟悉的观测项目走进了我们的视野。在地面观测中陆地电线积冰有雨凇和雾凇两种冻结状态, 其中雨凇最具破坏性, 它可以对树、灌木、电话线路、供电线路等造成多方面破坏, 还会使道路和机场跑道处于一种危险状态[1]。北方冬季是电线积冰多发季节。2009年1月, 河南省新增99个台站观测电线积冰观测。本文根据《地面气象观测规范》的要求, 结合河南省气象局下发的文件, 采取坚持原则与灵活运用相结合, 针对工作中出现的不同情况提出了不同的处理方法。

1 概念及说明

1.1 电线积冰概念

电线积冰是雨凇、雾凇凝附在导线上或湿雪冻结在导线上的天气现象。气象观测站所记录的电线积冰资料是通过对离地面1.6m～2.2m, 东西、南北两个方向各一根直径为4mm的铁丝上冻结着的冰进行测度和称重所得到的, 因而分南北、东西向, 且各有直径、厚度、重量三个要素。直径是指与铁丝垂直截面上冰 (含铁丝) 的长径, 厚度指短径, 二者单位均为mm。

1.2 电线积冰观测有关说明

积冰直径:垂直于导线的切面上冰层积结的最大数值线, 导线直径包括在内, 以毫米为单位。

积冰厚度:导线上垂直于积冰直径方向上冰层积结的最大数值线, 以m m为单位。

积冰重量:1m长导线上冰层的重量, 以g/m为单位。

1.3 历年孟津积冰状况

孟津地处豫西丘陵地区, 属暖温带气候, 北依黄河, 南邻伊洛平原, 海拔333m, 雨凇、雾凇出现次数最多的是每年1月, 也是一年中最冷的季节, 秋末和初春季节也偶有出现。见表1。

2 气薄-1中记事栏记录的雨淞、雾淞与天气现象栏中的雨淞、雾淞分属两种不同的观测项目, 它们既有联系, 又有区别

2.1 记录对象不同

天气现象栏记录的雨淞、雾淞是指观测场内或四周近地面物体上的积冰, 也包括记事栏的积冰;记事栏是专门用来记录积冰架导线上积结的雨淞、雾淞、湿雪, 是为积冰的定量观测而设。

2.2 观测高度不同

积冰架两组导线分别高1.6m和2.2m, 而大气中的水汽含量是自地面起随高度的增加而迅速减少, 北方常见的辐射雾也是自下而上由浓变淡, 近地面其他气象要素随高度不同变化剧烈, 因此, 电线积冰观测对因积冰造成的电话线路、供电线路的破坏有较好的指示意义, 但对道路结冰和机场跑道状态的指示性较差。

2.3 观测方向不同

两个积冰架分别呈南北——东西向放置, 导线位于积冰架的水平方向。我国是典型的大陆性季风气候, 夏季多吹偏南风, 冬季多吹偏北风[3], 除静风外, 孟津常年以NE出现频率最多, NW为次多风向 (见表1) , 而自然界中的雨凇、雾淞则是多向的、立体的, 承载物体也是多元的, 因此在有风时会使积冰架上的积冰不均匀, 或与其他物体上的积冰状况不一致。见表2。

电线积冰观测虽然初步实现了对积冰的定量观测, 其观测结果仍有一定的局限性。天气现象栏中记录的雨淞、雾淞则有更广泛的代表性。

3 电线积冰的观测记录

3.1 地面要素与电线积冰的关系

雨凇产生的条件之一是气温在0℃左右[3], 有雨凇时湿度维持在80%以上, 露天温度常降至0℃以下, 风速3m/s～5 m/s左右。赵培娟[4]等对比分析了雨凇产生前后的地面资料, 指出电线积冰直径与近地层气温、风向、湿度、降水量的大小均有密切关系。较低温度、东北风向有利于雨凇加强并维持;相对湿度较小时, 雨滴蒸发吸收热量, 有利于雨滴冻结;雨强大时雨滴凝结释放潜热, 不利于雨滴凝结。这些研究结论对我们观测雨凇有很好的借鉴和帮助作用。

雾凇根据成因分为粒状和晶状, 孟津常见的是粒状雾凇。粒状雾凇由过冷却雾滴在物体的迎风面上冻结, 因此有雾凇时湿度较大, 在90%以上, 温度较雨凇产生时的温度要低, 一般在-1.5℃以下, 风速增至3级以上。观测经验表明, 3～4级的风速有利于源源不断地输送水汽, -2℃以下的温度则利于雾滴冻结, 能够使雾凇增大。谷秀杰、王友贺[5]等人分析, 大雾出现在0～3m/s的情况占90.4%, >3m/s时大雾的出现频率仅为9.6%, 65.4%的大雾出现在0℃～6℃的范围中, 温度很低时 (低于-4.5℃) 水汽直接凝华成冰晶, 不利于雾的形成。这也是雾比较常见但雾凇并不多见, 或者即使出现但持续时间不长, 也不易增大的原因。

3.2 积冰的观测

电线积冰、雨凇、雾凇的观测记录要与天气现象密切配合。在适宜的温度、湿度、风等条件下, 有毛毛雨、雨、雨夹雪时可形成雨凇;毛毛雨、雾并存时形成的雨凇、雾凇或混合积冰要视冻结的具体情况而定, 单有雾的天气则只能记录雾凇;当湿度很大、温度较低 (气温、地面温度均低于零度) 时形成的连结状冰晶沉积, 因没有相应的天气现象与之配合, 则不能记为雨凇或雾凇, 应记作霜更为合适。

3.3 积冰过程的概念

根据规范要求, 对积冰的测量是按照一次过程进行的。何谓一次过程?只要一个方向上开始形成积冰, 即使另一个方向没有, 本着不漏记的原则, 就要记录下开始时间;同样, 只有两个方向导线上的积冰完全消失才能记录下终止时间, 单方向积冰消失而又生成只能算作一次积冰过程。

3.4 积冰的记录

当有雨淞、雾淞同时形成时, 在天气现象栏, 应按照各自的标准分别记录起止时间, 而在气薄-1的记事栏中, 现象符号并记, 且仍要分方向照实记载。

在气象站, 对积冰的观测通常是定性的多, 定量的少[1], 观测结果常受观测员的判断能力、责任心等的影响而有所不同, 因此观测员必须加强学习, 对积冰的形成条件、易于附着的部位等要了然于胸, 在长期观测中注意总结本地积冰在发展、保持、消融各阶段的气象要素特点, 积累经验, 准确把握积冰测量的最佳时机。

4 电线积冰的编报

在各类天气报中, 总是对危害较为严重的天气现象进行编报。各种积冰现象中, 雨淞是最具破坏力的一种形态, 被列为重要天气发报项目, 分析以下几种情况, 供同行商榷。

(1) 混合积冰要编报其累积量。

(2) 8时天气报 (或天气加密报, 下同) 中, 积冰架上留存有积冰, 要固定编报雨淞组, 若积冰架上冰层已完全融化, 观测场四周其他物体上仍有雨淞未消失, 此时应作为缺测对待, 按照GD—01规定, 目测积冰直径编报并备注。

(3) 2时、14时、20时天气报, 要拍发过去六小时的最大直径。根据GD--01中的规定, 结合河南省气象局气测函[2008]24号文件精神, 该组是否编发, 要看雨淞是否处于增长过程, 或者说过去六小时内有无新的雨淞结成。以14时为例, 11时前有降水, 且雨淞处于增长过程, 在11时测得最大直径, 11～14时雨淞处于消融过程, 到14时虽无雨淞存在, 此时仍要编报11时测得的最大雨淞直径。

(4) 积冰的形成过程是复杂的, 一次积冰过程, 一般可以包括发展、保持、崩塌或消融几个阶段, 这几个阶段可能顺次出现, 也可以交错出现[6]。在两次天气报之间的六小时中, 出现间歇性降水, 并有其他要素配合, 积冰时而增长, 时而消融 (没有完全消失) , 此时均须在每次积冰开始消融前测量一次最大值记入值班日记, 天气报时, 从各次的测量结果中挑取最大值 (即使这个最大值不如上次天气报中的大) 予以编报。过程结束后, 从各次测量值中挑取过程最大值。