昭通高压输电线一次覆冰事件的气象条件分析

收稿日期：2024-01-08

基金项目：电力精细化气象服务技术与产品研发（2022QN05）。

作者简介：马勋豪（1995—），男，云南昭通人，助理工程师，主要从事短临天气预报预警工作。

摘 要：利用ERA5再分析资料、输电线路覆冰厚度资料和常规气象要素观测资料，分析了2023年1月14—18日昭通高压输电线覆冰期间的温度、风速、湿度变化特征和大尺度环流形势。乌拉尔山附近阻塞高压建立，引导冷空气南下，造成昭通北部、东部降温增湿，高压输电线路覆冰明显。电线覆冰期间，气温在-10.3～-1.2 ℃之间，相比于其他气象要素，80%以上的相对湿度高值对覆冰厚度起到了重要作用。

关键词：电线覆冰，阻塞高压，气象因子

中图分类号：P458 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）03–0-04

云南昭通地处低纬度高原地区，位于四川、云南、贵州三省交界处，属于四川盆地与云贵高原的过渡地带，海拔范围267～4 040 m，地形起伏大，山地气候明显，地形地貌特征复杂多样。

在云南寒潮的路径中，东北路径和偏东路径超过90%，影响次数最多，而东北路径的冷空气先经昭通南下造成云南大范围降温、降雨，昭通地区的冷空气活动也相对频繁，加之冬季湿度大、气温低，容易形成电网覆冰，覆冰灾害问题较为突出[1-4]。

随着我国西电东送战略的实施和高压电网的建设，国内学者针对输电线路覆冰开展了大量研究。陶云等[5]分析了2008年1—2月滇东北多个国家气象观测站雨凇覆冰与大气环流指数、气象要素、昆明准静止锋之间的关系，发现覆冰厚度与降水关系不明显。张怀孔[6]对滇东、滇东北建立覆冰模型发现，经过海拔高程和大气环流、“微地形、微气象”条件的订正，才能得到相对客观、合理的结果。很多研究人员[7-9]针对2018年1—2月的低温冰冻雨雪天气过程开展研究，阻塞高压稳定的环流形势有利于冷空气向南输送，配合槽前暖湿气流，低层逆温层大范围的稳定存在，为冰冻雨雪天气发生提供了有利条件；胡钰玲等[10]对比了2008和2016年我国南方2次低温雨雪冰冻天气，发现大尺度环流特征、大气层结、垂直运动、水汽路径方面差异明显。夏智宏等[11]研究了地形起伏度、海拔、离水体远近程度与覆冰厚度的关系，下垫面类型是影响积冰厚度最显著的微地形因子。

通过研究覆冰过程的微物理特征量，能够建立较好的覆冰增长模型，但在实际应用中难以获得云雾滴的浓度、半径等实时观测数据，无法满足复杂山区输电线路覆冰预报预警[12-13]。

1 数据来源与研究方法

选取2023年1月14—18日强寒潮天气期间，3根高压输电塔杆A、B、C（由于信息保密，以英文字母代替具体塔杆名称），分别位于昭通永善、大关、威信。通过资源环境科学与数据中心获取的高程DEM数据，结合经纬度获取对应塔杆的海拔，A、B、C电塔杆海拔分别为2 678、1 764、1 562 m。

由于高压输电线路覆冰观测系统仅提供了覆冰厚度（由于输电电路等级不同，导线直径也不同，因此覆冰厚度均转换为标准冰厚）数据，温度、湿度等局地气象要素则利用离塔杆最近的气象自动站观测数据进行订正和代替。

环流形势场分析为欧洲中期天气预报中心提供的ERA5再分析资料（范围为40°～160°E，10°～70°N），网格分辨率为0.25°×0.25°。

采用统计学方法分析覆冰期间气象要素的变化和分布特征，利用天气学方法研究大尺度环流形势和地面冷空气移动变化对覆冰的影响。

2 结果与分析

2.1 局地气象要素特征

由于气象自动站在覆冰期间降水量出现大量缺测，因此不再讨论降水的影响。图1为2023年1月14

—19日覆冰期间电线覆冰厚度、气温、相对湿度、风速的时间变化序列图，在图1a中，覆冰厚度的直线下降是由于电力部门为保障电网的安全运行采取直流融冰措施，导致覆冰快速脱落，覆冰厚度迅速减小；图1b是气象自动站经过海拔订正后得到的对应杆塔的温度；图1c为覆冰期间相对湿度由自动站观测数据进行替代。在图1d中，A、B塔杆对应的风速出现快速减小为零的情况，分析由于风速风向杆被冻住，导致自动站无法正常观测，因此后续为避免风速观测可能不准确导致的偏差，将不进行风速的对比分析。14—16日是覆冰快速增长阶段，均伴随着温度的急剧下降。结合图1a、图1b发现，塔杆B在覆冰缓慢增长的初期（14日04：00～15：00），覆冰开始时的气温为2.5 ℃，

可能由于降雪附着在电线上产生拉力。

第一次融冰前，A、B、C覆冰最大厚度分别为12.01、

14.14、9.19 mm，平均速率分别为0.48、0.42和0.15 mm/h，

B、C塔杆温度变化十分相似，不同时段对应的温度也十分接近，但B塔杆的覆冰厚度和速率明显高于C塔杆，B塔杆在整个覆冰期间相对湿度较长时间维持在100%，C塔杆则在80%～95%之间波动，且在覆冰增长速率最快的阶段，相对湿度高于85%以上。覆冰开始阶段，小时平均风速变化都比较剧烈，且以阵风为主，B塔杆风速低于C塔杆，说明覆冰厚度和平均覆冰速率同风速的大小关系不及温度和相对湿度的关系密切。15日夜间，电力部门先后对A、B塔杆采取了第一次直流融冰，16日上午气温小幅回升（气温仍低于

-3 ℃），C塔杆对应的相对湿度短暂快速下降，出现了自然融冰现象，可能由于局部天空状况改善，太阳直射导致；但午后冷空气加强，随着温度的进一步下降，相对湿度快速增大，3基塔杆出现了不同程度的再次覆冰。其中，A塔杆覆冰最为显著，降温幅度也最大，持续时间也最长，温度也最低，相对湿度大于90%，并进行了第二次融冰；C塔杆于16日午后再次覆冰且增长速率明显高于B塔杆，尽管相对湿度整体上较低，但其波动也更为剧烈，从78%跃升至90%，可能局地出现雾凇或雨凇导致电线覆冰的快速增加。

表2给出了覆冰时段气象要素的分布情况，覆冰平

均厚度为6.72～ 9.92 mm，最大覆冰厚度为9.19～14.14 mm，

相对湿度基本在80%以上，覆冰开始阶段A、B、C对应气温均低于-1 ℃；综合A、B塔杆覆冰对应的气温和相对湿度来看，B塔杆覆冰更大，气温却相对偏高，而相对湿度维持100%。（B、C）和（A、C）对比也同上，相对湿度在此次低温雨雪天气过程中对电线覆冰增长的贡献最大。

2.2 环流形势

图2显示的是2023年1月13—14日至18日08：00逐日（北京时，下同）500 hPa环流场，填色为高度场。13日乌拉尔山附近高压脊向北延伸的过程，东北冷涡维持强盛，低值中心位于中俄边界，整体上表现为“一脊一槽”的环流形势特征。脊前的西伯利亚浅槽向东发展，我国东北地区大部被冷涡控制，贝加尔湖附近低槽向西延伸至新疆连通为横槽，开始携带大量冷空气南下，而西太副高与印度洋副热带高压连通，副高偏强偏北；14日横槽东移南下我国长江一带地区，引导冷空气向南输送，东北冷涡中心向东移动，高压脊进一步发展为阻塞高压，脊前偏北气流快速发展，并与横槽共同引导冷空气开始沿青藏高原东侧经四川盆地到达昭通，造成显著降温；15日横槽东移，影响范围减小，阻塞高压东侧蒙古地区再次发展出一浅槽并快速东移南下，16日加深南压至秦岭淮河一带，阻塞高压向东发展，影响区域扩大，东侧的偏北风进一步增强，冷空气大范围南下，东北冷涡向南缓慢移动；17日阻塞高压发展至强盛阶段，高压脊向北延伸，影响区域逐渐东扩，而冷涡减弱，范围减小，浅槽转为横槽向西加深至四川北部，冷空气沿青藏高原边缘经四川盆地快速南下，持续影响昭通；18日阻塞高压向东发展与东北冷涡形成密集等压线，但位置相对偏东，横槽减弱消失，副热带高压持续偏强，冷空气对昭通地区的影响开始被削弱。东北冷涡旋和阻塞高压的建立与维持是造成昭通强寒潮天气的主要原因，阻塞高压与冷涡之间不断生产的低槽的东移南压不断引导冷空气顺地形输送，使得昭通地区的低温持续了较长的一段时间，但强盛的副热带高压不利于水汽向我国西南地区的输送，尽管如此，暖湿气流与强冷空交汇形成的降水依然对昭通地区电线覆冰提供了有利的条件。

绿色五角星为覆冰区域

图2  500  hPa高空大尺度环流形势场

结合700 hPa环流形势分析（图略），14日08：00川西高原至秦岭南侧存在东北—西南向的切边线，四川盆地出现明显降温，昭通受西南暖湿气流影响，水汽条件较好，随着切边线向南移动，冷暖空气交汇，昭通部分区域开始出现降水（图略），15—17日切边线开始缓慢南压至四川宜宾，昭通全市降温进一步增强维持，低层冷空气在四川盆地大量堆积，18日切边线减弱消失，气温开始缓慢回升。

图3为850 hPa风场和温度场，1月13日昭通主要为西南暖湿气流，冷空气位于四川北部至甘肃一带，弱冷空气在昭通北部边缘与暖湿气流交汇，形成弱的准静止锋天气；在高空横槽的引导下，14日冷空气开始增强，不断在四川盆地堆积。受地形影响，冷空气爬升，准静止锋加强，在昭通南部形成了温度梯度十分明显的交汇区，昭通北部、东部开始大范围降温；15日冷空气继续加强，准静止锋向西南方向移动，昭通处于锋区北侧受冷空气控制，由于干冷空气和暖湿气流交汇导致剧烈降温，过冷液滴冻结、过冷雾滴凝华，导致高海拔区域输电线路出现以混合凇和雨凇为主的覆冰现象；16—17日，高空低槽向西加深，偏北引导气流使昭通持续受到冷空气影响，气温进一步降低，形成冷垫；18日随着阻塞高压向东发展，低槽向东减弱消失，昭通地区的冷空气开始变性缓慢升温，覆冰现象明显减弱。

填色为温度场，黑色实线为昭通行政边界，绿色圆点为覆冰塔杆

3 结论

（1）在大尺度环流形势上，500 hPa乌拉尔山附近的高压脊进一步发展成为阻塞高压，并与东北冷涡之间建立了稳定的环流形势，南压加深的低槽和阻塞高压东南侧不断引导冷空气经过新疆、秦岭、四川盆地南下，造成昭通地区强寒潮天气；昭通独特的地形地貌特征使得850 hPa近地面冷空气堆积，昭通北部、东部区域海拔相对较低，有利于冷空气进一步维持形成冷垫，强化了输电线路的覆冰条件。

（2）昭通输电线路覆冰阶段伴随着强烈的降温，冷暖空气交汇于此，形成的过冷雾或过冷雨滴附着在输电线上快速结冰，通过对局地气象要素的分析发现，造成此次电线覆冰的气温为-1.2～-10.3 ℃，长时间维持80%以上的相对湿度对覆冰厚度起到了重要的作用。

此处仅分析了覆冰过程单次个例，从气象预报业务出发，着眼点集中在覆冰期间常规气象要素变化和天气学特征分析，对预报员在高压输电线路认识和预报方法建立方面具有一定的指导意义。

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