湖南2008/2011年两次低温雨雪冰冻灾害成因与影响对比分析*

姚蓉，许霖，张海，姚倩，李巧媛

(湖南省气象局，湖南长沙410118)

湖南2008/2011年两次低温雨雪冰冻灾害成因与影响对比分析*

姚蓉，许霖，张海，姚倩，李巧媛

(湖南省气象局，湖南长沙410118)

针对2008年1月13日－2月2日和2011年1月1－23日两次低温雨雪冰冻过程，从天气学成因、对交通、电力影响情况和特点等方面进行综合对比分析，揭示了两次过程的强度和造成灾情差异的原因，并提出了如何进一步防御和减轻极端天气气候事件灾害的能力，为暴雪冰冻灾害防御提供经验和依据。

低温雨雪冰冻;天气学成因;灾害影响;对比分析;湖南省

0 引言

冰冻和暴雪是南方冬季常见的灾害性天气，尤其近几年持续性低温雨雪冰冻等极端天气频发，给交通、电力、农业和人民群众生活带来了极大的影响。2008年初(1月13日－2月2日)南方经历了历史罕见的低温雨雪冰冻过程，一些文献对此过程做了大量的研究。王凌等［1］对2008年雨雪冰冻过程进行了分析并与历史同期进行了比较，指出此次冰冻灾害对电力、交通运输、农业及人民群众生活造成严重影响和损失，尤其对我国南方电力运行造成灾难性影响;杨晓兰等［2］总结了在灾害期间江西采取的应急措施和方法，提出了今后处置突发性灾害事件的建议和对策;白媛等［3］对比分析了2008年南方低温雨雪冰冻灾害和2009年北方暴雪灾害，指出南北方雪灾均呈链发式，前者以“雨雪－冰冻－低温”串发灾害为主，后者由“降雪－大风－低温”并发灾害为主。高安宁等［4］、张润琼等［5］、李才媛等［6］、周慧等［7］分别对2008年初发生在广西、贵州、湖北、湖南的低温雨雪冰冻灾害进行了成因分析和影响评估，并且分析了冰灾对相关省份相关行业的影响。

2011年初(1月1－23日)湖南又出现了一次大范围的低温雨雪冰冻天气，与2008年初相比，两次过程虽然都具有持续时间长、影响范围广等特点，但由于认真总结了2008年的经验教训，制定了切实可行的应急措施，因此此次冰冻灾害所造成的影响明显小于2008年。

本文从天气学的角度分析了两次过程的异同，探讨了两次过程的气象成因，同时结合分析雨雪冰冻对湖南影响及强弱特点，探讨了减轻雨雪冰冻灾害对电力、交通等部门影响的应对能力和防御措施，以期为暴雪冰冻灾害防御提供有益经验和决策依据。

1 低温雨雪冰冻发生概况

2008年1月13日－2月2日湖南省自北向南出现了有完整气象记录以来最严重的低温雨雪冰冻天气，期间出现了4次雨雪冰冻天气过程，4次过程均出现了暴雪。全省平均气温－0.6℃，冰冻日数12 d，湘中大部以及湘西南局部大于15 d，93县市达到严寒期标准。本次过程气温、冰冻、严寒期等多项低温冰冻评估指标均创建国以来极值。

2011年1月17－23日全省出现了大范围持续的雨雪天气，期间出现了4次雨雪冰冻天气过程。全省平均气温1.3℃，87县市出现1～15 d积雪，其中33县市积雪天数超过10 d。从图1的对比分析可知，2008年初冰冻最长日数、冰冻站数、最大降雪量及平均气温都比2011年初强，但最大积雪深度较之2011年初小，2011年初雨雪冰冻天气过程具有持续时间长，以降雪(雨)为主，冰冻强度不强等特点。

图1 两次雨雪过程降温降雨(雪)情况对比

2 低温雨雪冰冻灾害天气成因对比分析

2.1 雨雪成因分析

分析2008年初低温雨雪冰冻期间500 hPa平均高度场、700 hPa平场风场、700 hPa全风速平均场(图2a)，可以看出，中高纬维持一脊一槽型，长波脊位于乌拉尔山附近。1月中下旬乌拉尔山阻塞高压经历了建立－崩溃－重建－崩溃过程，其前部鄂霍茨克海为低涡中心，阻高的每一次减弱崩溃，引导了地面冷空气大举向南爆发。同时低纬南支槽稳定少动，不断有小槽分裂东移，槽前来自印度洋和孟加拉湾的暖湿气流向西南地区及长江流域和华南输送。副高较常年位置偏北，副高西侧偏南气流经南海向北输送了暖湿空气，700 hPa维持旺盛的西南气流，为冰冻的形成和增长提供了有利的动力和水汽条件。在1月上旬末中旬初地面强冷空气影响后，不断有冷空气补充南下，冷暖气流长时间交汇，造成了我国南方持续低温雨雪冰冻天气。

2011年1月1～23日3次低温雨雪冰冻过程期间(图2b)，中高纬为二槽一脊型，乌拉尔山阻高明显，其前部鄂霍茨克海为低涡中心，南支槽以移动性低槽为主，西太平洋副热带高压强度较常年偏弱，西南气流呈阶段性加强趋势，较强冷空气分股南下。由于高原槽及地面冷空气活动频繁，冷暖气流在南方交汇，是湖南气温偏低、雨雪冰冻日数较多的原因。

图2500 hPa高度平均场、700 hPa平场风场、700 hPa全风速平均场(填色场)

2.2 低温雨雪冰冻强度差异的天气学成因

为了解2008年1月比2011年1月低温雨雪冰冻过程时间长、冰冻强度强，影响范围大的主要原因，本文从动力、水汽条件进行对比分析。

2.2.1 动力差异分析

图325 ～35°N200 hPa平均相对涡度时间－经度剖面图(单位:10－6s－1)

图425 ～35°N500 hPa平均相对涡度时间－经度剖面图(单位:10－6s－1)

2008年初低温雨雪冰冻过程期间，在200 hPa孟加拉湾上空有稳定的正涡度平流维持并东出(图3a)，对应500 hPa南支正涡度的东移(图4a)，南支锋区上不断有扰动东传影响南方，在元月中下旬相对正涡度比上旬更大，对应了本阶段雨雪冰冻更明显。由于南支槽活跃，与补充南下的地面冷空气结合，是持续低温雨雪维持的主要动力原因。2011年初雨雪冰冻期间200 hPa及500 hPa(图3b、图4b)孟加拉湾上空对应了3次正涡度东移，南支低槽呈阶段性加强并移出，以过程性雨雪冰冻天气为主。2008年与2011年相比，2008年在60°E以东存在多次正涡度平流向东输送，表明南支槽不断分裂出低槽影响南方，而2011年低槽影响次数和时间明显偏少，最大正涡度中心强度基本相当。

2.2.2 水汽输送强弱分析

分析25°～35°N，90°～120°E水汽通量发现，2008年初雨雪冰冻期间(图5a)700 hPa附近存在一条持续的较强水汽通量带，元月中下旬－2月初水汽通量加强明显，水汽上升高度达到500 hPa以上，水汽通量最大中心值为10 g·cm－1·hPa－1·s－1，对应了本段强雨雪和冰冻天气。相比之下，2011年初雨雪冰冻期间(图5b)，水汽通量呈阶段性加强趋势，较强水汽通量最长维持3 d，比2008年初持续时间短，水汽通量中心最大值为6 g·cm－1· hPa－1·s－1，比2008年明显偏小，对应的雨雪冰冻天数少，持续时间短。由此表明持续的水汽输送及强弱，是造成两次过程雨雪过程强弱差异的重要原因之一。

图5 区域(25°～35°N，90°～120°E)水汽通量时间演变图(单位:g·cm－1·hPa－1·s－1)

2.2.3 冰冻强弱差异分析

大量研究分析表明［8－11］，当有降水发生，且中层为＞0℃融化层、近地面层存在气温≤0℃的低垫时，有利于冰冻的形成与发展，是冰冻形成的主要条件。分析2008年与2011年初冰冻发现(图略)，逆温强度、地面平均气温及日降水量与冰冻厚度密切相关，2008年比2011年降水时间长、地面平均气温偏低、逆温时间长且强度大，导致了冰冻持续时间长、冰冻厚度大。

3 雨雪冰冻灾害影响强弱与成因分析

3.1 灾情影响对比

2008年和2011年两次低温雨雪冰冻过程均对我省公路、铁路和航空交通运输、电力供应和传输、工农业生产及人民群众生活造成了严重的影响。从图6中可以看出，2008年雨雪冰冻过程受灾人数、死亡人数、农作物受灾面积和直接经济损失等都明显强于2011年，综合评估为特大型气象灾害。2011年雨雪冰冻过程虽然受灾面积广，并未发生死、伤事故和其他安全事故。

图6 两次雨雪过程造成灾情对比

3.1.1 积雪冰冻对电网影响的对比

两次冰雪天气过程给湖南电网带来严峻考验，尤其是2008年的雨雪冰冻灾害对电力和通信设施造成前所未有的破坏，全省共发生500千伏电路倒塔89基(11条)，220千伏倒塔108基(17条)，110千伏和35千伏倒塔(杆)262基(79条)。1月17日起开始进行全省有序限电，1月28日，全省大面积停电，范围达40%以上。

2011年尽管冰冻造成湖南电网多条输电线路覆冰厚度超过10 mm，但湖南电网运行基本正常，除20日怀化500 kV线铁塔折断，影响到当地村民的供电外未出现其他线路倒塔断线事故，未进行大范围的限电。

从表1可以看到，2008年冰雪灾害对电力设施的破坏远远超过2011年。需要特别说明的是2008年影响不仅仅是输电线路，还包括大量的用电设施，一度有4座500 kV、22座220 kV、158座110 kV(含35 kV)变电站停止运行。

表1 2008年与2011年电网冰灾对比

3.1.2 低温雨雪冰冻对交通影响的对比

2008年雨雪冰冻过程对交通的影响更大，期间共计16条(断)高速公路、7条国道和36条省道通行严重受阻，灾害期间全省停开客运班次98.2万个，减少客运量2 638万人次。2011年雨雪冰冻期间全省有15条国省道18处路段因雪中断，怀化、娄底、湘西客车基本停开，其他市州部分班线停开。

从2008年(图7)和2011年(图略)低温出现站数百分率的发展与高速公路封闭的段数百分率关系中可以看出，低温站数越多，导致高速公路关闭的段数越多。低温对高速公路的影响主要是使地面温度低于0℃，加之长时间的雨雪天气，反复造成道路结冰。

图7 气温≤0℃站点与高速公路封闭段数百分率的关系

从2008年(图8、图9)和2011年(图略)积雪、冰冻出现站数百分率的发展与高速公路封闭的段数百分率关系中可以看出，雨雪加大时，高速公路封闭的段数的增加趋势有滞后;而随着冰冻加大高速公路封闭的段数明显增多，尤其是2008年22、25、26日几乎全省所有高速公路全部封闭。

可以看出，高速公路封闭段数百分率(Y)与冰冻站点百分率、温度零度以下站点百分率分布存在一定的线性相关，其中，Y与温度零度以下站点百分率(x)之间的相关关系更好。其t检验的显著性水平为0.05。

图8 积雪与高速公路封闭段数百分率的关系

图9 冰冻与高速公路封闭段数百分率的关系

3.2 灾害强弱成因分析

2008年初冰冻期间交通和电力相互影响，造成巨大的损失。交通的严重不畅不仅严重影响到电网的抢修进度，同时导致了电煤生产和运输阻碍。2008年冰灾过后，引起了政府及相关部门广泛的反思。在2011年冰灾开始之初，各级政府迅速决策，一发现问题马上启动预案，与2008年相比，再一次面对冰雪考验的有关部门已经有了长足的进步。

(1)从灾前的准备来看，为了避免出现2008年冰雪时大面积封路的局面，从2011年1月1日开始降雪后，湖南省高速公路管理局就启动了应急机制，同时采取科学抗冻的方法，对城区立交桥、地下通道、主次干道实施24 h不间断地洒盐除雪，确保了桥面、道路不结冰，把灾害天气的影响降到最低。

湖南省电力公司也在2008年冰灾过后开始重新审视电网工程的设计标准和规划调整，以保证极端天气下骨干电网能稳定运行。2011年1月3日开始湖南电网启动雨雪冰冻黄色(III级)预警，全力以赴开展防冻融冰工作。

(2)从灾害发生后的应急措施来看，应急体制机制和技术更加完善。由于在2008年冰灾中多次封闭高速公路带来一系列的不利影响，因此在2011年，即使在冰冻比较严重的路段，也不再是简单地封闭高速公路，而是紧急安排工程机械设备和人员上路支援铲雪除冰，采用交通车引导车流慢速通行，既避免了人群滞留，也确保了物资的运输。

2011年1月17日、18日湖南电网再次发布黄色预警，加强冰情监测汇报，每天有560多名员工驻守在全省280个冰情监测哨，随时监测电网受冰冻影响的情况，开展设备特殊巡视，及时消除隐患。此外，做好应急抢修准备，24 h随时可以出动赶到现场进行电网抢修和线路除冰工作。2011年冰灾期间除个别地区由于缺煤停机而出现局部用电紧张情况外，湖南全省用电基本正常。

4 结论和讨论

本文首先从天气学角度分析了两次低温雨雪天气过程的成因，并做了对比分析，揭示了两次过程强度差异的原因。同时，对比分析了灾情的强弱和原因，主要结论如下。

(1)2008年初和2011年初持续低温雨雪维持的主要动力原因都是由于南支槽活跃，地面冷空气活动频繁，冷暖气流在南方交汇所造成的。但相比于2011年，2008年南支槽不断分裂出低槽影响南方，而2011年低槽影响次数和时间明显偏少，这是造成两次过程雨雪过程强弱差异的重要原因之一。

(2)水汽输送维持时间及强弱也是造成两次过程强弱差异的一个主要原因。2008年初雨雪冰冻期间存在一条持续的较强水汽通量带，同时在过程期间不断加强;而2011年初雨雪冰冻期间，较强水汽通量最长维持3 d，比2008年初持续时间短，水汽通量中心最大值也比2008年明显偏小。

(3)2008年比2011年冰冻持续时间长、冰冻厚度大，原因在于2008年降水时间长、地面平均气温偏低、逆温时间长且强度大。

(4)两次雨雪冰冻过程都具有强致灾性，但经过2008年的冰冻灾害，政府和相关部门吸取了经验教训，充分调动社会联动性，应对突发性自然灾害方面采取了积极措施，因此2011年初冰冻雨雪造成的损失远小于2008年初。

反思两次雨雪冰冻过程所造成的灾情严重程度之间的巨大差距，说明在出现低温雨雪冰冻的情况下，只要加大预防力度，做好物质和技术上的准备，就能有效减轻灾害。因此如何进一步提高抗灾减灾能力，留给我们许多思考。

(1)准确的天气预报是抗冰战雪的基础性工作，气象部门责任重大。目前预报技术手段还不能完全满足和达到精细化程度，气象部门还需要不断加强气象监测预警能力的建设，同时及时总结分析极端天气事件的实况和预报，累积经验，不断提高灾害性预报的准确性。

(2)2008年初雨雪冰冻灾害使得很多地区电缆损坏，由此带来一系列连锁反应，断电导致铁路运输的暂停，铁路的中断加剧了电煤紧缺的局面，同时也加重了公路压力。此次过程暴露了道路、电网等基础设施的脆弱，一旦出现极端天气，立刻引发相连系统的连锁反应，造成各类瘫痪。2011年经过电缆的改造升级后，抗灾能力明显提升。今后随着各类极端天气的频发，原有的基础设施将面临更严重的考验，因此不能放松基础设施的承载能力建设，以提高其抵御各类自然灾害的能力。

(3)2008年冰灾中救灾力量和应急指挥分散，某些时候，甚至出现条块分割、各自为政的现象，事发后反应能力明显滞于事态的发展。2011年各部门加强了协作，并按冰冻天气的等级制定详细的应急预案，一发现问题马上启动预案。由于及时总结了经验和不足，使得有关部门再一次面对冰雪的考验有了长足的进步。虽然抗击2011年冰灾取得了较好的成绩，但中国是世界上受巨灾影响最为严重的少数几个国家之一，且巨灾发生频率和由此造成的损失程度呈不断上升态势，因此进一步加强应急体系建设和研究工作，完善部门之间的沟通也协作机制，对提升防御和减轻极端天气气候事件灾害的能力，最大限度地减轻冰雪灾害造成的损失都有重大意义。

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A Comparative Study of Causes and Effects of Two Cryogenic Freezing Rains in Hunan Province

Yao Rong，Xu Lin，Zhang Hai，Yao Qian and Li Qiaoyuan
(Hunan Meteorological Bureau，Changsha 410118，China)

Two cryogenic freezing rain processes(Jan 13rd，2008—Feb 2nd，2008 and Jan 1st，2011—Jan 23rd，2011)are analyzed from meteorological causes，effects and characters in traffic and power．Intensity and causes of disaster differences of the two processes are revealed，the capability to prevent and reduce extreme weather events further is proposed，and references and experience to prevent snowstorm and freezing disaster are provided．

cryogenic freezing rain;meteorological cause;disaster effect;comparative study;Hunan province

P426.63;X43

A

1000－811X(2012)04－0075－06

2012－03－15

2012－04－25

项目资助:中国气象局公益性行业(气象)科研专项“冬季降水相态预报技术研究”(GYHY201006010－5)

姚蓉(1963－)，女，湖南长沙人，高级工程师，从事短中期天气预报和决策气象服务工作．E-mail:yaorong4072002@yahoo.com.cn