逍遥学能 2017-05-18 10:14
雾凇
雨凇
08 冻雨
新年伊始，贵州天气呈现出了“动如脱兔”的架势，贵州大部出现了较大范围的持续性冻雨天气。与2008年的贵州冻雨相比，相似点与不同点体现何处?冻雨“落户”贵州是一种常态吗？如何应对今冬经常出现的灾害性天气……现为您一一解疑。
在初冬或冬末初春，人们可以看到，当空中的雨落到电线、树木、植被和地面上时，立即就凝成一层晶莹透亮的薄冰，久而久之，电线挂上了粗粗的冰条，地面上也积了一层薄薄的冰，这就是冻雨。
形成过程很纠结
冻雨就是温度低于0℃的雨水
冻雨出现的最初状态其实是雪花，当时空气温度低于0℃。在下降到3000米左右时，经过温度高于0℃的空气层融化成雨滴。随后下降到地面，遇到温度又低于0℃的空气时，水滴虽不会转化为雪花，但附着在物体上后，就会冻结成外表光滑、晶莹透明的一层冰壳。
从上面的形成过程可以看出，冻雨的产生需要3层气温不同的空气交汇，形成一个上下冷、中间热的“夹心饼干”。此外，还需要有利的降水条件??简单说就是当天要下雨。
小冻雨 大危害
造成输电、通讯、交通中断
冻雨在碰到树枝、电线、或地面上时，就会在这些物体上冻结成外表光滑、晶莹透明的一层冰壳，有时边冻边淌，像一条条冰柱。这种冰层在气象学上又称为“雨凇”。冻雨落在电线、树枝、地面上，随即结成外表光滑的一层薄冰，有的是如同冰糖葫芦的糖衣一样将附着物包裹起来，有的则是边流动边冻结，结果便制造出一串串钟乳石似的冰柱、冰穗（俗称“冰挂”），它们晶莹透亮，如同冰雕一般可以说是大自然的一大奇观，煞是好看！可惜的是，雨凇并没有像它的亲戚雾凇一样成为人们欣赏的一大奇观，而是成为了灾害，雨凇与雾凇的区别简而言之雨凇是由雨滴凝结而成的，而雾凇则是由水汽凝华而成。在密度上雨凇可以达到0.85克/立方厘米，而雾凇只有0.25克/立方厘米,对于附着物的压力雨凇远远大于雾凇。雨凇与地表水的结冰也有明显不同，雨凇边降边冻，能立即附着于物体的外表而不流失，形成越来越厚的坚实冰层，从而使物体负重加大。其特性使其在电力、农业、交通等方面造成比较严重的影响。
雨凇最大的危害是使供电线路中断，雨凇使高压线的钢塔可能会承受10－20倍的电线重量，在两个钢铁之间的电线上所凝结的冰的重量可以达到数吨之重，电线结冰后，遇冷收缩，加上风吹引起的震荡和雨凇重量的影响，能使电线和电话线不胜重荷而被压断，几公里甚至几十公里的电线杆成排倾倒，造成输电、通讯中断，严重影响当地的工农业生产。在今年即造成我国十多个省份出现电力中断，个别城市电力甚至完全中断。电力的中断又导致了铁路电力机车的无法运行，间接地影响铁路运输。在公路交通上，在路面上形成冰壳，导致路面打滑引发交通事故甚至导致高速公路的封闭。雨凇也会威胁飞机的飞行安全，飞机在冻雨中飞行时，会在机翼、螺旋桨结冰，影响飞机空气动力性能造成失事。小学语文课本中的《一个降落伞包》讲述的就是周总理所乘坐的飞机遇到冻雨时的故事。在农业上雨凇会大面积地破坏幼林、冻伤果树，冻死庄稼。严重的冻雨也会把房子压塌，危及人们的生命财产安全。
危害究竟有多大
贵州冻雨还没有2008年的那种增长势头
人们印象比较深刻的是贵州2008年出现的冻雨，今年的冻雨与2008年相比，两者产生的条件相似。2008年和今年的贵州冻雨，都是几次冷空气过程的接踵而至??前面的冷空气还没有让气温回升，后面的冷空气又来凑热闹，如此一来，冷空气处于相对稳定维持的状态；在这种情况下，孟加拉湾、南海等的暖湿气流比较好，湿空气流比较活跃，所以出现了一些冰冻天气。但是，从暖湿气流来看，2008年西北太平洋副热带高压比较强，使得孟加拉湾到江南、华南一带的水汽条件较好，今年跟2008年比起来，此条件相对较差一些。按照这种发展形势去分析，今年的贵州冻雨还没有2008年的那种增长势头。
从雪的量级来比较，我们现在看到的实况没有像2008年那样??沿着长江流域一带，雪下得很大。今年江南北部的雪也就10厘米左右，而2008年积雪最深达30厘米左右，相差有20厘米。从出现的时间来说，今年贵州冻雨在1月1日就出现了，2008年是在1月10日才开始；从持续的时间来说，2008那场冻雨持续了20多天，目前由于今年的冻雨天气没结束，还没法进行比较。
冻雨→雨凇?雾凇，
都因“滴水成冰”
冻雨过后一般会形成雨凇或雾凇的景观。雨凇与雾凇形成的条件非常苛刻,一般只能形成在气温为0℃-10℃的雨、雾天气中，由于大气中凝结核较充足而冻结核常常短缺,受曲率约束飘浮在空中的雾滴和下落雨滴常可低至-40℃也不冻结,称为过冷却雾滴与过冷却雨滴,通称为过冷水,两者的区别仅仅在于过冷却水的大小不同,雾滴的大小在3～100μm,而雨滴的大小介乎于0.1～8mm;虽然它们在大气中可以保持液态,一旦接触到温度低于0℃的任何物体,就会在其上迅速冻结,形成千姿百态的凇结体,并迎风生长;又因为冻结的水量多寡、方式不同,其色泽、形态各异,使周围的一切披上了冰清玉洁的外衣,造就了一个水晶宫般的童话世界。雾凇和雨凇常常同时发生或者交替出现,对供电线路造成极大伤害,形成严重的气象灾害。如果飞机飞行在过冷云中,不慎进入过冷却水丰水区后,以60～100 m/s的高速度撞冻大量过冷却水,机身大量覆冰后,极易酿成机毁人亡的空难。
雾凇可以分为两种,晶状雾凇是过冷却雾滴在温度<0℃的物体迎风面撞冻而形成的,呈半透明毛玻璃状,密度比较大,形成时风速较大;粒状雾凇是由于冰面与水面的饱和水汽压差,使得过冷却雾滴蒸发,雾凇凝华增长而形成的, 呈乳白色松脆粒状起伏,密度比较小,形成时风速不大。过冷却水比较充足一般形成晶状雾凇,过冷却水比较少一般形成粒状雾凇。雾凇还可以分为叶形、毛耸形、针形、扇形、片形等亚类。
雨凇是过冷却雨滴或毛毛雨滴在温度<0℃的物体上撞冻而形成的,在任何物体表面均可形成,雨量不大时在迎风面增长较快,雨量较大时反而在背风面快速增长,风速较大时有一定交角,呈透明玻璃状或半透明毛玻璃状,坚硬光滑或略有隆突,密度很大。雨凇也可以分为梳状、椭圆状、匣状、波状等亚类。
雾凇、雨凇成因
关于雨凇和雾凇复合积冰的成因,根据云雾物理学原理,我个人认为最关键的有两点:一是下垫面物体温度<0℃,二是低空(3000m以下)有丰富的过冷却水,有丰富的凝结核和水汽供应,而缺乏冻结核(成冰核)。雨滴在下落时温度一般比环境温度低2℃～4℃,由于受曲率约束,可低至-40℃而保持液态，一旦碰到有冻结核，或者落在曲率减小的表面,可以瞬间冻结，而形成雨凇和雾凇，这是典型的云降水物理理论中的成冰过程。也是人工影响天气技术中冷云催化的理论基础。影响积冰强度的两个主要因子是大气中过冷却水的含量和输送过冷却水滴的速度,对雾凇而言是风速, 对雨凇而言是雨滴下落末速度, 其次还涉及物体对过冷却水滴的捕获系数和冻结系数。此外,如果近地层在长期低温阴雨的情况下维持较高的湿度,虽然对于水面是不饱和的,但如果对冰面是饱和的,水汽就会在原有凇结体上凝华凇附,如果这样的条件持续时间长,凝华凇附量会非常惊人,这次冰冻灾害中见到的输电线外包裹近乎同心圆的覆冰,就是这样形成的。
冻雨与逆温层
逆温层是锋区、锋面等典型层状云降水普遍存在的低空层结,不是一定发生冻雨的充要条件,只要近地层(3000m以下)有丰富的过冷却水, 有丰富的凝结核和水汽供应，而缺乏冻结核(成冰核)就可以形成冻雨，这时大气层结是湿饱和递减的，还是等温的，乃至于存在逆温层，都能形成冻雨。
为什么贵州多发凝冻？
因为贵州的气温层结构特点。贵州地处云贵高原东北侧，平均海拔1100m,在冬季风盛行时，北方南下的冷空气受到高原大地形的阻挡，在西南地区形成滇黔(又称西南)准静止锋。由于锋后地区阴雨绵绵，当地面温度低于0℃时，降水在及地前成为过冷却雨滴，进而形成冬季贵州山区常见的气象灾害??凝冻。贵州多为夜雨，而夜晚的时候，因为大气环流的作用，导致近地面的温度低于空中。可是贵州一般空中的气温是在0℃以上，水是以液体形态存在，但是夜晚降落到近地面时，气温降低，在低于0℃的情况下，在近地面就会凝结成冰，导致凝冻天气的出现。
凝冻也称冻雨，是贵州主要灾害性天气之一，其出现次数之多居全国首位。
南朝即有“冻雨”之说
冷雨，寒雨。南朝梁简文帝 《玄圃纳凉诗》：“飞流如冻雨，夜月似秋霜。” 唐 宋? 《梅花赋》：“冻雨晚湿，夙露朝滋，又如英皇泣于九疑 。” 宋 苏轼 《游三游洞》诗：“冻雨霏霏半成雪，游人屦冻苍苔滑。” 清 黄景仁 《岁暮怀人》诗：“打窗冻雨翦灯风，拥鼻吟残地火红。” 茅盾 《虹》九：“彤云密布的长空此时洒下些轻轻飘飘的快要变成雪花的冻雨。冬的黑影已经在这里叩门了。”