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冻雨

冻雨(Freezing Rain)是初冬或冬末春初时节出现的一种天气现象,是一种常见的灾害性天气。冻雨是指过冷雨滴在下降到地表后,与温度低于 0°C 的物体相遇发生冻结的一种降水。温度低于0℃的雨滴在温度略低于0℃的空气中能保持过冷状态,其外形与一般雨滴相同。当它降落在温度低于0℃的物体上时,会立即冻结成外表光滑而透明的冰层,这种冰层称为雨凇或冰凌。引起冻雨现象的冬季风暴在北美通常被称为冰风暴。

冻雨是中高纬度地区常见的灾害性天气现象,当冷暖气流相遇,气温骤降,暖湿气流被抬升,成云致雨。它能形成毛玻璃状或透明的坚硬冰层 ,在地物上冻结并积累后能压断电线,造成供电和通讯中断,严重的冻雨甚至会压塌房屋、压断树木、冻死农作物和蔬菜,对农业、林业、电力、环境、通讯网络危害巨大。同时,因其具有外表光滑的坚硬冰层,交通运输也会因其受到巨大的损失。

冻雨在北美洲的出现频率较高,尤其是在美国的东北部、南部地区和加拿大的东南部等地区。中国最常出现冻雨的地区为贵州省,其次是湖南省江西省湖北省四川省等地的高海拔山区和丘陵地带。

成因及形成条件

成因

北半球的冻雨一般从11月份开始出现,一直持续到第二年3月份,而1月份是冻雨的高发季节。南半球会有差异,如智利的冬季为6月份至8月份,春季为9月份至11月份。形成冻雨,离不开特定的大气层结构:近地面2000米左右的空气层温度稍低于0℃;2000米至4000米的空气层温度高于0℃,比较暖一点;再往上一层又低于0℃。所以当较强的冷空气到来遇到暖湿气流时,冷空气像楔子那样插在暖空气的下方,使近地面层气温降至0℃以下,湿润的暖空气被抬升后形成中间的温暖层温度高于0℃,这样最上层云中的过冷却水滴、冰晶和雪花,掉进比较暖一点的气层,都变成液态水滴,再向下降,进入不算厚的冻结层,当继续下降,正要冻结时,已经以过冷却的形式接触到冰冷的物体,形成坚实的“冻雨”。

形成条件

形成冻雨的条件十分苛刻。

1、首先是冷空气比较强,使地面温度达到-1℃左右,不然容易形成降雨或降雪。

2、有暖湿气流交汇,具备了一定的水汽,才能形成降雨,但降水量也不能太大。

3、冷气层不能太厚,否则雨滴容易冻结成雪花或冰粒。

4、大气低层常常存在逆温层,从而形成“冷一暖一冷”的垂直温度分布。雪、冰晶和过冷水自最上层的冷层中下落入中间的暖层之后融化为水滴,并在近地面的冷层中成为过冷水滴,一旦降到地面或地物上就能撞冻成雨凇。

因此,形成冻雨时的典型天气是微寒且有小雨。

在美国,大多数冻雨发生在东北部地区,但破坏性冻雨也常发生在南部地区,美国南部来自墨西哥湾潮湿温暖的空气是形成冻雨的有利条件。

中国贵州、湖南省西部等地比较特殊,没有暖层的情况下照样可以下冻雨,这属于当地冬季的特殊天气。它的特殊体现在平均海拔上,也体现在纬度上,像贵州省的海拔高度大多在1000米以上,冷空气侵入后在此地起主导作用;从纬度上来讲,此位置刚好是冷空气与暖湿气流交汇的地段。所以,冻雨的产生带有地方特色。冬季中国南方一些高海拔地区刚好符合这些条件。

形态特征

冻雨是过冷雨滴或毛毛雨落到温度在冰点以下的地面上,水滴在地面和物体上迅速冻结而成的透明或半透明冰层。低于0℃的过冷水滴,在碰到树枝、电线、枯草或其他地上物,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”或冰凌。如遇毛毛雨时,则出现粒凇,粒凇表面粗糙,粒状结构清晰可辨;如遇较大雨滴或降雨强度较大时,往往形成明冰凇,明冰凇表面光滑,透明密实,常在电线、树枝或舰船上一边流一边冻,形成长长的冰挂。冻雨厚度一般可达10~20毫米,最厚的有30~40毫米,所以冻雨对交通运输、电力、农业、通信和输电线路影响很大。

分布特征

世界分布

美国东北部密歇根州纽约州新英格兰,南部的阿肯色州密西西比州田纳西州亚拉巴马州等地;加拿大安大略省魁北克省新不伦瑞克省等地区是发生冻雨的主要区域。这些地区的气温在冬季时常常会下降到零度以下,而且还会受到冷锋和暖湿气流的影响,形成冻雨的条件相对较好。在亚洲欧洲的出现频率相对较低,中国主要分布在西南和东北地区

中国分布

处于北纬25°~29°的长江以南地区是中国冻雨主要的发生地带,多发区域呈带状分布。西部冻雨较多,东部冻雨较少,山地地区较平原地区更容易发生冻雨。中国北方虽然冬季更为寒冷,但空气干燥,冻雨天气过程较少,只在部分山区出现。

中国冻雨主要分布在贵州省湖南省等地,该地区称为中国冻雨集中分布区。该地区大部分的年冻雨日数为2天以上、10天以内,局部地区可达14天以上。贵州东部、湖南大部、江西省南部,平均年冻雨量可达10mm以上,局部地区达30mm以上。需格外加强该地区冻雨监测和冻雨防灾减灾手段。

其次是江西省、湖北省四川省河南省、安徽省、江苏省山东省河北省陕西省甘肃省辽宁省南部等地,其中山区比平原多,高山最多。贵州一云南省一四川交界处,贵州—湖南省广西壮族自治区交界处,湖南—广东省—广西交界处,以及湖北、四川、安徽、浙江省、江西、云南、西藏自治区的部分地区年冻雨日数达2~4天,其余地区均分布有0~2天的年冻雨日数。陕西一重庆市一湖北交界地区、河南一湖北一安徽交界地区、湖北一湖南—江西省交界地区、浙江—福建省交界地区、江西一福建交界地区、江西一广东交界地区、湖南一广东一广西交界地区、湖南一贵州省一广西交界地区、贵州一云南交界地区分布有3~6mm的年冻雨量,局部地区可达24mm以上;年冻雨量最少的地区为青海省、西藏、新疆南部、甘肃省西部、内蒙古自治区西部等,几乎没有冻雨;其余地区均分布有0~3mm的年冻雨量。

危害

冻雨风光值得观赏,但它仍然是一种灾害性天气,所造成的危害不可忽视。冻雨所形成的雨淞,在电线、树枝、铁轨和公路等表面形成一层透明光滑的冰壳,严重时,能够压断树枝、毁坏通信和输电线塔,造成供电和通信中断、树木毁坏、交通停顿等危害;大田结冰,会冻断返青的冬麦,或冻死早春播种的作物幼苗;冻雨还能大面积地破坏幼林、冻伤果树等;当过冷雨滴同飞行中的飞机碰撞,还能造成飞机表面严重积冰,威胁飞行安全。冻雨的持续时间一般不长,但若出现持续时间长、范围广、强度大的冻雨,就能造成很大危害。

冻雨事件

1955年,中国浙赣地区曾因“冻雨”倒毁电杆数百根,南浔区浙赣铁路运输一度中断。

1984年1月中旬后期,受强冷空气影响,中国贵州,湖南省江西省,湖北等省不少地区出现冻雨天气,造成电线断线倒杆。贵州省的有线电话全部中断,严重影响通讯工作。湖南输电线积冰厚度在20毫米以上,一些高压线路一天溶冰5~6次。

1987年11月和1989年12月,中国郑州市先后两次出现“冻雨”,受伤人数约200人。

1994 年 2 月,美国南部阿肯色州密西西比州田纳西州亚拉巴马州等地发生严重的冻雨灾害。密西西比州北部大约 370 万英亩的商业林地遭到严重破坏,受损木材的价值估计为 13 亿美元,超过 8000根电线杆被拉倒,超过 4700英里的电线被拉断,部分地区停电持续长达一个月。

1998 年 1 月,加拿大安大略省魁北克省和新不伦瑞克省被冻雨覆盖了 7-11 厘米的冰层。树木、电线杆和输电塔倒塌,造成大规模停电,部分地区停电长达一个月,这是加拿大损失最惨重的自然灾害。

2008年1月,中国南方数省发生严重持续性冰冻灾害,雨凇和雾凇混合结冰是其成灾的主要原因,冻雨在短时间内大量过冷却水撞冻形成的雨凇,与过冷雾滴长时间的撞冻形成的雾凇交替出现,在物体,尤其是电线和塔架上形成了复合积冰,最长持续时间达30余天。连同伴随出现的低温和暴雪娱乐,共造成1615.6亿元的直接经济损失。

2011年1月,美国南部遭遇冻雨和风雪天气,道路与桥梁无法安全通行,数百架航班被取消。

防御措施

当冻雨发生时,要及时把电线、电杆、铁塔上的积冰敲刮干净。在机场,要及时清理跑道,飞机上要安装除冰设备或干脆绕开冻雨区域飞行。对于公路上的积冰,要及时采取溶冰措施,并组织人力清扫路面。如果发生事故,应当在事发现场设置明显标志。在冻雨天气里,人们应尽量减少外出,如果外出,要采取防寒保暖和防滑措施,行人要注意远离或避让机动车和非机动车辆。在冻雨天气里驾驶汽车要减速慢行,尽量不要超车、加速、急转弯或者紧急制动,应及时安装轮胎防滑链。

参考资料

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黑龙江哈尔滨降雪转为冻雨“滴水成冰”的冻雨是如何形成的?.今日头条.2023-02-01

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美国南方遭冻雨及风雪袭击数百架航班取消.环球网.2023-03-11