湖南2008/2011年兩次低溫雨雪冰凍災害成因與影響對比分析*

姚蓉，許霖，張海，姚倩，李巧媛

(湖南省氣象局，湖南長沙410118)

湖南2008/2011年兩次低溫雨雪冰凍災害成因與影響對比分析*

姚蓉，許霖，張海，姚倩，李巧媛

(湖南省氣象局，湖南長沙410118)

針對2008年1月13日－2月2日和2011年1月1－23日兩次低溫雨雪冰凍過程，從天氣學成因、對交通、電力影響情況和特點等方面進行綜合對比分析，揭示了兩次過程的強度和造成災情差異的原因，并提出了如何進一步防御和減輕極端天氣氣候事件災害的能力，為暴雪冰凍災害防御提供經驗和依據。

低溫雨雪冰凍;天氣學成因;災害影響;對比分析;湖南省

0 引言

冰凍和暴雪是南方冬季常見的災害性天氣，尤其近幾年持續性低溫雨雪冰凍等極端天氣頻發，給交通、電力、農業和人民群眾生活帶來了極大的影響。2008年初(1月13日－2月2日)南方經歷了歷史罕見的低溫雨雪冰凍過程，一些文獻對此過程做了大量的研究。王凌等［1］對2008年雨雪冰凍過程進行了分析并與歷史同期進行了比較，指出此次冰凍災害對電力、交通運輸、農業及人民群眾生活造成嚴重影響和損失，尤其對我國南方電力運行造成災難性影響;楊曉蘭等［2］總結了在災害期間江西采取的應急措施和方法，提出了今后處置突發性災害事件的建議和對策;白媛等［3］對比分析了2008年南方低溫雨雪冰凍災害和2009年北方暴雪災害，指出南北方雪災均呈鏈發式，前者以“雨雪－冰凍－低溫”串發災害為主，后者由“降雪－大風－低溫”并發災害為主。高安寧等［4］、張潤瓊等［5］、李才媛等［6］、周慧等［7］分別對2008年初發生在廣西、貴州、湖北、湖南的低溫雨雪冰凍災害進行了成因分析和影響評估，并且分析了冰災對相關省份相關行業的影響。

2011年初(1月1－23日)湖南又出現了一次大范圍的低溫雨雪冰凍天氣，與2008年初相比，兩次過程雖然都具有持續時間長、影響范圍廣等特點，但由于認真總結了2008年的經驗教訓，制定了切實可行的應急措施，因此此次冰凍災害所造成的影響明顯小于2008年。

本文從天氣學的角度分析了兩次過程的異同，探討了兩次過程的氣象成因，同時結合分析雨雪冰凍對湖南影響及強弱特點，探討了減輕雨雪冰凍災害對電力、交通等部門影響的應對能力和防御措施，以期為暴雪冰凍災害防御提供有益經驗和決策依據。

1 低溫雨雪冰凍發生概況

2008年1月13日－2月2日湖南省自北向南出現了有完整氣象記錄以來最嚴重的低溫雨雪冰凍天氣，期間出現了4次雨雪冰凍天氣過程，4次過程均出現了暴雪。全省平均氣溫－0.6℃，冰凍日數12 d，湘中大部以及湘西南局部大于15 d，93縣市達到嚴寒期標準。本次過程氣溫、冰凍、嚴寒期等多項低溫冰凍評估指標均創建國以來極值。

2011年1月17－23日全省出現了大范圍持續的雨雪天氣，期間出現了4次雨雪冰凍天氣過程。全省平均氣溫1.3℃，87縣市出現1～15 d積雪，其中33縣市積雪天數超過10 d。從圖1的對比分析可知，2008年初冰凍最長日數、冰凍站數、最大降雪量及平均氣溫都比2011年初強，但最大積雪深度較之2011年初小，2011年初雨雪冰凍天氣過程具有持續時間長，以降雪(雨)為主，冰凍強度不強等特點。

圖1 兩次雨雪過程降溫降雨(雪)情況對比

2 低溫雨雪冰凍災害天氣成因對比分析

2.1 雨雪成因分析

分析2008年初低溫雨雪冰凍期間500 hPa平均高度場、700 hPa平場風場、700 hPa全風速平均場(圖2a)，可以看出，中高緯維持一脊一槽型，長波脊位于烏拉爾山附近。1月中下旬烏拉爾山阻塞高壓經歷了建立－崩潰－重建－崩潰過程，其前部鄂霍茨克海為低渦中心，阻高的每一次減弱崩潰，引導了地面冷空氣大舉向南爆發。同時低緯南支槽穩定少動，不斷有小槽分裂東移，槽前來自印度洋和孟加拉灣的暖濕氣流向西南地區及長江流域和華南輸送。副高較常年位置偏北，副高西側偏南氣流經南海向北輸送了暖濕空氣，700 hPa維持旺盛的西南氣流，為冰凍的形成和增長提供了有利的動力和水汽條件。在1月上旬末中旬初地面強冷空氣影響后，不斷有冷空氣補充南下，冷暖氣流長時間交匯，造成了我國南方持續低溫雨雪冰凍天氣。

2011年1月1～23日3次低溫雨雪冰凍過程期間(圖2b)，中高緯為二槽一脊型，烏拉爾山阻高明顯，其前部鄂霍茨克海為低渦中心，南支槽以移動性低槽為主，西太平洋副熱帶高壓強度較常年偏弱，西南氣流呈階段性加強趨勢，較強冷空氣分股南下。由于高原槽及地面冷空氣活動頻繁，冷暖氣流在南方交匯，是湖南氣溫偏低、雨雪冰凍日數較多的原因。

圖2500 hPa高度平均場、700 hPa平場風場、700 hPa全風速平均場(填色場)

2.2 低溫雨雪冰凍強度差異的天氣學成因

為了解2008年1月比2011年1月低溫雨雪冰凍過程時間長、冰凍強度強，影響范圍大的主要原因，本文從動力、水汽條件進行對比分析。

2.2.1 動力差異分析

圖325 ～35°N200 hPa平均相對渦度時間－經度剖面圖(單位:10－6s－1)

圖425 ～35°N500 hPa平均相對渦度時間－經度剖面圖(單位:10－6s－1)

2008年初低溫雨雪冰凍過程期間，在200 hPa孟加拉灣上空有穩定的正渦度平流維持并東出(圖3a)，對應500 hPa南支正渦度的東移(圖4a)，南支鋒區上不斷有擾動東傳影響南方，在元月中下旬相對正渦度比上旬更大，對應了本階段雨雪冰凍更明顯。由于南支槽活躍，與補充南下的地面冷空氣結合，是持續低溫雨雪維持的主要動力原因。2011年初雨雪冰凍期間200 hPa及500 hPa(圖3b、圖4b)孟加拉灣上空對應了3次正渦度東移，南支低槽呈階段性加強并移出，以過程性雨雪冰凍天氣為主。2008年與2011年相比，2008年在60°E以東存在多次正渦度平流向東輸送，表明南支槽不斷分裂出低槽影響南方，而2011年低槽影響次數和時間明顯偏少，最大正渦度中心強度基本相當。

2.2.2 水汽輸送強弱分析

分析25°～35°N，90°～120°E水汽通量發現，2008年初雨雪冰凍期間(圖5a)700 hPa附近存在一條持續的較強水汽通量帶，元月中下旬－2月初水汽通量加強明顯，水汽上升高度達到500 hPa以上，水汽通量最大中心值為10 g·cm－1·hPa－1·s－1，對應了本段強雨雪和冰凍天氣。相比之下，2011年初雨雪冰凍期間(圖5b)，水汽通量呈階段性加強趨勢，較強水汽通量最長維持3 d，比2008年初持續時間短，水汽通量中心最大值為6 g·cm－1· hPa－1·s－1，比2008年明顯偏小，對應的雨雪冰凍天數少，持續時間短。由此表明持續的水汽輸送及強弱，是造成兩次過程雨雪過程強弱差異的重要原因之一。

圖5 區域(25°～35°N，90°～120°E)水汽通量時間演變圖(單位:g·cm－1·hPa－1·s－1)

2.2.3 冰凍強弱差異分析

大量研究分析表明［8－11］，當有降水發生，且中層為＞0℃融化層、近地面層存在氣溫≤0℃的低墊時，有利于冰凍的形成與發展，是冰凍形成的主要條件。分析2008年與2011年初冰凍發現(圖略)，逆溫強度、地面平均氣溫及日降水量與冰凍厚度密切相關，2008年比2011年降水時間長、地面平均氣溫偏低、逆溫時間長且強度大，導致了冰凍持續時間長、冰凍厚度大。

3 雨雪冰凍災害影響強弱與成因分析

3.1 災情影響對比

2008年和2011年兩次低溫雨雪冰凍過程均對我省公路、鐵路和航空交通運輸、電力供應和傳輸、工農業生產及人民群眾生活造成了嚴重的影響。從圖6中可以看出，2008年雨雪冰凍過程受災人數、死亡人數、農作物受災面積和直接經濟損失等都明顯強于2011年，綜合評估為特大型氣象災害。2011年雨雪冰凍過程雖然受災面積廣，并未發生死、傷事故和其他安全事故。

圖6 兩次雨雪過程造成災情對比

3.1.1 積雪冰凍對電網影響的對比

兩次冰雪天氣過程給湖南電網帶來嚴峻考驗，尤其是2008年的雨雪冰凍災害對電力和通信設施造成前所未有的破壞，全省共發生500千伏電路倒塔89基(11條)，220千伏倒塔108基(17條)，110千伏和35千伏倒塔(桿)262基(79條)。1月17日起開始進行全省有序限電，1月28日，全省大面積停電，范圍達40%以上。

2011年盡管冰凍造成湖南電網多條輸電線路覆冰厚度超過10 mm，但湖南電網運行基本正常，除20日懷化500 kV線鐵塔折斷，影響到當地村民的供電外未出現其他線路倒塔斷線事故，未進行大范圍的限電。

從表1可以看到，2008年冰雪災害對電力設施的破壞遠遠超過2011年。需要特別說明的是2008年影響不僅僅是輸電線路，還包括大量的用電設施，一度有4座500 kV、22座220 kV、158座110 kV(含35 kV)變電站停止運行。

表1 2008年與2011年電網冰災對比

3.1.2 低溫雨雪冰凍對交通影響的對比

2008年雨雪冰凍過程對交通的影響更大，期間共計16條(斷)高速公路、7條國道和36條省道通行嚴重受阻，災害期間全省停開客運班次98.2萬個，減少客運量2 638萬人次。2011年雨雪冰凍期間全省有15條國省道18處路段因雪中斷，懷化、婁底、湘西客車基本停開，其他市州部分班線停開。

從2008年(圖7)和2011年(圖略)低溫出現站數百分率的發展與高速公路封閉的段數百分率關系中可以看出，低溫站數越多，導致高速公路關閉的段數越多。低溫對高速公路的影響主要是使地面溫度低于0℃，加之長時間的雨雪天氣，反復造成道路結冰。

圖7 氣溫≤0℃站點與高速公路封閉段數百分率的關系

從2008年(圖8、圖9)和2011年(圖略)積雪、冰凍出現站數百分率的發展與高速公路封閉的段數百分率關系中可以看出，雨雪加大時，高速公路封閉的段數的增加趨勢有滯后;而隨著冰凍加大高速公路封閉的段數明顯增多，尤其是2008年22、25、26日幾乎全省所有高速公路全部封閉。

可以看出，高速公路封閉段數百分率(Y)與冰凍站點百分率、溫度零度以下站點百分率分布存在一定的線性相關，其中，Y與溫度零度以下站點百分率(x)之間的相關關系更好。其t檢驗的顯著性水平為0.05。

圖8 積雪與高速公路封閉段數百分率的關系

圖9 冰凍與高速公路封閉段數百分率的關系

3.2 災害強弱成因分析

2008年初冰凍期間交通和電力相互影響，造成巨大的損失。交通的嚴重不暢不僅嚴重影響到電網的搶修進度，同時導致了電煤生產和運輸阻礙。2008年冰災過后，引起了政府及相關部門廣泛的反思。在2011年冰災開始之初，各級政府迅速決策，一發現問題馬上啟動預案，與2008年相比，再一次面對冰雪考驗的有關部門已經有了長足的進步。

(1)從災前的準備來看，為了避免出現2008年冰雪時大面積封路的局面，從2011年1月1日開始降雪后，湖南省高速公路管理局就啟動了應急機制，同時采取科學抗凍的方法，對城區立交橋、地下通道、主次干道實施24 h不間斷地灑鹽除雪，確保了橋面、道路不結冰，把災害天氣的影響降到最低。

湖南省電力公司也在2008年冰災過后開始重新審視電網工程的設計標準和規劃調整，以保證極端天氣下骨干電網能穩定運行。2011年1月3日開始湖南電網啟動雨雪冰凍黃色(III級)預警，全力以赴開展防凍融冰工作。

(2)從災害發生后的應急措施來看，應急體制機制和技術更加完善。由于在2008年冰災中多次封閉高速公路帶來一系列的不利影響，因此在2011年，即使在冰凍比較嚴重的路段，也不再是簡單地封閉高速公路，而是緊急安排工程機械設備和人員上路支援鏟雪除冰，采用交通車引導車流慢速通行，既避免了人群滯留，也確保了物資的運輸。

2011年1月17日、18日湖南電網再次發布黃色預警，加強冰情監測匯報，每天有560多名員工駐守在全省280個冰情監測哨，隨時監測電網受冰凍影響的情況，開展設備特殊巡視，及時消除隱患。此外，做好應急搶修準備，24 h隨時可以出動趕到現場進行電網搶修和線路除冰工作。2011年冰災期間除個別地區由于缺煤停機而出現局部用電緊張情況外，湖南全省用電基本正常。

4 結論和討論

本文首先從天氣學角度分析了兩次低溫雨雪天氣過程的成因，并做了對比分析，揭示了兩次過程強度差異的原因。同時，對比分析了災情的強弱和原因，主要結論如下。

(1)2008年初和2011年初持續低溫雨雪維持的主要動力原因都是由于南支槽活躍，地面冷空氣活動頻繁，冷暖氣流在南方交匯所造成的。但相比于2011年，2008年南支槽不斷分裂出低槽影響南方，而2011年低槽影響次數和時間明顯偏少，這是造成兩次過程雨雪過程強弱差異的重要原因之一。

(2)水汽輸送維持時間及強弱也是造成兩次過程強弱差異的一個主要原因。2008年初雨雪冰凍期間存在一條持續的較強水汽通量帶，同時在過程期間不斷加強;而2011年初雨雪冰凍期間，較強水汽通量最長維持3 d，比2008年初持續時間短，水汽通量中心最大值也比2008年明顯偏小。

(3)2008年比2011年冰凍持續時間長、冰凍厚度大，原因在于2008年降水時間長、地面平均氣溫偏低、逆溫時間長且強度大。

(4)兩次雨雪冰凍過程都具有強致災性，但經過2008年的冰凍災害，政府和相關部門吸取了經驗教訓，充分調動社會聯動性，應對突發性自然災害方面采取了積極措施，因此2011年初冰凍雨雪造成的損失遠小于2008年初。

反思兩次雨雪冰凍過程所造成的災情嚴重程度之間的巨大差距，說明在出現低溫雨雪冰凍的情況下，只要加大預防力度，做好物質和技術上的準備，就能有效減輕災害。因此如何進一步提高抗災減災能力，留給我們許多思考。

(1)準確的天氣預報是抗冰戰雪的基礎性工作，氣象部門責任重大。目前預報技術手段還不能完全滿足和達到精細化程度，氣象部門還需要不斷加強氣象監測預警能力的建設，同時及時總結分析極端天氣事件的實況和預報，累積經驗，不斷提高災害性預報的準確性。

(2)2008年初雨雪冰凍災害使得很多地區電纜損壞，由此帶來一系列連鎖反應，斷電導致鐵路運輸的暫停，鐵路的中斷加劇了電煤緊缺的局面，同時也加重了公路壓力。此次過程暴露了道路、電網等基礎設施的脆弱，一旦出現極端天氣，立刻引發相連系統的連鎖反應，造成各類癱瘓。2011年經過電纜的改造升級后，抗災能力明顯提升。今后隨著各類極端天氣的頻發，原有的基礎設施將面臨更嚴重的考驗，因此不能放松基礎設施的承載能力建設，以提高其抵御各類自然災害的能力。

(3)2008年冰災中救災力量和應急指揮分散，某些時候，甚至出現條塊分割、各自為政的現象，事發后反應能力明顯滯于事態的發展。2011年各部門加強了協作，并按冰凍天氣的等級制定詳細的應急預案，一發現問題馬上啟動預案。由于及時總結了經驗和不足，使得有關部門再一次面對冰雪的考驗有了長足的進步。雖然抗擊2011年冰災取得了較好的成績，但中國是世界上受巨災影響最為嚴重的少數幾個國家之一，且巨災發生頻率和由此造成的損失程度呈不斷上升態勢，因此進一步加強應急體系建設和研究工作，完善部門之間的溝通也協作機制，對提升防御和減輕極端天氣氣候事件災害的能力，最大限度地減輕冰雪災害造成的損失都有重大意義。

［1］王凌，高歌，張強，等．2008年1月我國大范圍低溫雨雪冰凍災害分析Ⅰ．氣候特征與影響評估［J］．氣象，2008，34 (4):95－100．

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［3］白媛，張建松，王靜愛．基于災害系統的中國南北方雪災對比研究—以2008年南方冰凍雨雪災害和2009年北方暴雪災害為例［J］．災害學，2011，26(1):14－19．

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［5］張潤瓊，劉艷雯，姚剛．2008年貴州罕見低溫雨雪冰凍災害成因及影響分析［J］．熱帶地理，2009，29(4):319－334．

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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

項目資助:中國氣象局公益性行業(氣象)科研專項“冬季降水相態預報技術研究”(GYHY201006010－5)

姚蓉(1963－)，女，湖南長沙人，高級工程師，從事短中期天氣預報和決策氣象服務工作．E-mail:yaorong4072002@yahoo.com.cn