1 引言
电线覆冰是一种自然现象， 指空气中的过冷水滴、 雾滴以及冻雪附着在0 ℃左右或以下的导线上形成的冻结物（蒋兴良和易辉， 2002； 中国南方电网公司， 2010）。严重的覆冰常常造成电线短路、 舞动、 断线甚至引起倒杆或倒塔事故， 给电力系统带来巨大安全隐患和经济损失。例如， 2008年初我国南方大范围冰冻雨雪天气灾害中， 电线积冰造成南方地区电网大面积损毁， 电力供应中断， 直接经济损失1500亿元（马宁等， 2011）。因此电线覆冰对电力系统的影响得到广泛关注， 引发了学者们对其形成机制、 预测防治技术等的深入研究。
近年来， 针对覆冰形成的气象条件， 国内外学者开展了大量研究， 逐步构建出大范围冰冻雨雪天气形成的概念模型。研究表明， 覆冰的形成与亚欧中高纬阻塞形势的稳定维持密切相关， 低纬南支槽前西南暖湿气流异常偏强（陶诗言和卫捷， 2008； 王东海等， 2008； 覃志年等， 2010； 柴灏等， 2023； 晏红明等， 2023）， 冷暖气团长时间对峙， 导致准静止锋稳定少动， 暖湿气流沿锋面向上爬升形成逆温， 进而为降水的形成提供了有利条件（黄小玉等， 2008； 杨贵明等， 2009； 龙利民等， 2010； 杜小玲等， 2014； 陈艳等， 2025）。此外， 切变线的存在为局地降水提供动力条件（黄小玉等， 2008； 何草青等， 2008）。大气层结的逆温层、 融化层、 近地面气温≤0 ℃是形成冰冻的关键因子（黄小玉等， 2008； 李登文等， 2011）。多项研究进一步表明电线覆冰的发生与导线温度、 环境气温、 相对湿度、 风速、 风向及降水均有关系（李登文等， 2011； 陶云等， 2009； 刘丹和牛生杰， 2015； 刘雪静和牛生杰， 2016）。刘雪静和牛生杰（2016）基于华中电网电线覆冰在线观测系统的数据分析发现， 有利于覆冰产生的气象条件包括环境气温在-2 ℃以下， 湿度在90%以上， 风速在2 m·s-1以下， 不同过程阈值略有差异。此外， 微地形中微气象因素对覆冰也有较大影响（阳霖等， 2010； 黄新波等， 2011； 李隆基等， 2020； Huang et al， 2024）。
云南地处云贵高原， 地形复杂， 滇东及滇北地区是西伯利亚冷空气入侵云南省的重要通道。冬春季节， 昆明静止锋来回摆动， 导致该地区多阴雨天气， 易造成电线结冰（张怀孔， 2007； 段旭等， 2018）， 给电力系统带来巨大安全隐患。尽管国内外学者对电线覆冰形成机制和气象条件进行了大量研究， 但针对云南地区电线覆冰的研究较为有限， 且多集中于案例分析， 主要为电线覆冰期间的大尺度环流形势、 冷暖气团交汇所形成的昆明静止锋、 切变线等天气系统的演变特征（陶云等， 2009； 严永新， 2000； 马勋豪， 2024）以及覆冰期间近地面气象要素如风、 气温、 湿度及降水的特征分析（王守礼， 1994； 陶云等， 2009； 严永新， 2000； 柴灏等， 2023； 马勋豪， 2024）。少数研究探讨了地形和地理环境对覆冰的影响（王守礼， 1994）， 而张怀孔（2007）基于对滇东及滇东北地区电线覆冰特性的研究， 构建出较为适合该研究区域的覆冰模型。总体而言， 云南地区覆冰的形成与当地复杂气象条件密切相关， 由于覆冰资料获取难度较大， 相关研究仍显不足， 如目前针对覆冰类型的分类研究较少， 而不同类型覆冰的形成条件的研究将为覆冰预测和防治提供更为精细的科学依据。
2023年12月15 -24日， 云南中东部地区出现了入冬以来的首轮强降温天气过程， 其中昭通、 曲靖东北部最高气温下降幅度达8~12 ℃、 局部地区超过14 ℃， 进入“速冻”模式。此次寒潮天气过程呈现降温幅度大、 范围集中、 持续时间长的特点， 导致云南电网配电线路覆冰140条， 110 kV及以上输电线路最大覆冰比值达0.77。从持续覆冰线路来看， 累计造成31条35 kV及以上输电线路覆冰时间超过3天， 其中昭通29条、 曲靖2条， 覆冰比值达0.5及以上的线路共16条， 均分布在昭通， 持续的高比值覆冰增大了电线垂直载荷及水平风载荷， 进一步加剧了电线舞动、 断线及杆塔倾斜的风险。因此本文选取昭通地区覆冰集中时段进行研究， 在前人工作基础上， 首次尝试对覆冰进行分类， 并进一步针对不同类型的气象要素及天气系统进行诊断分析， 旨在为云南地区电线覆冰灾害性天气的预测提供更为科学的物理依据， 并为电力系统的防灾减灾工作提供理论支持。
2 资料来源和方法介绍
本文所用覆冰厚度资料由西南电力部门提供， 包括人工观测和电网传感器观测两类， 人工观测每天两次， 分别在09:00（北京时， 下同）、 14:00进行， 共收集到39个杆塔单元观测数据， 其中27个杆塔单元数据为连续观测， 可用来分析覆冰厚度的时间演变； 仪器观测数据主要包括昭通、 曲靖及昆明等12个供电局提供的覆冰厚度、 覆冰比值等， 由于该数据每天观测时间不固定， 因此仅作为人工观测覆冰数据的补充用来分析覆冰的空间分布特征。西南电力部门还提供了覆冰观测同时刻各观测点的气温和相对湿度， 用于判断不同阈值气象条件下的覆冰类型。
采用中国气象局提供的MICAPS系统（Meteorological Information Comprehensive Analysis and Processing System）导出地面自动站逐小时填图资料中的常规气象要素及逐小时降水量产品， 研究覆冰过程中地面气象要素演变特征。
大气再分析资料来自欧洲中心的ERA5数据， 空间分辨率为0.25° 0.25°， 时间分辨率为1 h。其中地面气象要素包括海平面气压、 风和气温； 高空气象要素包括各等压面层的相对湿度、 U分量风、 V分量风、 气温、 垂直速度及位涡等物理量， 用于诊断分析不同覆冰阶段天气系统特征及不同覆冰类型的要素特征的合成分析。
地形数据由美国国家海洋和大气管理局提供， 下载地址为https： //www.ngdc.noaa.gov/mgg/global/relief/ETOPO2。
本文采用的地图根据MICAPS系统提供的审图号为GS（2019）3082的中国地图制作而成， 底图无修改。
3 过程覆冰概况
3.1 空间分布特征
由图1（a）可见， 本次过程覆冰主要分布在昭通中北部及贵州西部部分地区， 共有85个观测时次覆冰厚度超过10 mm， 其中9个观测时次超过20 mm。根据不同等级覆冰厚度分布来看， 有三个高值中心［图1（a）］， 分别位于昭通西北部的永善县、 大关中北部（区域1）、 镇雄县（区域2）以及昭通市北部（区域3）， 其中镇雄县镇荣甲线N027杆塔单元观测到最大覆冰厚度达33 mm。海拔对覆冰的严重程度和持续时间有一定的影响（张怀孔， 2007； 王守礼， 1994）。昭通处于云贵高原东北部， 北邻四川盆地， 地势西南高东北低， 图1（b）显示， 覆冰厚度较高的地区主要位于昭通地区西北部（区域1）及东北部（区域2）的山坡处， 昭通市的高值中心主要位于河谷中（区域3）， 覆冰区海拔在500~3000 m， 其中较厚覆冰对应地形高度在1500~2000 m。由于人工观测覆冰点主要分布在区域1和区域2， 因此本文主要针对这两个区域进行研究。
图1 2023年12月16-22日昭通观测覆冰厚度空间分布（a， 单位： mm）， 昭通地区地形高度（b， 单位： m）三个红色方框分别表示3个覆冰厚度高值中心 Fig.1 Spatial distribution of the observed ice-coating thickness in Zhaotong from December 16 to 22 of 2023 （a， unit： mm）， the topographic height of Zhaotong （b， unit： m）.The three red boxes indicate the centers of three high-value areas of ice-coating thickness， respectively |
3.2 时间分布特征
4 覆冰类型及形成气象条件
4.1 地面气象要素特征
电线覆冰主要受气象条件、 地形以及电线本身的性质等影响， 覆冰的形成或维持与环境气温、 湿度、 风等因素有关（刘丹和牛生杰， 2015； 刘雪静和牛生杰， 2016； 阳霖等， 2010； 黄新波等， 2011； 李隆基等， 2020； 张怀孔， 2007； Zhou et al， 2024）， 大气中首先必须有足够的过冷却水滴， 并在重力或者风的作用下与导线接触， 冻结在电线表面才能形成结冰。
近地面气象要素与覆冰的形成密切相关， 因此选取出现覆冰的镇雄县地面气象自动站（站号： 56595； 海拔： 1645.2 m）， 利用逐小时气象资料进行分析（图3）。该站位于昭通市东北部镇雄县内。影响云南的冷空气主要从东部和北部入侵， 其中东北路径的冷空气（经昭通、 曲靖进入）降温最为剧烈（姚愚和晏红明， 2024）。当东北路径的冷空气入侵时， 首先影响昭通， 继而向南推进， 因此这一带为云南电线覆冰重灾区（张怀孔， 2007）。一般适宜形成雨凇的气温为-3~0 ℃， 形成雾凇的气温为-10~-3 ℃， 而雪淞多在0 ℃左右时出现（陈百炼等， 2020）。由图3可见， 2023年12月15日， 镇雄地区遭遇强冷空气影响， 气温呈断崖式下降。15日21:00气温降至0 ℃以下， 并在16日01:00至19日09:00这一时段气温长期维持在-5~-2 ℃； 16日15:00至18日09:00， 温度露点差均小于2 ℃， 空气为饱和状态， 说明这一段时间地面水汽非常充沛。逐小时地面自动站填图资料显示（表1）， 镇雄站15日16:00开始出现降水， 22:00降水结束。整个过程降水相态复杂多变， 开始为雨夹雪， 后期随着气温降低， 由小雨转为小雪及雨夹雪， 但降水量较小， 小时降水量不足0.1 mm； 16日15:00至17日03:00（16日18:00、 23:00， 17日02:00除外）镇雄长时间维持轻雾， 其中16日18:00出现小雪， 19:00观测降水量为0.1 mm（表1）； 另外17日17:00至18日07:00整个时间段（17日21:00除外）也均为轻雾， 18日01:00观测有0.1 mm的弱降水， 应为雾伴随的毛毛雨。吴兑（2008）指出在有冻雨、 冻毛毛雨和冻雾的天气情况下， 易形成雨凇或雾凇。整个时间段内风速大多在1~3 m·s-1。间歇性弱降水以及下午到夜间长时间的雾配合低温、 弱风的气象条件最有利于覆冰的形成， 因此镇雄附近产生厚度达20 mm的覆冰。
图3 2023年12月15日00:00至23日23:00镇雄站气温、 露点温度、 风速及降水量逐小时演变Fig.3 The temporal evolution of temperature， dew point temperature， wind speed and precipitation at Zhenxiong station from 00:00 on December 15th to 23:00 on December 23th， 2023 |
表1 镇雄站覆冰过程中部分时次地面气象观测要素Table 1 The surface meteorological observation elements at Zhenxiong station during the icing process |
| 观测要素 | 15日16:00 | 15日19:00 | 15日20:00 | 15日21:00 | 15日22:00 | 16日15:00 | 16日16:0 | 16日17:00 | 16日18:00 | 16日19:00 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 气温/℃ | 5.1 | 1.2 | 0.3 | -0.3 | -0.9 | -2.4 | -2.6 | -2.6 | -2.8 | -2.9 |
| 露点温度/℃ | 3.8 | -0.1 | -1 | -1.6 | -2.6 | -4 | -3.7 | -3.7 | -3.8 | -4.3 |
| 降水量/mm | / | / | / | / | / | / | 0.1 | / | / | 0.1 |
| 现在天气现象 | 雨夹雪 | 小雨 | 轻雾 | 小雪 | 雨夹雪 | 轻雾 | 轻雾 | 轻雾 | 小雪 | 轻雾 |
| 风向/（°） | 319 | 322 | 354 | 294 | 319 | 308 | 300 | 293 | 301 | 298 |
| 风速/（m·s-1） | 3.5 | 2.4 | 3.6 | 1.3 | 2.6 | 1.7 | 1.9 | 1.9 | 1.5 | 2.7 |
| 观测要素 | 18日00:00 | 18日01:00 | 18日02:00 | 18日03:00 | 18日04:00 | 21日08:00 | 21日09:00 | 21日10:00 | 21日11:00 | 21日12:00 |
| 气温/℃ | -3.5 | -3.7 | -3.9 | -4 | -4.1 | -0.4 | -0.5 | -0.4 | -0.4 | -0.3 |
| 露点温度/℃ | -4.2 | -4.4 | -4.9 | -5 | -5.2 | -1.7 | -1.5 | -2 | -1.8 | -1.6 |
| 降水量/mm | / | 0.1 | / | / | / | / | 0.1 | / | / | / |
| 现在天气现象 | 轻雾 | 轻雾 | 轻雾 | 轻雾 | 轻雾 | 雨夹雪 | 雨夹雪 | 霾 | 轻雾 | 轻雾 |
| 风向/（°） | 296 | 312 | 291 | 298 | 297 | 314 | 315 | 91 | / | 308 |
| 风速/（m·s-1） | 2.6 | 1.8 | 2.7 | 2.2 | 2 | 1.3 | 1.3 | 2.4 | / | 1.1 |
/代表无观测数据（/ represents no observation data） |
19 -20日白天， 受暖气团影响， 镇雄气温快速回升， 中午最高气温达到7 ℃， 使得覆冰部分或者完全融化。21日受新一股南下弱冷空气影响， 昭通地区再次出现降温， 全天气温维持在-1~1 ℃， 21日08:00 -09:00出现雨夹雪， 09:00观测降水量0.1 mm， 雨后近地面湿度较大， 21日11:00 -12:00为轻雾， 傍晚到前半夜部分时次仍有轻雾出现， 因此使得覆冰再次增长。
综上， 将本次覆冰过程分为三个阶段， 第一阶段从15日夜间开始到18日， 是覆冰主要形成时段。15日夜间到16日凌晨， 覆冰开始形成， 厚度大多在5 mm以下。覆冰厚度快速增长时段主要集中在16日下午到17日凌晨以及17日下午到18日凌晨两个时段， 这两个时段正好与气温日变化中的降温时段相对应， 凌晨冰冻天气出现频率相对较多（李杰等， 2015）。前人将电线覆冰按结冰物的性质分为雨凇、 雾凇、 雪淞及混合冻结四类（张怀孔， 2007）。第一时段（16日下午到17日凌晨）过程中除一个时次观测有小雪外， 其余为弱降水并伴随轻雾或者仅轻雾， 所以覆冰类型主要为雨（冻毛毛雨）雪及雾的混合冻结； 第二时段（17日下午到18日凌晨）前期为轻雾， 后转为毛毛雨， 覆冰应为雾凇转雨（冻毛毛雨）凇（表1）。
第二阶段19 -20日， 主要为覆冰的融化和消除。第三阶段21 -22日， 为覆冰第二次形成时期。21日白天出现雨夹雪伴有微量降水转轻雾， 考虑气温在-2~-1 ℃， 所以覆冰为雨雪混合冻结转为雾附着冻结（表1）。
4.2 天气系统与覆冰类型
凝冻灾害与气温、 水汽条件密切相关。理论上认为水的凝固温度为0 ℃， 达到这个温度水由液态向固态转变。气象业务工作中将等压面上T-Td≤4~5 ℃的区域作为湿区， 对应相对湿度约75%以上。当无降水发生时， 近地面相对湿度>75%， 说明空气中水汽含量高， 有形成雾或雾凇的可能。一般而言， 低温高湿条件下最容易形成覆冰， 但实际覆冰形成过程更为复杂， 为了便于统计分析， 本文根据电网观测气温和湿度条件将本次覆冰分为四类， 即： DG型（气温≤0 ℃， 湿度≥75%）； GD型（气温>0 ℃， 湿度<75%）； DD型（气温≤0 ℃， 湿度<75%）； GG型（气温>0 ℃， 湿度≥75%）。
陶云等（2009）研究指出， 滇东北电线覆冰期间昆明静止锋异常活跃， 是影响云南覆冰最重要的天气系统。静止锋的来回摆动将通过影响气温、 湿度等气象条件的变化产生不同类型的覆冰。下面将针对本次覆冰过程的不同阶段， 进一步探究覆冰生消、 类型与各层天气系统的关系。
受中心位于蒙古国的冷高压影响， 冷空气从中国东部南下， 并沿高压底部向西回流影响昭通地区， 地面冷锋于15日中午至夜间自东北向西南移动（图略）， 到16日09:00， 冷锋锋面已经移过昭通地区［图4（a）， （b）］， 锋面呈西北-东南走向， 昭通地面为锋后东北风。冷锋过境后， 昭通除最北端的低海拔地区受四川盆地暖平流影响降温较慢外， 其余大部分气温持续下降（图3）。15日夜间500 hPa在青藏高原东部有低压槽发展东移（图略）， 配合700 hPa南支槽前的西南暖湿气流， 使得昭通北部地区在15日下午到夜间出现小雨雪、 雨夹雪或毛毛雨天气。受降水影响， 昭通永善县中部（图1中区域1位置）和镇雄县（图1中区域2位置）部分线路开始出现覆冰， 厚度普遍不足10 mm， 覆冰区主要位于锋后1~3个经纬度范围内， 对应气温为-3~-1 ℃。16日覆冰类型以GG型为主， 仅在永善县中部出现一个DG型覆冰［图4（a）］。
图4 2023年12月昭通覆冰过程中地面气温（等值线， 单位： ℃）、 风场（矢量， 单位： m·s-1）及覆冰类型（左）； 海平面气压（等值线， 单位： hPa）及700 hPa风场（风羽， 单位： m·s-1）（右）右侧图中灰色阴影为地形高度（≥3000 m） Fig.4 Surface temperature （unit： ℃）， surface wind （unit： m·s-1） and ice-coating types （left）， sea level pressure （unit： hPa） and 700 hPa wind （unit： m·s-1） （right） during the icing process in Zhaotong in December 2023.The gray shaded areas in right figures drepresent the terrain elevation （≥3000 m） |
第三阶段， 21日西北气流中新的一股冷空气补充南下， 地面东北风加强， 静止锋也再次加强并位于昭通南部［图4（g）， （h）］， 位置与16日类似， 500 hPa昭通仍受西北气流影响（图略）， 而700 hPa由西北气流转为高压脊后/槽前较弱西南风［图4（h）］， 由于西南风输送水汽的作用使湿度再次增加。21日上午在锋后的昭通东北部地区形成短时雨夹雪及轻雾天气， 有利于覆冰再次形成。同时， 两个覆冰地区地面转为弱偏北风， 气温在-2~1 ℃， 覆冰类型主要为DG型［图4（g）］。至22日09:00， 受高压底后部东南风影响， 昭通地区气温开始回升， 静止锋减弱， 冷空气影响趋于结束， 此时覆冰类型为DD型和DG型， 对应气温为-1~1 ℃［图4（i）， （j）］。22日14:00覆冰开始融化。
由以上分析可以得到， 这次过程覆冰时间长达7天， 覆冰类型复杂多样。覆冰形成与各层天气系统有很大关系。第一阶段， 500 hPa维持平直西风气流或有弱短波槽过境； 700 hPa昭通位于槽前（有时存在切变线）； 地面位于锋后。受切变线和锋面抬升共同作用， 锋后易形成持续阴雨天气。第三阶段， 700 hPa有西南暖湿气流输送， 配合锋面抬升， 也会形成弱的降水。昭通的覆冰与静止锋的位置密切相关， 本次过程覆冰增长期覆冰区主要位于静止锋（冷锋后）东北侧1~3个经纬度位置处， 且地面为弱东北风或静风， 气温维持在-5~1 ℃。覆冰形成与静止锋结构特征有关， 降水主要出现在锋后， 当（弱）降水下落到冷的下垫面上时， 可产生冻（毛毛）雨， 从而形成电线覆冰。本次过程短时间内有两次冷空气活动， 分别对应第一阶段和第三阶段的覆冰过程。通过逐日覆冰类型分析可以发现， 在冷空气影响的初始阶段（16日）， 覆冰类型主要为GG型； 当冷暖空气对峙形成静止锋后， 位于锋后的昭通受冷空气影响气温下降（17 -18日， 21日）， 最有利于大范围DG型覆冰的形成， 该类型出现次数最多。当冷空气影响趋于结束时（19日， 22日）， 覆冰类型则转为DD型。但在本次过程中， 22日当大关县受变性冷高压控制时却出现局地新增GD型覆冰点， 需要进一步分析局地条件来了解其成因。
5 不同类型覆冰气象要素的垂直分布
本次过程覆冰类型复杂多样， 为研究不同类型覆冰的形成与高空要素的关系， 首先对观测覆冰进行分类， 方法为利用22个有连续观测覆冰厚度的杆塔单元观测点， 挑选覆冰增长时间段内所有观测时次， 根据第4.2节中分类标准对所有观测数据进行分类， 然后针对每种类型， 根据观测时间、 经度、 纬度信息， 从ERA5提供的资料中挑选同时刻、 与各观测点位置最接近的各高空气象要素， 根据覆冰类型进行分组， 计算每组平均值， 结果如图5。考虑到输电线覆冰区地形因素， 垂直方向仅选取925~400 hPa数据进行绘制。
图5 不同覆冰类型合成气象要素垂直剖面图（a）相对湿度（单位： %）， （b）位涡（单位： PVU， 1 PVU=1×10-6 K·m2·kg-1·s-1）， （c）垂直速度（单位： Pa·s-1）， （d）气温（单位： ℃） Fig.5 Vertical profiles of composite meteorological elements for different ice-coating types.（a） relative humidity （unit： %）， （b） potential vorticity （unit： PVU， 1 PVU=1×10-6 K·m2·kg-1·s-1）， （c） vertical velocity （unit： Pa·s-1） and （d） temperature （unit： ℃） |
相对湿度合成图显示， GG型湿层最厚， 从地面到600 hPa均为湿区， 且在800~700 hPa之间相对湿度接近100%， 湿度条件非常好［图5（a）］。位涡是反映大气热力和动力因子的综合物理量（刘还珠和张绍晴， 1996）。图5（b）显示GG型位涡整层均为正值， 在700 hPa附近达到最大1.3 PVU， 说明该类型区域上空天气条件有利于气旋式辐合上升运动的发展。垂直速度合成图显示， GG型在整个气层均为上升运动， 最大在800 hPa高度处， 可达0.2 Pa·s-1， 低层上升运动强度大于高层［图5（c）］。动力和水汽条件的配合有利于降水的产生。
DD型和GD型相对湿度高值层次明显低于其他两种类型， 位于800 hPa附近， 且最大相对湿度80%~85%［图5（a）］。DD型水汽条件略好于GD型， 以弱下沉运动为主， 仅在靠近地面层有微弱上升运动［图5（c）］， 位涡为上正下负， 与DG型位涡垂直分布类似， 但上层的正位涡弱于DG型， 下层的负位涡则强于DG型［图5（b）］。结合前述天气系统的分析可知， 不同类型覆冰形成于冷空气的不同入侵阶段， 其合成的气象要素特征则与之相对应。GD型湿层最薄， 在湿层以上相对湿度值迅速下降， 750 hPa以上均为干层（相对湿度<50%）， 该类型大气湿度条件最差［图5（a）］。GD型在800 hPa以下为上升运动， 对应750 hPa为较强下沉运动［图5（c）］， 500 hPa以下位涡自下而上呈现出正-负-正相间分布［图5（b）］， 其垂直分布不似DG型和DD型。
从气温廓线［图5（d）］来看， 四种类型均存在逆温特征， 自下而上为暖-冷-暖-冷结构。DG型和GG型逆温层更厚、 更高， 逆温特征更明显， 且从750~550 hPa之间存在气温超过0 ℃的融化层。结合图5（a）来看， 融化层及之上的冷层对应干层， 大气中所含冰晶粒子较少， 湿层主要位于融化层以下， 最大湿层对应气温为-8~-2 ℃， 因此这两种类型的降水主要通过暖雨机制形成冻雨（朱辉清， 2006； 王传辉等， 2019； 陶月等， 2012， 2013； Huffman and Norman， 1988； Rauber et al， 2000； 欧建军等， 2011）。此外， 由于静止锋后降水时常常伴有雾出现， 也有研究指出-9~-3 ℃的气温层结有利于形成混合凇（林力等， 2008）， 因此DG型和GG型是以冻雨为主的混合覆冰现象。DD型不存在融化层， 低层湿度较其他类型大， 且动力抬升层次低， 其覆冰可能与冻雾有关。GD型动力抬升作用好于DD型， 但湿度条件最差， 覆冰可能与局地地形或微气象条件有关， 需要结合更精细的资料进一步分析。
6 不同类型覆冰要素空间剖面
针对不同类型分别选择代表观测点制作纬向垂直剖面图（图6）， 分析单点覆冰成因。GG型覆冰主要发生在16日冷空气入侵的前期阶段， 锋区位于102°E附近， 覆冰发生地点位于冷锋后［图6（a）］。从地面到775 hPa为偏北风， 使得低层的气温降到0 ℃以下， 形成冷的下垫面； 向上700~600 hPa转为西南风， 最大风速达16 m·s-1， 西南气流源源不断输送水汽， 水汽主要集中在锋后， 湿区主要集中在650 hPa以下层次， 相对湿度超过90%的湿层厚度接近200 hPa。由于湿区气温在-8~-4 ℃， 粒子以过冷水为主。在低压槽及锋面抬升作用下， 易产生降水， 当过冷水降落到冷的地表物体时可产生冻雨， 形成覆冰。
图6 2023年12月不同类型覆冰气温（等值线， 单位： ℃）、 相对湿度（绿色阴影， 单位： %）及风场（单位： m·s-1）的纬向垂直剖面图（a）16日09:00 GG型沿27.54°N剖面图， （b）17日09:00 DG型沿27.52°N剖面图， （c）20日09:00 GD型沿28.09°N剖面图， （d）22日09:00 DD型沿28.08°N剖面图灰色阴影为地形， 红色三角形为观测覆冰位置 Fig.6 Vertical cross sections of temperature （contours， unit： ℃）， relative humidity （green shading， unit： %） and wind （unit： m·s-1） for different icing types at 27.54°N for GG at 09:00 on December 16， 2023 （a）， at 27.52°N for DG at 09:00 on December 17， 2023 （b）， at 28.09°N for GD at 09:00 on December 20， 2023 （c） and at 28.08°N for DD at 09:00 on December 22， 2023 （d）.The grey shaded area represents the terrain and the red triangles indicate observed ice-coating locations |
DG型覆冰点要素空间配置［图6（b）］与GG型类似， 但低层的偏北风层厚度更薄， 上层西南风增强至24 m·s-1， 相对湿度超过90%的湿层厚度超过150 hPa， 水汽条件充沛， 有利于产生锋面降水。
GD型发生时， 锋面影响已经结束［图6（c）］， 800 hPa及以上层转为西北风控制， 湿层变薄， 云系减少， 地面回温。覆冰点位于山谷的西坡处， 低层弱东南风在地形抬升作用下形成一个局地相对湿度超过90%的湿层， 厚度小于100 hPa， 缺少天气系统的动力抬升条件。
DD型覆冰发生时， 冷空气影响趋于结束， 低层为静风， 自850~600 hPa为弱西南-偏南风， 有一定水汽条件输送， 在800 hPa以下层次存在一个湿度柱， 湿层比GD型厚， 无天气系统对应的动力抬升条件。
GD型和DD型缺乏天气系统的动力抬升条件。考虑到这两个类型的覆冰形成前期有降水， 低层空气湿度大， 特别是DD型， 当天气开始转好时， 夜间辐射降温作用也容易导致山雾的形成， 有时出现雾中伴有小毛毛雨， 因此推测DD型覆冰可能与冻雾及雾中毛毛雨有关。而GD型对应近地面为正位涡， 其覆冰形成可能更多与局地下垫面热力或微地形抬升引起的雾或弱降水有关。
7 结论
云南地处云贵高原， 地形复杂， 滇东及滇东北地区是云南省电线覆冰的重冰区。本文利用多种资料， 针对2023年12月云南昭通地区持续一周的覆冰天气进行了诊断分析， 结论如下：
（1） 本次过程覆冰持续时间长， 覆冰区主要分布在永善县、 镇雄县和昭通市。覆冰分布与地形密切相关， 主要出现在高原北部迎风坡处， 较厚覆冰处对应的地形高度为1500~2000 m。覆冰形成期， 区域上空500 hPa为西风气流或有短波槽影响， 700 hPa为西南风或西南急流， 可提供充沛水汽； 700 hPa有时形成切变线， 配合地面静止锋， 提供了良好的动力抬升条件， 有利于阴雨天气形成， 当低层气温合适时， 可形成积冰。覆冰新增时， 地面常有弱降水（毛毛雨、 雨夹雪、 小雪）和轻雾出现， 气温为-6~1 ℃， 风速为1~3 m·s-1。
（2） 本次过程覆冰类型复杂多样， 不同类型覆冰的出现与天气系统的演变密切相关。GG型出现在冷空气入侵昭通的初始阶段； 当冷暖空气势力相当， 形成对峙局面时， 静止锋形成并维持在昭通南部地区， 有利于形成大范围DG型覆冰， 该类型覆冰出现频次最多。当冷空气影响趋于结束时， 覆冰类型以DD型为主。值得注意的是， 冷空气过境后， 冷高压控制的地区受微地形及局地热力动力因素的影响， 在山坡处也会出现个别点的GD型覆冰， 该类型覆冰出现频次最少。
（3） 总体来说， GG型和DG型覆冰水汽条件较充沛， 系统性上升运动较强， 覆冰是与冻雨（毛毛雨）、 雨夹雪或小雪及雾相关的混合结冰； DD型和GD型覆冰湿层薄， 动力抬升条件弱， 水汽条件也最差。其覆冰形成还需考虑微地形、 微气象作用， 通常与雾或地形弱降水有关。DD型覆冰可能与夜间辐射降温作用下形成的冻雾及雾中毛毛雨有关； 而GD型覆冰的形成可能是与局地下垫面热力或微地形抬升引起的雾或弱降水有关。
需要注意的是， 本文仅仅利用气温、 湿度条件对覆冰进行了初步分类， 并探究了不同类型覆冰的天气成因， 但实际上覆冰形成过程中受多种因素影响， 如不同等级风速对应覆冰发展速度不同， 强风还可能改变覆冰形态； 除了气象因素外， 地形以及电线材质、 直径、 线路走向等均对覆冰过程有重要影响。另外， 由于云南电线覆冰多出现在山区， 气象观测站稀少， 覆冰观测资料也较难获取， 因此本文仅根据天气系统演变等推测出GD型和DD型覆冰成因， 并未深入分析微地形、 微气象条件下覆冰的形成机制， 以上值得后续进一步研究。最后， 本文仅选取一次过程进行分析， 各类型覆冰观测时次样本总体偏少， 因此仅利用平均来进行合成分析， 未做进一步的显著性检验， 未来将收集更多的个例进行检验分析。