[科普中国]-冻雨

简介

汉语拼音：dòng yǔ冻雨是初冬或冬末春初时节见到的一种天气现象。其气象符号见左图。

当较强的冷空气南下遇到暖湿气流时，冷空气像楔子一样插在暖空气的下方，近地层气温骤降到零度以下，湿润的暖空气被抬升，并成云致雨。当雨滴从空中落下来时，由于近地面的气温低于0°C，电线杆、树木、植被及道路表面都会冻结上一层晶莹透亮的薄冰，气象上把这种天气现象称为“冻雨”。我国南方一些地区把冻雨又叫做“下冰凌”，北方地区称它为“地油子”或者“流冰”。1

冻雨多发生在冬季和早春时期。我国出现冻雨较多的地区是贵州省，其次是湖南省、江西省、湖北省、河南省、安徽省、江苏省及山东省、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。冻雨积聚聚到一定程度时，不仅有害，而且危害不浅。1

历史资料冷雨，寒雨。南朝梁简文帝《玄圃纳凉诗》：“飞流如冻雨，夜月似秋霜。” 唐宋璟《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。”

涷雨，暴雨。冻、涷，《说文》本为两字，暴雨义应作“涷”，因两字形义相近，古籍刊本往往作“冻”。《淮南子·览冥训》：“若乃至于玄云之素朝，阴阳交争，降扶风，杂冻雨，扶摇而登之，威动天地，声震海内。” 高诱 注：“冻雨，暴雨也。” 唐杜甫《枯柟》诗：“冻雨落流胶，冲风夺佳气。”一本作“ 涷 ”。宋黄庭坚《书摩崖碑后》诗：“断崖苍藓对立久，冻雨为洗前朝悲。” 清唐孙华《喜雨》诗：“山云既楼起，冻雨旋盆倾，高下竝沾溉，溪壑皆渟泓。”2

成因入冬，雨落在树木、高楼、山岩、电杆等物体上，立即结成了冰，老百姓习惯叫“滴水成冰”。这种雨在气象学上叫“冻雨”（它的凝聚物叫“雨淞”）；它和人们常说的一般水滴不同，而是一种过冷却水滴（温度低于0℃），在云体中它本该凝结成冰粒或雪花，然而找不到冻结时必需的冻结核，于是它成了碰上物体就能结冻的过冷却水滴。1

形成“冻雨”，要使过冷却水滴顺利地降落到地面，往往离不开特定的天气条件：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℃，这样的大气层结构，使得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，又进入不算厚的冻结层。当继续下降，正准备冻结的时候，已经以过冷却的形式接触到冰冷的物体，形成坚实的“冻雨”。1

形态冻雨落在电线、树枝、地面上，随即结成外表光滑的一层薄冰，冰越结越厚，结聚过程中还边流动边冻结，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，遇上阳光，放射出五彩光芒，煞是好看！但当它的重量超过物体的承载能力的时候，会造成一定灾害。

雨滴与地面或地物、飞机等物相碰而即刻冻结的雨称为冻雨。这种雨从天空落下时是低于0°C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，象一条条冰柱。这种冰层在气象学上又称为“雨凇”或冰凌。3

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，这种冰层可形成“千崖冰玉里，万峰水晶中”的壮美景象。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。3

特征气候特征冻雨厚度一般可达10～20毫米，最厚的有30～40毫米。冻雨发生时，风力往往较大。

据气象专家分析，冻雨是在特定的天气背景下产生的降水现象。在此期间，江淮流域上空的西北气流和西南气流都很强，地面有冷空气侵入，1500至3000米上空又有暖气流北上，大气垂直结构呈上下冷、中间暖的状态，自上而下分别为冰晶层、暖层和冷层。即3000米以上高空大气温度往往在－10℃以下，2000米左右高空，大气温度一般为0℃左右，而2000米以下温度又低于0℃。3

时间特征冻雨大多出现在1月上旬至2月上、中旬的一个多月内，起始日期具有北早南迟，山区早、平原迟的特点，结束日则相反。地势较高的山区，冻雨开始早，结束晚，冻雨期略长。如皖南黄山光明顶，冻雨一般在11月上旬初开始，次年4月上旬结束，长达5个月之久。3

地域特征冻雨以山地和湖区多见；中国南方多、北方少；潮湿地区多而干旱地区少；山区比平原多，高山最多。据统计，江淮流域的冻雨天气，沿淮淮北2～3年一遇，淮河以南7～8年一遇。但在山区，山谷和山顶差异较大，山区的部分谷地几乎没有冻雨，而山势较高处几乎年年都有冻雨发生。1

我国出现冻雨较多的地区是贵州省，其次是湖南、江西、湖北、河南、安徽、江苏，以及山东、河北、陕西、甘肃、辽宁南部等地；新疆北部和天山地区、内蒙古中部和大兴安岭地区东部也会有冻雨出现。贵州是全国出现冻雨最多的省份，一般从每年12月至次年2月是最容易出现冻雨的时候。贵州的威宁被誉为“冻雨之乡”，4威宁的常年冻雨日数可达44.6天。其中1月份最多，平均16.8天，常年12月平均有10.1天。

危害和预防冻雨危害

冻雨风光值得观赏，但它毕竟是一种灾害性天气，它所造成的危害是不可忽视的。公路交通因地面结冰而受阻，交通事故也因此增多。大田结冰，会冻断返青的冬麦，或冻死早春播种的作物幼苗。另外，冻雨还能大面积地破坏幼林、冻伤果树等。

冻雨大量冻结积累后能压断电线和电话线，严重的冻雨会把房子压坍，飞机在有过冷水滴的云层中飞行时，机翼、螺旋桨会积水，影响飞机空气动力性能造成失事。3

当冻雨冻结在电线上时，电线遇冷收缩，再加上冰本身的重量，电线会产生绷断的危险。更严重时，断裂的电线会拉倒电线杆，使电信和输电中断。冻雨降落到公路上，交通会因地面结冰而受阻，同时地面结冰也会增加发生交通事故的几率。飞机在有过冷却水滴的云层中飞行时，机翼、螺旋桨也会受到影响，影响空气动力性能，严重时会造成飞行事故。而大面积的结冰，还会对农作物造成冻害，导致绝收。5

冻雨预防当冻雨发生时，要及时把电线、电杆、铁塔上的积冰敲刮干净；在机场，要及时清理跑道和飞机上的积冰。对于公路上的积冰，及时撒盐溶冰，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。司机朋友在冻雨天气里要减速慢行，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。3

防御指南1.政府及相关部门按照职责做好防冰雹的应急和抢险工作；

2.气象部门适时开展人工防雹作业；

3.户外行人立即到安全的地方暂避；

4.驱赶家禽、牲畜进入有顶棚的场所，妥善保护易受冰雹袭击的汽车等室外物品或者设备；

5.注意防御冰雹天气伴随的雷电灾害。5

冻雨实例1955年，浙赣地区曾因“冻雨”倒毁电杆数百根，南浔、浙赣铁路运可逆热机输一度中断；1987年11月和1989年12月，郑州市先后两次出现“冻雨”，受伤的就有200来人；前苏联西南部地区，一次“冻雨”拆毁、倒翻电杆近万根，造成大面积的电讯中断。

1984年1月中旬后期，受强冷空气影响，贵州、湖南、江西、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，严重可逆热机影响通讯工作。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。因受冰冻天气影响，贵阳客车站停开长途车803班次，农村公共汽车间断停开418班次。湖南长沙附近几个县停开班车339班次；仅临武、资兴两县折断竹、木近500多万根（棵）。贵州有10%提早抽苔的油菜受到冻害。

2008年1月，江西南昌曾因冻雨，市区3小时停电，火车因铁轨冻冰无法驶出，进入南昌火车站，致使几万人拥堵在火车站。我国湖南省遭遇冻雨，导致路面结冰，我国南北大动脉京珠高速湖南段出现交通堵塞。湖南郴州市电缆、电塔等大部分压断、倒塌，导致郴州市停水停电8天。

此次灾害导致贵州黔东南大部分农村停电长达20天以上，直至农历2009年正月初一才恢复用电。居民生产生活严重受损，当地人都说五十年难得一遇。

2010年2月24日至25日凌晨，辽宁省大部分地区降冻雨，是当地自1999年来最严重的一次。此次冻雨造成沈阳至北京间旅客列车停运3列、晚点107列，同时冰雨天气造成沈阳北部地区部分供电中断，致使无法供水。

2013年1月31日早晨，北京冻雨致道路湿滑，望京到太阳宫高架（阜通东大街）100多辆车连环追尾，该路彻底瘫痪。今天（31日）的北京天气成了大杂烩，雾霾未散，雨雪又起，且混杂着冰粒和冻雨，导致路面湿滑，加上能见度很差，对交通影响很大。

今晨08时，北京朝阳、丰台等部分地区出现冻雨，其他地区以雪或雨夹雪为主。据北京市气象台统计，30日20时至31日8时，北京降水较均匀，全市平均在0.1毫米，最大为海淀区凤凰岭0.5毫米。

从交管部门了解到，据不完全统计，截至31日上午11点，“122”接事故报警2000多起，其中多为剐蹭、追尾等一般轻微事故，但由于涉及车辆较多，对路面畅通造成较大影响。6

气象学研究冻雨观测对冻雨的观测是观测站通过直接看到地表物体上的凝结现象来确定，无法通过气象雷达、多普勒仪或其他传统的观测法来观测；但可以通过雷达来间接预计冻雨形成的可能性有多大。雷达信号的反射强度与降水的形式的半径有关。虽然雨比雪反射信号更强，但由于雨滴的半径比雪花小得多，因此从雪融化来的雨并不比之前雪的信号强多少。

然而，在雪刚开始融化的气流层，雪花半径没有太大变化并且雪花上出现水滴，两者效应相加，导致此时的雷达信号的反射强度非常高。因此，在雷达屏幕上见到这种强反射信号，就意味着相应地区上空有暖气流层并且有雪融化，该地区会有降雨或冻雨。如果此时地表温度低于结冰温度，就很有可能形成冻雨。2

冻雨影响2008年发生在中国南方罕见的冰冻雪灾，使全国大范围的铁路停运,航班取消，道路阻塞，而更严重的是湖南、广西、贵州的高压输电线因冰冻不堪重负，塔倒线断，造成大面积停电，究其原因有两种可能性：

1) 在冻雨荷载作用下，输电线的拉力有可能超过其极限拉应力，致使输电线被拉断；

2) 电线塔的设计强度不够,可能在输电线的张拉力下产生很大的顶端位移，从而产生失稳破坏。

输电线的跨中挠度与跨度设计值一般满足f / L ≤0. 125 的条件，因此输电塔—导线模型可以简化为具有柔性支承的微斜索模型进行计算。

选取某一110 kV 输电线路中的一段进行算例分析。塔高34 m,为钢桁架结构,导线跨度400 m,两端等高、铰接支座，导线采用数根分裂导线等价为一根索的简化方法。导线的材料参数如下：L GJ2240/ 40,水平跨度400 m,垂度6. 128 m,自重0. 96 kg/ m,直径21. 66 mm,弹性模量76 000 N/ mm2,初始张力为31. 47 kN。导线的冻雨质量计算方法采用文献[ 6 ]中的方法，取导线冻雨质量为mi = 7. 19 kg/ m。冻雨重量可以简单的看成是以静载的形式加于导线上，成为导线自重的一部分。

计算时取n = 1,2,3 三阶进行计算。

从统计结果可以看出，冻雨荷载作用下输电线的动力响应远远大于无冻雨荷载作用的情况，这种张力的增大使冻雨荷载作用时输电线的张力较无冻雨荷载时易达到其破坏应力。同时，冻雨情况下塔架顶端的位移也出现大幅度增长，最大值可以达到约1 m。这么大的位移会使塔中产生很大的弯矩和剪力，使输电塔产生失稳破坏。还可以看出，塔—线体系中导线较单导线的位移增长了21. 8 %,张力增加了18. 8 %,塔顶位移增长了18. 79 %,这表明塔—线体系对导线以及塔的动力响应有不可忽略的影响。

结论：

1) 冻雨荷载作用下输电线的动张力较无冻雨荷载时大，这种增长幅度可以达到4 倍～5 倍。初步解释了输电线在冻雨荷载作用下拉断的原因。

2) 冻雨荷载作用下的张拉力会使塔顶产生比无冻雨荷载时大的位移，进而引起塔中弯矩和剪力的增大，从而增大输电塔产生失稳倒塌的几率。

3) 塔线体系对导线以及输电塔的动力响应有不可忽略的影响。

同类比较冻雨过后一般会形成雨凇或雾凇的景观。有人将雨凇等同于冻雨，其实两者是有区别的。冻雨是一种特殊类型的降雨和天气现象，而雨凇是冻雨的结果，是一种灾害或景观。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. 1～8 mm;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。

雨凇

雨凇指的是过冷却雨滴碰到冰点附近的地面或地物上,立即冻结而成的坚硬冰层，通常是透明的或毛玻璃状的紧密冰层。雨凇与地表水的结冰有明显不同，雨凇是边降边冻，能立即粘附在裸露物的外表而不流失，形成越来越厚的坚实冰层，从而使被附着物负重加大，发展到一定程度时会对附着物产生直接灾害并引发间接危害。

雨凇最大的危害是使供电和通信线路中断。下雪天时，电线积雪，高压线的钢塔会承受平时2－3倍的电线重量，但是如果电线上有雨凇的话，可能会承受10－20倍的电线重量。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，几公里以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和人民生活。

雨凇也会威胁飞机的飞行安全，飞机在有过冷水滴的云层中飞行时，机翼、螺旋桨会淞附积冰，影响飞机空气动力性能而造成失事。因此，为了冬季飞行安全，现代飞机基本都安装有除冰设备。当路面上形成雨凇时，公路交通会因地面结冰而受阻，交通事故也因此增多，特别是山区公路上地面积冰更加危险，往往易使汽车滑向悬崖，造成车毁人亡。

由于冰层不断地冻结加厚，常会压断树枝，因此雨凇能大面积地破坏幼林、冻伤果树，使林业造成严重损失。坚硬的土壤冰层也能使覆盖在它下面的庄稼糜烂，如果麦田结冰，就会冻断返青的冬小麦，或冻死早春播种的作物幼苗。另外，严重的雨凇还会把房子压塌，危及人们的生命财产安全。

雾凇

雾凇指的是在空气层中水汽直接凝华，或过冷却雾滴直接冻结在地物迎风面上的乳白色冰晶。雾凇俗称树挂。雾凇现象在我国北方是很普遍的，在南方高山地区也很常见，只要雾中有过冷却水滴，并满足一定温度就可形成。通常，被过冷却云雾环绕的山顶上最容易出现雾凇，它也是屋檐上常见的冰冻形式，在寒冷的天气里泉水、河流、湖泊或池塘附近的蒸雾也可形成雾凇。

当地面过冷却雾滴碰撞到同样低于冻结温度的物体时，便会形成雾凇。刚开始，空气中的水蒸气碰上该物体时凝华成固态结成雾凇层或雾凇沉积物，雾凇层由小冰粒构成，在它们之间有气孔，接着无数冰点以下的雾滴随风在雾凇层上不断积聚冻粘，这样便形成雾凇典型的白色不透明的外表和粒状结构。由于各个过冷水滴的迅速冻结，相邻冰粒之间的内聚力较差，易于从附着物上脱落。雾凇是受到人们普遍欣赏的一种自然美景，但是它有时也会成为一种自然灾害。严重的雾凇有时也会将电线、树木压断，造成损失。

雾凇对自然环境、人类健康具有一定的益处。现代都市空气质量的下降是让人担忧的问题，雾凇是天然“空气加湿器”和“负氧离子发生器”。噪音是现代都市生活给人们带来的一个有害副产品，雾凇具有一定的消噪能力，是环境的天然“消音器”。此外，雾凇融化产生的水分，对北方越冬作物有利。7

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（3 000 m以下）有丰富的过冷却水，气层温度在0 ～- 15 ℃，有丰富的凝结核和水汽供应。

冻雨、凝冻与冰冻冻雨，在贵州各地普遍称为“凝冻”或“桐油凝”，在现代汉语词典中的解释为凝结、冻结，即是由过冷水滴、雾滴与温度低于0℃的地面物体碰撞冻结形成的现象，北方亦称“冰冻”。其实凝冻和冰冻既有相同点又有不同点：两者的结果一样，但冰冻是一个慢变过程，而凝冻是一个快变过程。

凝冻与冻雨和雪也有一定的联系和区别，冻雨是产生凝冻的主要气象因子，湿雪有时也会产生凝冻，但干雪一般不会；区别是冻雨和雪属于天气现象，是过程，而凝冻是结果，不属于天气现象。气象上常以电线积冰的直径和持续时间来表征凝冻强度。8