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2010年1月,在湖北恩施雷达站进行了电线积冰外场观测,本文利用雾滴谱、雨滴谱、积冰直径资料以及气象常规观测资料,分析了一次典型积冰过程的发展、维持和崩塌三个阶段的特征和物理机制,然后利用一个包含液滴碰撞电线和电线表面热平衡过程的模式对这次积冰的物理机制进行模拟,并分析了各个物理量对积冰过程的影响。
观测分析表明,积冰与空气温度、液水含量、相对湿度、电线悬挂高度、风速和风向等有关。在积冰的发展阶段,由于地面温度低,空气中液水含量较高,使积冰形成并发展较快。但并不是含水量越大越利于积冰,当含水量达到一定阈值时,碰撞电线的水滴会来不及冻结,水滴会随着重力作用或风的拖曳作用掉落。维持阶段空气温度很低,但空气中液水含量很小,积冰很难发展。由于积冰多数由雾滴冻结形成,粘附力较低,当温度升高时,积冰直接脱落。
模拟试验结果表明:电线积冰模式能够较好地模拟出积冰的形成、发展、维持过程和积冰类型,模拟的积冰直径随时间的演变与观测结果较为一致,但模拟值比实测低且维持阶段的持续时间比实际观测的持续时间短,这是因为在积冰期间未观测到风速资料,在模拟过程中,假设风速为常数,且风向与电线垂直。
敏感性试验表明:在湿增长过程中,冻结系数与环境温度成反比,当温度达到使湿增长转变为干增长时,冻结系数为1;而风速对电线积冰却有两个互相对立的影响,一是碰撞效率随风速的增大而增大,另一个是冻结率随风速的增大而减小;电线直径的大小对积冰也有重要影响,电线越粗积冰直径越小,但积冰重量大。