凍雨天氣概述
當較強的冷空氣南下遇到暖濕氣流時，冷空氣像楔子一樣插在暖空氣的下方，近地層氣溫驟降到零度以下，濕潤的暖空氣被抬升，並成雲致雨。當雨滴從空中落下來時，由於近地面的氣溫很低，在電線桿、樹木、植被及道路表面都會凍結上一層晶瑩透亮的薄冰，氣象上把這種天氣現象稱為“凍雨”。我國南方一些地區把凍雨又叫做“下冰凌”，北方地區稱它為“地油子”或者“流冰”。雨滴與地面或地物、飛機等物相碰而即刻凍結的雨稱為凍雨。這種雨從天空落下時是低於0°C的過冷水滴，在碰到樹枝、電線、枯草或其他地上物，就會在這些物體上凍結成外表光滑、晶瑩透明的一層冰殼，有時邊凍邊淌，象一條條冰柱。這種冰層在氣象學上又稱為“雨凇”或冰凌。凍雨是過冷雨滴或毛毛雨落到溫度在冰點以下的地面上，水滴在地面和物體上迅速凍結而成的透明或半透明冰層，這種冰層可形成“千崖冰玉里，萬峰水晶中’的壯美景象。如遇毛毛雨時，則出現粒凇，粒凇表面粗糙，粒狀結構清晰可辨；如遇較大雨滴或降雨強度較大時，往往形成明冰凇，明冰凇表面光滑，透明密實，常在電線、樹枝或艦船上一邊流一邊凍，形成長長的冰掛。凍雨多發生在冬季和早春時期。我國出現凍雨較多的地區是雲貴高原地區，尤其是貴州省，其次是湖南省、江西省、湖北省、河南省、安徽省、江蘇省及山東省、河北省、陝西省、甘肅省、遼寧省南部等地，其中山區比平原多，高山最多。雨水從空中落下來結成冰，這種冰積聚到一定程度時，不僅有害，而且危害不淺。
凍雨天氣危害
凍雨風光值得觀賞，但它畢竟是一種災害性天氣，它所造成的危害是不可忽視的。電線結冰後，遇冷收縮，加上凍雨重量的影響，就會繃斷。有時，成排的電線桿被拉倒，使電訊和輸電中斷。公路交通因地面結冰而受阻，交通事故也因此增多。大田結冰，會凍斷返青的冬麥，或凍死早春播種的作物幼苗。另外，凍雨還能大面積地破壞幼林、凍傷果樹等。凍雨厚度一般可達10～20毫米，最厚的有30～40毫米。凍雨發生時，風力往往較大，所以凍雨對交通運輸，特別對通訊和輸電線路影響更大。據氣象專家分析，凍雨是在特定的天氣背景下產生的降水現象。在此期間，江淮流域上空的西北氣流和西南氣流都很強，地面有冷空氣侵入，1500至3000米上空又有暖氣流北上，大氣垂直結構呈上下冷、中間暖的狀態，自上而下分別為冰晶層、暖層和冷層。即3000米以上高空大氣溫度往往在－10℃以下，2000米左右高空，大氣溫度一般為0℃左右，而2000米以下溫度又低於0℃。凍雨大多出現在1月上旬至2月上、中旬的一個多月內，起始日期具有北早南遲，山區早、平原遲的特點，結束日則相反。地勢較高的山區，凍雨開始早，結束晚，凍雨期略長。如皖南黃山光明頂，凍雨一般在11月上旬初開始，次年4月上旬結束，長達5個月之久。據統計，江淮流域的凍雨天氣，沿淮淮北2～3年一遇，淮河以南7～8年一遇。但在山區，山谷和山頂差異較大，山區的部分谷地幾乎沒有凍雨，而山勢較高處幾乎年年都有凍雨發生。凍雨是一種災害性天氣，它大量凍結積累後能壓斷電線和電話線，嚴重的凍雨會把房子壓坍，飛機在有過冷水滴的雲層中飛行時，機翼、螺旋槳會積水，影響飛機空氣動力性能造成失事。
凍雨天氣預防‍
消除凍雨災害的方法，主要是在凍雨出現時，發動輸電線沿線居民不斷把電線上的雨凇敲刮乾淨；在飛機上安裝除冰設備或乾脆繞開凍雨區域飛行。
對於公路上的積冰，及時撒鹽溶冰，並組織人力清掃路面。如果發生事故，應當在事發現場設定明顯標誌。在凍雨天氣里，人們應儘量減少外出，如果外出，要採取防寒保暖和防滑措施，行人要注意遠離或避讓機動車和非機動車輛。司機朋友在凍雨天氣里要減速慢行，不要超車、加速、急轉彎或者緊急制動，應及時安裝輪胎防滑鏈。
輸電線在凍雨載荷下的動力回響
2008 年發生在國內南方罕見的冰凍雪災,使全國大範圍的鐵路停運,航班取消,道路阻塞,而更嚴重的是湖南、廣西、貴州的高壓輸電線因冰凍不堪重負,塔倒線斷,造成大面積停電,究其原因有兩種可能性:
1、在凍雨荷載作用下,輸電線的拉力有可能超過其極限拉應力,致使輸電線被拉斷;
2 、電線塔的設計強度不夠,可能在輸電線的張拉力下產生很大的頂端位移,從而產生失穩破壞。
輸電線的跨中撓度與跨度設計值一般滿足f / L ≤0. 125 的條件,因此輸電塔—導線模型可以簡化為具有柔性支承的微斜索模型進行計算。
選取某一110 kV 輸電線路中的一段進行算例分析。塔高34 m ,為鋼桁架結構,導線跨度400 m ,兩端等高、鉸接支座,導線採用數根分裂導線等價為一根索的簡化方法。導線的材料參數如下:L GJ2240/ 40 ,水平跨度400 m ,垂度6. 128 m ,自重0. 96 kg/ m ,直徑21. 66 mm ,彈性模量76 000 N/ mm2 ,初始張力為31. 47 kN。導線的凍雨質量計算方法採用文獻[ 6 ]中的方法,取導線凍雨質量為mi = 7. 19 kg/ m。凍雨重量可以簡單的看成是以靜載的形式加於導線上,成為導線自重的一部分。
計算時取n = 1 ,2 ,3 三階進行計算。
從統計結果可以看出,凍雨荷載作用下輸電線的動力回響遠遠大於無凍雨荷載作用的情況,這種張力的增大使凍雨荷載作用時輸電線的張力較無凍雨荷載時易達到其破壞應力。同時,凍雨情況下塔架頂端的位移也出現大幅度增長,最大值可以達到約1 m。這么大的位移會使塔中產生很大的彎矩和剪力,使輸電塔產生失穩破壞。還可以看出,塔—線體系中導線較單導線的位移增長了21. 8 % ,張力增加了18. 8 % ,塔頂位移增長了18. 79 % ,這表明塔—線體系對導線以及塔的動力回響有不可忽略的影響。
結論：
1、凍雨荷載作用下輸電線的動張力較無凍雨荷載時大,這種增長幅度可以達到4 倍～5 倍。初步解釋了輸電線在凍雨荷載作用下拉斷的原因。
2、凍雨荷載作用下的張拉力會使塔頂產生比無凍雨荷載時大的位移,進而引起塔中彎矩和剪力的增大,從而增大輸電塔產生失穩倒塌的幾率。
3、塔線體系對導線以及輸電塔的動力回響有不可忽略的影響。‍
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