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基于常规气象资料的小时标准冰厚模型及验证

邓芳萍 康丽莉 姜瑜君 初金良 刘岩

邓芳萍, 康丽莉, 姜瑜君, 等. 基于常规气象资料的小时标准冰厚模型及验证. 应用气象学报, 2017, 28(2): 142-156. DOI: 10.11898/1001-7313.20170202..
引用本文: 邓芳萍, 康丽莉, 姜瑜君, 等. 基于常规气象资料的小时标准冰厚模型及验证. 应用气象学报, 2017, 28(2): 142-156. DOI: 10.11898/1001-7313.20170202.
Deng Fangping, Kang Lili, Jiang Yujun, et al. An hourly standard ice thickness model using conventional meteorological data with its validation. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 142-156. DOI:  10.11898/1001-7313.20170202.
Citation: Deng Fangping, Kang Lili, Jiang Yujun, et al. An hourly standard ice thickness model using conventional meteorological data with its validation. J Appl Meteor Sci, 2017, 28(2): 142-156. DOI:  10.11898/1001-7313.20170202.

基于常规气象资料的小时标准冰厚模型及验证

DOI: 10.11898/1001-7313.20170202
资助项目: 

公益性行业(气象)科研专项 GYHY201106035

浙江省气象局科技计划项目 2013ZD09

国网浙江省电力公司科信服务采购项目 ZB14-065B-012

详细信息
    通信作者:

    邓芳萍, email:dengfangping@sina.com.cn

An Hourly Standard Ice Thickness Model Using Conventional Meteorological Data with Its Validation

  • 摘要: 在综合考虑雨凇和雾凇积冰增长以及热力融冰和升华脱冰的基础上,建立了一个基于常规气象资料的小时标准冰厚模型。模拟2008年和2013年浙江省两次严重电网覆冰灾害期间的标准冰厚,并用事故线路调查资料、电线积冰观测站和模拟导线拉力监测点的观测资料进行验证分析。结果显示:事故线路的最大标准冰厚观测值与模拟值相关关系达到0.01显著性水平,电线积冰观测站的日标准冰厚观测值与模拟值的平均绝对偏差小于0.6 mm,模拟导线拉力监测点的小时标准冰厚模拟值与观测值的决定系数为0.8093,均方根误差为0.8 mm。说明模型比较准确地描述了天气过程对电线积冰的影响,能够较好地反映标准冰厚的空间分布规律和时间变化特征。
  • 图  1  小时标准冰厚模型的结构流程

    Fig. 1  The structure flowchart of the Hourly Standard Ice Thickness Model

    图  2  电线积冰阶段的判别流程

    Fig. 2  The flowchart for discriminating phases of icing process

    图  3  浙江省2008年1月中旬—2月上旬的小时标准冰厚

    (a)01-12T23:00,(b)01-17T23:00,(c)01-23T11:00,(d)01-26T11:00,(e)01-30T11:00,(f)02-0211:00,(g)02-03T11:00,(h)02-05T23:00

    Fig. 3  Hourly standard ice thickness over Zhejiang Province from mid-Jan to early-Feb in 2008

    (a)2300 BT 12 Jan 2008, (b)2300 BT 17 Jan 2008, (c)1100 BT 23 Jan 2008, (d)1100 BT 26 Jan 2008, (e)1100 BT 30 Jan 2008, (f)1100 BT 02 Feb 2008, (g)1100 BT 03 Feb 2008, (h)2300 BT 05 Feb 2008

    图  4  浙江省2013年1月上旬的小时标准冰厚

    (a)01-02T23:00,(b)01-05T11:00,(c)01-06T11:00,(d)01-07T11:00,(e)01-08T11:00,(f)01-10T17:00

    Fig. 4  Hourly standard ice thickness over Zhejiang Province in the first ten-day period of Jan in 2013

    (a)2300 BT 02 Jan 2013, (b)1100 BT 05 Jan 2013, (c)1100 BT 06 Jan 2013, (d)1100 BT 07 Jan 2013, (e)1100 BT 08 Jan 2013, (f)1700 BT 10 Jan 2013

    图  5  浙江省2008年 (a) 和2013年 (b) 冰灾的最大标准冰厚模拟值及事故线路标准冰厚的测量位置

    Fig. 5  The maximum standard ice thickness from model and sites of collapsed lines with measured standard ice thickness during ice accidents of Zhejiang Province in 2008(a) and 2013(b)

    图  6  2008年 (a) 和2013年 (b) 冰灾事故调查点的最大标准冰厚测量值与模拟值散点图

    Fig. 6  A scatter gram of the measured maximum standard ice thickness against simulated values at the icing accident sites in 2008(a) and 2013(b)

    图  7  2013年1月1—10日模拟导线拉力监测点的小时标准冰厚观测值与实测值

    (a)11M00000000714220,(b)11M00000000715632,(c)11M00000001241605,(d)11M00000001297168,(e)11M00000003114326,(f)11M00000003261116,(g)11M00001617765804,(h)11M00001621741047

    Fig. 7  The measured and simulated hourly standard ice thickness at wire tension monitoring sites from 1 Jan to 10 Jan in 2013

    (a)11M00000000714220, (b)11M00000000715632, (c)11M00000001241605, (d)11M00000001297168, (e)11M00000003114326, (f)11M00000003261116, (g)11M00001617765804, (h)11M00001621741047

    表  1  电线积冰观测站点位置

    Table  1  Location of wire icing observation stations

    序号 站名 纬度 经度 海拔/m
    1 湖州 30.87°N 120.05°E 4.1
    2 杭州 30.23°N 120.17°E 43.2
    3 定海 30.04°N 122.11°E 35.7
    4 金华 29.12°N 119.65°E 64.7
    5 鄞州 29.78°N 121.55°E 6.0
    6 仙居 28.85°N 120.72°E 52.0
    7 临海 28.87°N 121.20°E 6.6
    8 洪家 28.62°N 121.42°E 2.2
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    表  2  模拟导线拉力监测点位置

    Table  2  Location of wire tension monitoring sites

    序号 观测点编号 纬度 经度 海拔/m
    1 11M00000000711808 29.364°N 120.556°E 279.1
    2 11M00000000712678 28.990°N 119.719°E 194.6
    3 11M00000000712687 28.957°N 119.738°E 305.9
    4 11M00000000714220 28.723°N 119.851°E 776.8
    5 11M00000000715333 29.236°N 120.103°E 283.4
    6 11M00000000715390 29.236°N 120.104°E 272.4
    7 11M00000000715551 29.108°N 120.088°E 635.1
    8 11M00000000715558 29.084°N 120.078°E 501.1
    9 11M00000000715618 29.124°N 120.055°E 476.5
    10 11M00000000715629 29.086°N 120.054°E 415.3
    11 11M00000000715632 29.071°N 120.068°E 597.7
    12 11M00000001241605 27.866°N 119.439°E 517.1
    13 11M00000001243837 28.767°N 120.347°E 1021.5
    14 11M00000001243985 28.437°N 119.172°E 857.4
    15 11M00000001245255 28.387°N 120.070°E 665.5
    16 11M00000001294705 28.780°N 118.817°E 274.5
    17 11M00000001297168 28.794°N 118.830°E 334.9
    18 11M00000001298444 29.000°N 118.397°E 331.7
    19 11M00000001299096 28.746°N 118.567°E 249.2
    20 11M00000001300907 28.945°N 119.156°E 327.7
    21 11M00000003114326 28.946°N 121.343°E 564.7
    22 11M00000003261116 29.395°N 120.429°E 604.5
    23 11M00001602707996 28.058°N 120.375°E 599.3
    24 11M00001602721894 28.057°N 120.392°E 669.6
    25 11M00001617765804 28.218°N 120.235°E 400.5
    26 11M00001617765912 28.311°N 120.220°E 213.1
    27 11M00001621741047 29.069°N 121.419°E 337.7
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    表  3  电线积冰观测站点日标准冰厚模拟值和观测值的比较

    Table  3  Comparisons between simulation and observation of daily standard ice thickness at wire icing observation stations

    年份 站名 最大观测
    值/mm
    最大模拟
    值/mm
    观测均方
    差/mm
    模拟均方
    差/mm
    平均绝对偏
    差/mm
    积冰天气
    2008年 湖州 0.00 2.39 0.00 0.61 0.54 雨凇,雨夹雪
    杭州 0.45 0.45 0.08 0.10 0.07 雨凇,雨夹雪
    定海 0.00 0.16 0.00 0.04 0.01 雨夹雪
    金华 4.63 3.99 1.02 0.97 0.47 雨凇,雨夹雪
    鄞州 0.00 0.82 0.00 0.25 0.15 雨夹雪
    仙居 微量 0.37 0.00 0.13 0.04 雨凇,雨夹雪
    临海 0.96 0.95 0.17 0.24 0.06 雨凇,雨夹雪
    洪家 微量 0.08 0.00 0.02 0.01 雨凇,雨夹雪
    2013年 湖州 0.00 0.92 0.00 0.30 0.32 雨夹雪
    杭州 0.00 1.21 0.00 0.40 0.30 雨夹雪
    定海 0.00 0.01 0.00 0.02 0.00
    金华 0.00 1.57 0.00 0.58 0.51 雨夹雪
    鄞州 0.00 0.98 0.00 0.33 0.23 雨夹雪
    仙居 0.00 0.83 0.00 0.29 0.16 雨夹雪
    临海 0.00 0.28 0.00 0.11 0.06
    洪家 0.00 0.09 0.00 0.04 0.02
     注:2008年各站样本量为31,2013年各站样本量为10。
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    表  4  小时标准冰厚观测值与模拟值的统计分析

    Table  4  Statistical analysis of measured and simulated hourly standard ice thickness

    观测点编号 最大观测
    值/mm
    最大模拟
    值/mm
    观测均
    方差/mm
    模拟均
    方差/mm
    决定
    系数
    均方根
    误差/mm
    11M00000000711808 3.70 4.00 1.21 1.54 0.7356 0.63
    11M00000000712678 4.10 4.60 1.13 1.26 0.9287 0.30
    11M00000000712687 5.60 4.90 1.87 1.44 0.9042 0.58
    11M00000000714220 7.20 8.90 2.66 3.29 0.8945 0.86
    11M00000000715333 5.40 4.10 1.78 1.21 0.8118 0.78
    11M00000000715390 5.50 4.10 1.87 1.21 0.7650 0.91
    11M00000000715551 10.40 8.00 3.53 2.83 0.5422 2.40
    11M00000000715558 8.40 7.60 3.12 2.30 0.8524 1.20
    11M00000000715618 7.60 7.00 2.79 2.13 0.8595 1.05
    11M00000000715629 7.60 7.10 2.99 2.20 0.8634 1.11
    11M00000000715632 10.70 8.40 4.27 2.96 0.8340 1.69
    11M00000001241605 2.30 2.30 0.57 0.47 0.8815 0.20
    11M00000001243837 9.50 10.20 3.26 3.83 0.8704 1.18
    11M00000001243985 8.60 6.70 3.19 2.56 0.8765 1.12
    11M00000001245255 7.30 5.20 2.52 1.57 0.5209 1.75
    11M00000001294705 5.10 5.20 1.51 1.61 0.8939 0.49
    11M00000001297168 4.50 5.70 1.49 1.95 0.5384 1.01
    11M00000001298444 4.40 3.80 1.23 1.02 0.6974 0.68
    11M00000001299096 5.60 5.00 1.82 1.57 0.9010 0.57
    11M00000001300907 5.70 5.20 1.83 1.49 0.5823 1.19
    11M00000003114326 7.20 5.80 2.12 1.77 0.9003 0.67
    11M00000003261116 7.10 6.60 2.43 2.37 0.8850 0.83
    11M00001602707996 3.70 2.50 0.72 0.59 0.7207 0.38
    11M00001602721894 3.10 2.50 0.70 0.55 0.9001 0.22
    11M00001617765804 2.90 2.40 0.87 0.69 0.9103 0.26
    11M00001617765912 0.90 1.10 0.19 0.23 0.88857 0.10
    11M00001621741047 6.20 5.60 1.33 1.63 0.8935 0.43
     注:各站样本量均为240。
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  • [1] 电力规划设计总院, 电力工程气象勘测技术规程 (DL/T 5158-2012).北京:中国电力出版社, 2012:23-24.
    [2] 殷水清, 赵珊珊, 王遵娅, 等.全国电线结冰厚度分布及等级预报模型.应用气象学报, 2009, 20(6):722-728. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20090610&flag=1
    [3] 廖玉芳, 段丽洁.湖南电线覆冰厚度估算模型研究.大气科学学报, 2010, 33(4):395-400. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NJQX201004001.htm
    [4] 温华洋, 田红, 唐为安, 等.安徽省电线积冰标准冰厚的气象估算模型.应用气象学报, 2011, 22(6):747-752. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20110613&flag=1
    [5] Zarnani A, Musilek P, Shi X, et al.Learning to predict ice accretion on electric power lines. Eng Appl Artif Intel, 2012, 25(3):609-617. doi:  10.1016/j.engappai.2011.11.004
    [6] Jones K F.A simple model for freezing rain ice loads. Atmos Res, 1998, 46(1):87-97. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169809597000537
    [7] Makkonen L.Modeling of Ice Accretion on Wires. J Climate Appl Meteor, 1984, 23(6):929-939. doi:  10.1175/1520-0450(1984)023<0929:MOIAOW>2.0.CO;2
    [8] Makkonen L, Lozowski E P.Numerical Modelling of Icing on Power Network Equipment, Atmospheric Icing of Power Networks.Springer Netherlands, 2008:83-117.
    [9] 吴息, 孙朋杰, 刘渝, 等.基于雾条件下能见度估算的导线覆冰气象模型.应用气象学报, 2012, 23(6):755-762. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20120613&flag=1
    [10] Degaetano A T, Belcher B N, Spier P L.Short-term ice accretion forecasts for electric utilities using the weather research and forecasting model and a modified precipitation-type algorithm. Wea Forecasting, 2008, 23(5):838-853. doi:  10.1175/2008WAF2006106.1
    [11] Musilek P, Arnold D, Lozowski E P.An ice accretion forecasting system (IAFS) for power transmission lines using numerical weather prediction. SOLA, 2009, 5(1):25-28. https://www.researchgate.net/publication/230751569_An_Ice_Accretion_Forecasting_System_IAFS_for_Power_Transmission_Lines_Using_Numerical_Weather_Prediction
    [12] Pytlak P, Musilek P, Lozowski E, et al.Evolutionary optimization of an ice accretion forecasting system. Mon Wea Rev, 2010, 138(7):2913-2929. doi:  10.1175/2010MWR3130.1
    [13] Drage M A, Hauge G.Atmospheric icing in a coastal mountainous terrain.Measurements and numerical simulations, a case study. Cold Reg Sci Technol, 2008, 53(2):150-161. doi:  10.1016/j.coldregions.2007.12.003
    [14] Nygaard B E K, Kristjánsson J E, Makkonen L.Prediction of in-cloud icing conditions at ground level using the WRF model. J Appl Meteor Climatol, 2011, 50(12):2445-2459. doi:  10.1175/JAMC-D-11-054.1
    [15] Farzaneh M, Savadjiev K.Statistical analysis of field data for precipitation icing accretion on overhead power lines. IEEE T Power Delivery, 2005, 20(2):1080-1087. doi:  10.1109/TPWRD.2004.838518
    [16] Nygaard B E K, Ágústsson H, Somfalvi-Tóth K.Modeling wet snow accretion on power lines:Improvements to previous methods using 50 years of observations. J Appl Meteor Climatol, 2013, 52(10):2189-2203. doi:  10.1175/JAMC-D-12-0332.1
    [17] 廖祥林.导线覆冰性质分类和密度浅析.电力建设, 1994, 15(9):17-25. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLJS409.004.htm
    [18] 郭恒, 马俊.中国电网大规模冰灾事故调查及分析.重庆电力高等专科学校学报, 2010, 15(4):28-31. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CQDL201004008.htm
    [19] Ramer J.An Empirical Technique for Diagnosing Precipitation Type from Model Output.5th International Conference on Aviation Weather Systems, 1993:227-230.
    [20] Fikke S, Ronsten G, Heimo A, et al.COST 727:Atmospheric Icing on Structures Measurements and Data Collection on Icing:State of the Art.2006:22-28.
    [21] Savadjiev K, Farazaneh M.Modeling of Icing and Ice Shedding on Overhead Power Lines Based on Statistical Analysis of Meteorological Data. IEEE T Power Delivery, 2004, 19(2):715-721. doi:  10.1109/TPWRD.2003.822527
    [22] Finstad K J, Lozowski E P, Gates E M.A computational investigation of water droplet trajectories. J Atmos Oceanic Tech, 1988, 5(1):160-170. doi:  10.1175/1520-0426(1988)005<0160:ACIOWD>2.0.CO;2
    [23] 浙江省电力公司, 浙江省电力设计院, 浙江省气象科学研究所. 浙江电网冰区分布图绘制技术报告. 2013: 10-16.
    [24] 王伯民.基本气象资料质量控制综合判别法的研究.应用气象学报, 2004, 15(增刊Ⅰ):50-59. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYQX2004S1008.htm
    [25] 刘小宁, 鞠晓慧, 范邵华.空间回归检验方法在气象资料质量检验中的应用.应用气象学报, 2006, 17(1):37-43. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20060106&flag=1
    [26] 杨萍, 刘伟东, 仲跻芹, 等.北京地区自动气象站气温观测资料的质量评估.应用气象学报, 2011, 22(6):706-715. http://qikan.camscma.cn/jams/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20110608&flag=1
    [27] 龚坚刚, 徐青松, 胡旭光.输电线路覆冰的模拟导线实时监测.电力建设, 2011, 31(12):20-22. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DLJS201012006.htm
    [28] Gultepe I, Isaac G A.Liquid water content and temperature relationship from aircraft observations and its applicability to GCMs. J Climate, 1997, 10(3):446-452. doi:  10.1175/1520-0442(1997)010<0446:LWCATR>2.0.CO;2
    [29] Personne P, Gayet J F.Ice accretion on wires and anti-icing induced by Joule effect. J Appl Meteor, 1988, 27(2):101-114. doi:  10.1175/1520-0450(1988)027<0101:IAOWAA>2.0.CO;2
    [30] Sakamoto Y.Snow accretion on overhead wires. Philos T R Soc A, 2000, 358(1776):2941-2970. doi:  10.1098/rsta.2000.0691
    [31] Bonelli P, Lacavalla M, Marcacci P, et al.Wet snow hazard for power lines:A forecast and alert system applied in Italy. Nat Hazard Earth Sys, 2011, 11(9):2419-2431. doi:  10.5194/nhess-11-2419-2011
    [32] 陈百炼, 吴战平, 张艳梅, 等.贵州冬季电线积冰及其天气成因分析.气象, 2014, 40(3):355-363. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QXXX201403011.htm
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-09-09
  • 修回日期:  2016-11-04
  • 刊出日期:  2017-03-31

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