冰暴：了解冻雨及其对全球基础设施的影响

冰暴，以冻雨为特征，是全球最具破坏性和毁灭性的天气现象之一。虽然视觉上令人惊叹，但积冰会瘫痪基础设施，扰乱交通，并危及生命。本文全面概述了冰暴，重点关注冻雨背后的科学原理、其对关键基础设施的广泛影响以及缓解和恢复策略。

什么是冰暴？了解冻雨

当过冷雨降落在温度等于或低于冰点（0°C或32°F）的表面时，就会发生冰暴。这种过冷水在接触时会立即结冰，形成一层冰釉。形成冰暴所需的大气条件非常特殊，涉及温度逆温和降水的复杂相互作用。

冻雨的形成

这个过程通常按以下步骤展开：

• 高空暖空气：地表浅层冷空气之上存在一个暖空气层。
• 雪的形成：降水始于高层大气，那里的温度远低于冰点，以降雪的形式开始。
• 下降过程中融化：当雪花穿过暖空气层时，它会融化成雨。
• 过冷：雨水随后进入地表附近的浅层冷空气中。关键是，雨水没有足够的时间完全冻结成冰丸（冻雨）。相反，它变得过冷，意味着即使其温度低于冰点，它仍保持液态。
• 接触时结冰：当过冷雨接触到温度等于或低于冰点的表面时，它会立即结冰，形成一层冰壳。

冻雨的持续时间和强度决定了积冰的厚度。即使是一层薄冰也可能很危险，而更厚的积冰可能导致大范围的破坏。

对全球关键基础设施的影响

冰暴对世界各地关键基础设施的各个方面构成重大威胁。积冰的重量加上风力，可能导致灾难性故障。

电网：主要目标

电网特别容易受到冰暴的影响。积聚在电线上的冰的重量可能导致电线松垂、断裂和倒塌。冰还会压垮树木，导致树木倒在电线上，从而引发大范围停电。

示例：

• 1998年北美冰暴：这次事件影响了加拿大和美国的部分地区，导致持续数周的大范围停电。数百万人没有电力供应，经济影响巨大。这场风暴对电线和基础设施造成了广泛破坏，突显了即使是发达国家也难以抵御严重冰暴。
• 2010年俄罗斯冰暴：这场风暴使莫斯科及周边地区陷入瘫痪，造成了严重的停电、交通中断和重大的经济损失。这场风暴展示了冰对现代城市中心的影响，强调了建立有弹性的电力系统的必要性。
• 北欧：北欧许多国家在冬季经常经历冰暴，导致局部停电和中断。瑞典和芬兰等国已实施特定的电网加固措施以减轻这些风险。

交通网络：地面冻结

道路、桥梁和跑道上的积冰使交通变得极其危险。湿滑的路况增加了事故风险，并可能导致道路封闭和航班取消。

示例：

• 道路封闭：冰暴通常导致主要高速公路和道路关闭，扰乱商业活动，并阻碍紧急服务人员到达需要帮助的人那里。许多地区严重依赖盐和除冰化学品在冻雨事件期间保持道路通畅。
• 机场关闭：飞机机翼上的积冰会显著减少升力并增加阻力，使飞行极其危险。机场在冰暴期间经常被迫关闭，导致航班取消和延误，影响全球旅行。除冰程序对于维持安全运营至关重要。
• 铁路运输：冰也会影响铁路系统，冻结道岔并导致信号故障。

通信系统：因冰而中断

与电线一样，通信塔和电缆也容易受到积冰的影响。增加的重量可能导致塔架倒塌和电缆断裂，从而中断电话、互联网和移动服务。

示例：

• 农村地区：通常依赖地上通信线路的农村地区，在冰暴期间特别容易出现通信中断。通信中断会妨碍这些地区的紧急响应工作。
• 紧急服务：通信系统的故障会严重影响紧急服务，妨碍调度救护车、警察和消防部门。

供水和卫生设施：管道冻结与污染风险

冰暴还会影响供水和卫生系统。冰冻温度可能导致水管爆裂，造成缺水和财产损失。停电还可能扰乱水处理厂和污水系统的运行，可能导致水污染和公共健康风险。

示例：

• 管道爆裂：在不习惯长时间冰冻温度的地区，家庭和企业的防寒隔热可能不足，导致管道爆裂的风险更高。
• 水处理：备用发电对于确保水处理和污水处理厂在冰暴引起的停电期间继续运行至关重要。

增加脆弱性的因素

有几个因素会加剧冰暴对基础设施的影响：

• 老化的基础设施：老化的基础设施更容易受到冰暴的破坏。定期维护和升级对于确保关键系统的弹性至关重要。
• 投资不足：对基础设施改善的投资不足可能使社区在冰暴的毁灭性影响面前变得脆弱。
• 气候变化：新的研究表明，气候变化可能正在改变某些地区冰暴事件的频率和强度。气温升高会增加大气湿度，可能导致更多的冻雨。
• 地理位置：由于特定的天气模式和地形特征，某些地理位置更容易发生冰暴。

缓解和恢复策略：为冰雪做准备

虽然完全防止冰暴是不可能的，但采取积极措施可以显著减少其影响并增强恢复力。

基础设施加固

定义：加强基础设施以承受冰和风的重量。这包括使用更坚固的材料、加固结构以及实施考虑积冰的设计标准。

示例：

• 加固电线：用更坚固、更耐用的电线替换旧电线，以承受冰的重量。使用复合材料代替传统钢材也可以提高弹性。
• 电线地下化：将电线埋入地下是保护它们免受冰暴影响的有效但昂贵的方法。这在冰暴事件风险高的地区尤其有益。
• 树木修剪和管理：实施积极的树木修剪和植被管理计划，以清除在冰暴期间可能倒在电线上的树木。

预警系统和预报

定义：开发准确的预警系统，以及时提供有关即将到来的冰暴的警报。这使社区能够做好准备并采取必要的预防措施。

示例：

• 先进的天气模型：利用先进的天气模型更准确地预测冰暴事件。改进的预报可以为应急响应人员和公众提供宝贵的准备时间。
• 公共警报系统：实施公共警报系统，通过手机、广播和电视向居民发布警告和信息。

应急准备和响应

定义：制定全面的应急准备和响应计划，以应对冰暴的潜在影响。这包括储备基本物资、培训应急人员和建立通信协议。

示例：

• 社区避难所：建立配备供暖、食物和水的社区避难所，为断电的人们提供庇护。
• 应急响应小组：培训应急响应小组，以应对冰暴引起的停电、交通中断和其他紧急情况。
• 备用发电机：确保医院、紧急服务和水处理厂等关键设施配备备用发电机，以在停电期间维持运行。

社区教育和意识

定义：教育公众了解与冰暴相关的风险，并提供如何准备和保持安全的指导。这包括提高对潜在危害的认识和传播安全措施信息。

示例：

• 公共服务公告：制作和分发公共服务公告，向公众宣传冰暴危害和安全提示。
• 教育讲座：举办教育讲座和研讨会，培训居民如何为冰暴做准备并安全应对。
• 在线资源：开发网站和社交媒体页面等在线资源，提供有关冰暴的信息和更新。

投资于研究与开发

定义：投资于研究与开发，以增进我们对冰暴的了解，并开发新技术以减轻其影响。这包括研究结冰机制、开发更有效的除冰方法以及设计更具弹性的基础设施。

示例：

• 结冰研究：进行研究，以更好地了解不同表面和结构上的结冰机制。
• 除冰技术：为道路、跑道和电线开发更有效、更环保的除冰技术。
• 弹性基础设施设计：设计更能抵抗冰暴影响的新基础设施。

气候变化的作用

虽然将单个冰暴直接归因于气候变化是复杂的，但人们越来越担心气候变化可能正在影响某些地区这些事件的频率和强度。气温升高会导致大气湿度增加，可能增加冻雨的可能性。急流模式和风暴路径的变化也可能导致冰暴发生的变化。

结论：建设一个更具弹性的未来

冰暴对全球关键基础设施构成重大且日益增长的威胁。了解冻雨背后的科学原理，认识到其对电网、交通网络和通信系统的广泛影响，并实施积极的缓解和恢复策略，对于保护社区和确保更具弹性的未来至关重要。通过投资于基础设施加固、预警系统、应急准备、社区教育以及研究与开发，我们可以显著减少冰暴的毁灭性影响，建设一个更可持续和更有弹性的世界。

将冰暴影响降至最低的关键在于采取多方面的方法，结合技术进步、积极规划和社区参与。只有通过共同努力，我们才能有效地准备和应对这些具有挑战性的天气事件。