低温雨雪冰冻灾害对交通运输、能源供应、电力通讯、农业及人民群众生活均会造成严重影响和损失。例如，2008年的低温雨雪冰冻灾害是自1954年以来最严重的冰灾，共有超过8000万人受灾，因灾死亡129人，直接经济损失超1500亿元。自今年1月底开始，我国湖北、湖南、武汉、安徽等多地再次出现大范围低温雨雪冰冻灾害，造成重大损失。据统计，湖北省武汉市汉口站仅2月5日一天的高铁退票数量达到5万张，严重影响了人们的正常出行。本文通过问答的形式，对低温雨雪冰冻灾害的原因进行了梳理，也提出了防治策略建议。

1、 什么是低温雨雪冰冻气象？

降雪或降雨后遇低温形成的积雪、结冰现象称为低温雨雪冰冻气象。日平均气温≤2℃，且有低温雨雪冰冻发生时，该日可记为一个低温雨雪冰冻日。

2、 低温雨雪冰冻灾害气象等级如何划分？

低温雨雪冰冻灾害气象等级各地划分标准不同。以河南省为例，该气象等级依据低温雨雪冰冻气象指数可划分为IV级(轻)、III级(中)、II级(重)、I级(特重)四个级别。日平均气温和最低气温越低，降水量、雪深和持续日数越大，低温雨雪冰冻气象指数越大，灾害气象等级越重。

3、 低温雨雪冰冻的危害有哪些？

低温雨雪冰冻灾害对交通运输、能源供应、电力通讯、农业及人民群众生活均会造成严重影响和损失。例如，道路积冰引发交通事故，高铁接触网积冰导致列车无法正常行驶，机场跑道积冰使得飞机无法正常起飞和降落，电网积冰引发冰闪、断线甚至倒塔，大棚及屋顶积冰引起结构垮塌等等。

4、 我国今年春运期间的低温雨雪冰冻灾害主要是由什么导致的？

2024年春运期间，我国南方出现大范围低温雨雪冰冻灾害，其主要由冻雨和积雪融化再冻结所导致，如图1所示。一般而言，除了暴雪和连续的大雪气象条件外，积雪密度小且与结合面之间的结合强度低，易清除而不会造成严重灾害。相比之下，积冰密度大、结合强度高，难清除而易引发严重冰冻灾害。

图1 2024年春运期间低温雨雪冰冻灾害的主要形成机制

5、 冻雨现象是如何形成的？

冻雨是指温度在0℃以下的雨水，亦称为过冷雨滴，冻雨与物体表面接触时会直接发生结冰现象。冻雨是在特定的天气背景下产生的降水现象，其形成机制如图2所示。

图2 冻雨的主要形成机制示意图

6、 为何冻雨形成的冰冻灾害影响更大？

相比于其他形式的冰冻灾害，冻雨形成的积冰现象具有范围广、速度快、附着强度高且往往伴随着大风的特点，一般的除冰措施无法跟上积冰速度。

7、 为何低温雨雪冰冻灾害常发生于晚冬和早春期间？

在晚冬和早春期间，气温通常较低，湿度较高，易出现降雪、降雨等天气现象。此外，由于季节交替，北方冷空气和南方暖湿空气交汇频繁，易形成大规模的雨雪天气，导致低温雨雪冰冻灾害的发生。

8、 为何我国南方比北方更容易出现低温雨雪冰冻灾害？

北方气候相对干燥，降雪后不易形成持续的冰冻。南方冬季气候温和少雨，地势相对平坦，山脉较少，缺乏阻挡冷空气的天然屏障。当冷空气南下与南方暖湿空气交汇时，导致气温骤降，极易形成低温雨雪冰冻灾害。

9、 常用的防除冰技术有哪些？

常用的防除冰技术主要包括机械除冰、化学除冰、热力除冰以及被动防冰：

①机械除冰技术主要通过力的方式将冰雪从表面清除，这种方法的优点是速度快，效果好，但对环境有一定的影响；

②化学除冰技术是利用化学物质（盐类、糖类）来降低冰的熔点，使其变成液体。这种方法适用于道路除冰和车辆除冰，除冰速率慢且需要注意剂量的控制；

③热力除冰技术主要通过热的方式将冰雪从表面清除，是最为常见的一种除冰方法，效果较好，但可能会增加能源消耗；

④被动防冰技术是通过构建具有防冰功能表面以达到阻止/延迟水滴结冰和降低冰层粘附力的目的。被动防冰技术的难点在于获得稳定高效的防冰表面，目前主要应用形式为超疏水功能涂层。

10、 为何超疏水材料的防冰应用效果不理想？

超疏水材料表面具有微纳米级的凹凸结构以及低表面自由能，使得水滴在其表面的接触角超过150度，很难停留，且其与表面接触面积较小，热传递效率低，如图3（a）所示。上述特性一方面延缓了水滴的结冰过程，另一方面降低了冰与表面之间的粘附力。因此，超疏水表面具有一定的延缓水滴凝固及将液态水滴迅速滚落的效果。但当超疏水表面暴露在应用环境中时，环境中的灰尘颗粒物等易沉积在其微结构中，破坏其结构特征从而引发表面失效，如图3（b）所示。

图3 超疏水材料防冰机制及表面失效示意图

实际上，即便在清洁环境中，过冷水滴撞击在超疏水表面上时，液滴会发生迅速铺展和凝固，因此会在表面形成一层薄冰，破坏其结构特征从而引发表面失效，如图3（c）所示。此外，超疏水表面具有的微小凸起结构往往与铺展的冰膜相互交叉、紧密结合，这会让力学除冰变得比普通表面的结冰更加困难。因此，从原理上讲，任何化学类材料与加工技术制备的超疏水表面，都很难在冻雨类场景中起到防除冰的预期效果。

11、 超疏水材料在防冰方面的应用有何局限？

如图4所示，当超疏水表面在表面温度为0℃以上的时候，可以有效促进水滴滚离表面，具有良好的自清洁功能和防冰效果，属于有效防冰区I；当表面温度0℃以下的时候，如果液滴滚离表面的时间小于其凝固的时间，是对防冰有效的，属于有效防冰区II；反之，如果液滴滚离表面的时间大于其凝固时间，就会在表面上积冰，属于无效防冰区。

图4 超疏水材料表面防冰效果分区图

12、 低温雨雪冰冻灾害的防治手段有哪些？

Ø ①加强预警和监测：建立健全低温雨雪冰冻灾害的预警和监测体系。例如，加强对气象数据的分析和研究，提高预警的准确性和时效性；在重点路段/设施/线路等区域设置高精度的结冰探测器，实时发布预警信息。

Ø ②完善基础设施：加强城市基础设施建设，提高交通、电力、通信等基础设施的抗灾能力。例如，在道路、桥梁、隧道等交通设施重点路段处加装顶盖，或增加热泵加热装置使其表面温度维持在0℃以上，提高其防除冰能力，保证交通畅通。

Ø ③推广防灾减灾技术：积极推广先进的防灾减灾技术，如使用耐寒抗冻的建筑材料、研发高效的除雪除冰设备等。此外，开展相关技术的培训活动并建立反馈机制，以便对技术进行改进和完善。

Ø ④制定应急预案：针对可能出现的低温雨雪冰冻灾害，提前制定详细的应急预案，明确各部门职责和应对措施。例如，提前疏散低温雨雪冰冻灾害预警区域的车辆和人群，减少受灾群体。

Ø ⑤加强宣传教育：通过媒体、网络、宣传册等多种渠道，广泛宣传低温雨雪冰冻灾害的防灾减灾知识，提高公众的防灾减灾意识和能力。

Ø ⑥注重基础研究：冻雨导致高铁故障的三个主要原因分别是铁路接触网覆冰导电不良、道岔结冰转换不灵活、线路积雪列车降速运行，但根本问题是对结霜结冰机理的研究不足；建议从根本上厘清冻雨相关的诸多结霜结冰问题，以开发和优化新型防除冰技术及冰的预测探测技术。

综上所述，低温雨雪冰冻灾害问题成因复杂，与各自工程场景的气象、表界面物性参数等密切相关。尽管各行业在防冰防霜新技术及新材料方面已有诸多科研立项，且已取得诸多成果，但行业上存在“超疏水表面等于防霜防冰表面”等认知误区，以及面对冰雪成灾后交通运载领域“人工除冰扫雪”类被动无奈的窘迫现状。为避免今年春运期间冻雨这一极端气候成灾的反复再现，建议学术界和工业界对结霜结冰相关应用基础研究更加重视。

撰稿：张龙  北京制冷学会会员、北京理工大学结霜实验室特别副研究员、硕士生导师

审核：宋孟杰 北京制冷学会理事、北京理工大学结霜实验室主任、教授、博士生导师

编辑：王晓童