冻雨、冻毛毛雨和冻雾天气会严重影响电力、通讯、交通、农业和经济等活动，如2008年1月发生在我国南方的大范围、长时间的严重低温雨雪冰冻天气(陶诗言和卫捷，2008;李崇银等，2008)。在冻雨、冻毛毛雨和冻雾的天气情况下，容易形成雨凇或雾凇(吴兑，2008)，会带来灾害性后果，如由于电线积冰引起电力事故或通讯线路的中断;铁轨和路面积冰，妨碍铁路和公路运输;或者因积冰冻伤、压死农作物，对农业及畜牧业造成极大危害。此外，在此类天气条件下飞行，可能会因飞机机身表面形成积冰，影响飞机性能而造成飞行事故。因此，冰冻天气作为一种重要气象灾害会对社会经济和人民生产生活造成巨大影响，对此类灾害性冰冻天气的变化特征及形成原因的深入研究，有助于提高对此类天气的预警预报能力，从而达到防灾减灾的目的。

冰冻现象主要由雨凇、雾凇、湿雪冻结而成的天气状况(Makkonen，2000)。美国气象学者将冻雨(Freezing rain)、冻毛毛雨(Freezing drizzle)和冻雾(Freezing fog)统称为冻结降水(Glickman，2000)。当地面观测到冰粒(Ice Pellets)时，高空会有冻雨(Hanesiak and Stewart，1995)。当地面观测到冻雨、冻毛毛雨或冰粒时，在低层大气会产生比较严重的积冰(Bernstein and Brown，1997;Bernstein，2000)。因此，地面冻雨、冻毛毛雨和冻雾的观测可以用来部分代表过冷却水的积冰环境(Cortinas et al.，2004)。

关于冰冻天气的气候特征研究主要包括对其区域分布、时间分布、变化特征、持续时间、发生频次、气象条件的分析。冻雨和冻毛毛雨在一年四季都有可能发生，如在加拿大北部6、7和8月(Stuart and Isaac，1999;Houston and Changnon，2007)均出现过冻雨和冻毛毛雨，但主要发生在11月至来年3月(Robbins and Cortinas，1996;Changnon，2003)。地理位置越北，冻雨和冻毛毛雨逐渐减少;同时，冻毛毛雨的出现频次高于冻雨。冻结降水的持续时间一般比较短(Cortinas et al.，2004)，但具有中尺度的时空特征(Branick，1997;Cortinas et al.，2004)。冻雨产生时地面温度会低于0℃(Cortinas et al.，2004)。温度在−2.2~0℃，露点温度在−2.8~0.6℃，风速在4.0~5.9 m s⁻¹时冻雨发生频率最大(Houston and Changnon，2007)。冻雨和冻毛毛雨出现时一般不会伴有其他类型降水(Cortinas et al.，2004)。

我国关于冰冻天气的气候特征研究也取得了一些重要成果。中国大部分地区的冰冻天气以雨凇和雾凇为主，在我国的云、贵、川、粤北等地区较为常见，尤其在严冬和初春季节(谭冠日等，1985;王守礼，1993)。中国年平均雨凇日数南方多于北方，而雾凇日数北方多于南方;雨凇和雾凇都是潮湿地区较干旱地区多，山区比平原多(张家诚，1991)。

冰冻天气的分布具有较强的区域性特征(王遵娅，2011)。三峡地区是我国典型的雾凇区(蒋兴良等，1998);湖南雨凇空间分布呈现为南多北少、东多西少、迎风坡多、背风坡少的特征(廖玉芳等，2012)。贵州省冰冻日数从西向东、从中部向南北两侧递减(杨利群，1999;张宇发，1999;叶茵等，2007);贵阳冻雨频次的空间分布均呈由东北向西南减少的趋势(黄世芹等，2012);江苏西北部地区的冰冻发生得多，而东南部出现得少(孙燕等，2013)。

我国冻雨一般从11月开始到来年3月结束，以1月居多(占72%)。冻雨多发生在长江以南区域，占总数的90%以上。出现冻雨时地面温度(百叶箱温度)均低于0℃(欧建军等，2011)。日平均温度0℃，日最低气温−2℃，平均风速1.5 m s⁻¹是最适宜产生冰冻天气的条件(王遵娅等，2011)。我国大部分地区冰冻天气呈现出显著的年代际和年际变化特征(廖玉芳等，2012;宗志平等，2013)，在全球变暖背景下，从上世纪90年代开始发生频次减少而强度增强(赵珊珊等，2010;王遵娅，2011;宗志平等，2013)。

从已有研究可以看出，我国全国范围的冰冻天气的分析是基于气象站的逐日气象观测资料(赵珊珊等，2010;王遵娅等，2011;王遵娅，2011;宗志平等，2013)或常规气象观测资料(欧建军等，2011)。同时，气象业务上将冰冻天气分为雨凇和雾凇两种情况。由于这些资料的时间分辨率及天气现象的记录不足，难以对冻雨、冻毛毛雨和冻雾的详细气候特征进行系统分析。我国自动气象站的扩建给精细化分析研究带来了可能性，但观测资料在时间和空间上的密度不足(杨萍等，2013)，利用自动气象站小时资料对冰冻天气的气候特征进行研究还未能开展。

为进一步了解我国冰冻天气的气候特征，本文基于全国202个民航机场的一小时或半小时一次的航空气象地面例行观测和出现冰冻天气时的特殊观测资料，分析了我国冻雨、冻毛毛雨和冻雾天气发生的区域分布、时间分布、持续时间和气象条件等特征，可为提高冰冻天气形成的认识和预报准确率提供参考。

本文所用资料是2011~2013年间中国202个机场约455万个时次例行观测(每小时或半小时一次)和出现重要天气现象变化时的特殊观测，各机场观测站点分布如图 1所示。观测资料的获取依据中华人民共和国民用航空行业标准MH/T 4016.-2007所规定的观测仪器和设施按照规范(中国民用航空局，2007)进行观测和报告(中国民用航空局空管行业管理办公室，2007)。由于在实际观测记录中会将冰粒与小冰雹进行误判(Cortinas et al.，2004)，即地面观测记录的是冰粒，实际可能是小冰雹。因此，在分析冰冻天气时没有包含冰粒数据。在分析中，如果某机场某时次的例行观测或特殊观测有冻雨、冻毛毛雨或冻雾发生，则定义为一个冰冻天气观测记录。最终得到248个时次冻雨(其中19个时次特殊观测)，303个时次冻毛毛雨(其中8个时次特殊观测)和14551个时次的冻雾(其中1451个时次特殊观测)观测记录。

图 1 机场观测站点分布Fig.1 The spatial distribution of weather observation stations at civil airports used in this study

在分析冰冻天气区域分布特征时，选用2011~2013年间具有3年记录的机场(共176个机场)观测数据。为便于站点之间进行比较，统一选用整点的小时观测资料。

目前，在研究冻雨强度时常用发生次数(赵珊珊等，2010;宗志平等，2013)和事件持续时间(严小冬等，2009)。冰冻天气的次数和持续时间通过统计连续的小时观测资料来得到(Cortinas et al.，2004)。如有两次冻雨的观测报告，但观测间隔超过1小时，这样冻雨计为两次冻雨，每次冻雨的持续时间计为1小时，此时计算的持续时间为最大可能持续时间，误差不超过1小时。基于上述定义:如某机场分别在08时、09时和11时观测到冻雨。那么统计时认为08时和09时是一个连续的冻雨过程，这个冻雨过程的持续时间为2小时;11时是另外一个冻雨过程，这个冻雨过程的持续时间为1小时。该机场08时、09时和11时计为3个时次的观测。但是这3个时次的冻雨观测是2次冻雨过程，第1次持续时间为2小时，第2次持续时间为1小时。Cortinas(2000)研究表明由于冻雨这类冰冻天气通常不会持续较长时间，在此期间不会有其他类型的降水，增加间隔时间不会显著改变其分布特征。最终得到71次冻雨，81次冻毛毛雨和2417次冻雾。

如果在样本较少的情况下，数据呈非正态分布，为减少误差，避免个别极端事件的影响，使结果更有统计意义，采用中值和平均值等统计指标(Roberts and Stewart，2008)。

在分析各气象要素特征时，剔除相关气象要素缺测的记录及数据不合理的记录(如露点温度低于−50℃、温度露点差为负值等)，各样本数统计如表 1所示。

表 1(Table 1)

表 1 样本数统计表(其中冰冻天气次数与持续时间的样本数相同,月份与小时的样本数相同) Table 1 Statistics of the freezing weather event samples.The number of freezing weather samples is equal to the frequency of their duration,and the number of months is equal to that of hours 样本数 冻雨 冻毛毛雨 冻雾 冰冻天气次数、持续时间 71 81 2417 月份、小时 199 250 10099 温度 248 303 14501 露点温度 248 303 14498 露点温度差 248 303 14495 风速 248 305 14451 风向 226 277 11849 天气现象 248 305 14551

表 1 样本数统计表(其中冰冻天气次数与持续时间的样本数相同,月份与小时的样本数相同) Table 1 Statistics of the freezing weather event samples.The number of freezing weather samples is equal to the frequency of their duration,and the number of months is equal to that of hours

在分析冰冻天气的时间分布时，将民航观测中使用的协调世界时(UTC)转换为所在时区的地方时(LT)，并用5点3次中心平滑法对数据进行平滑处理。

如图 2a，c，e所示，在我国大部分地区都发生过冰冻天气，冰冻天气的分布具有明显的区域性特征，集中分布在我国的中部、东北、西南和新疆等地区。

图 2 2011~2013年冰冻天气的年平均次数:(a)冻雨;(c)冻毛毛雨;(e)冻雾。冰冻天气的持续时间中值:(b)冻雨;(d)冻毛毛雨;(f)冻雾Fig.2 Average annual number of events during 2011–2013 of (a) freezing rain, (b) freezing drizzle, and (c) freezing fog; median durations of (d) freezing rain, (e) freezing drizzle, and (f) freezing fog

在我国华北、华中、华东、西南、新疆及东北地区都有冻雨发生，但冻雨最容易发生在长江上游以南的西南地区(共24次，占冻雨总数的33.80%)和长江下游的湖南、江西、安徽、江苏等省的局部地区(共计19次，占冻雨总数的26.76%)。发生在长江流域的冻雨次数为43次，占冻雨总数的60.56%。另外在新疆的局部地区(共16次，占冻雨总数的22.54%)也比较容易发生冻雨。华南南部地区以及海南地区没有冻雨发生。冻毛毛雨的分布特征和冻雨类似，在研究的2011~2013年间，发生频次比冻雨小。这些分布特征结果与赵珊珊等(2010)、王遵娅(2011)、宗志平等(2013)研究得到的关于冻雨的分布特征基本一致。虽然所用数据站点的地理位置不同，出现最强冻雨和冻毛毛雨的时间和位置有所不同，但冰冻天气的地区分布特征基本一致。

在本文分析的冻雨、冻毛毛雨和冻雾三种冰冻天气中，冻雾是相对常见，分布较广的冰冻天气。除在华南部分地区以及三亚地区没有出现过冻雾外，在我国大部分地区都发生过冻雾。冻雾主要分布在我国长江以北的华北和华中地区(共1243次，占冻雾总数的51.43%)、新疆北部(共439次，占冻雾总数的18.16%)以及东北东部(共364次，占冻雾总数的15.06%)等地。新疆北部的乌鲁木齐和伊宁是出现冻雾最集中的两个地区，分别为194次(8.03%)和97次(4.01%)。整体而言，冻雾的分布地区比冻雨和冻毛毛雨的分布地区偏北。

由图 2可以看出，冻雨和冻毛毛雨的年平均次数高值区和持续时间较长区有较好的对应(冻雨的年平均次数和持续时间的相关系数为0.63，冻毛毛雨的年平均次数和持续时间的相关系数为0.77，为强相关)。说明在冻雨或冻毛毛雨的频发区，冻雨或冻毛毛雨的持续时间也较长。如果不区分冻雨和冻毛毛雨，冻雨和冻毛毛雨的年平均次数和持续时间的相关系数为0.66。宗志平等(2013)研究发现冻雨的持续时间(以天数为单位)和冻雨站次数之间存在显著的相关性(相关系数0.73)，与本文结论基本一致。结果间存在差异的主要原因是本文使用的是冻雨的过程次数和冻雨的持续时间(以小时数为单位)。另外，常规气象观测中雨凇包括冻雨和冻毛毛雨，而本文使用的观测资料区分了冻雨、冻毛毛雨和冻雾等天气情况。

冻雾在西南地区的年平均次数较低，但冻雾在西南地区发生时其持续时间相对较长(冻雾的年平均次数和持续时间的相关系数为0.49，为中度相关)。说明在冻雾的少发区，其持续时间也可能较长。

从冰冻天气在各月的分布情况看(如图 3)，冻雨、冻毛毛雨和冻雾最容易在冬季(12月、1月和2月)发生，在1月出现的比例最高，分别为110时次(占55.28%)、171时次(占67.06%)和3862时次(占38.24%)，然后慢慢减少，至温度较暖的季节(5~9月)不会发生冰冻，从10月开始又迅速增加。

图 3 2011～2013年冰冻天气出现的月频率百分比分布Fig.3 Monthly frequency percentage distribution of all freezing rain, freezing drizzle, and freezing fog events during 2011–2013

这些结果与其他研究结果基本一致:欧建军等(2011)发现我国冻雨一般从11月开始到来年3月结束，以1月居多(占72%);王遵娅(2011)发现冰冻主要发生在11月至来年3月，尤其是冬季;黄世芹等(2012)发现贵阳各地区冻雨主要发生在1月和2月;Changon et al.(2003)发现美国冻雨主要发生在12月和来年1月;Cortinas et al.(2004)分析美国和加拿大的数据，发现冻雨主要发生在1月，冻毛毛雨主要发生在12月。

虽然冰冻天气在1月出现的比例最高，但是在纬度较北的新疆和东北地区，冻雨和冻毛毛雨是在2月出现的比例最高，分别为30时次(占新疆和东北地区冻雨总数的66.67%)和13时次(占新疆和东北地区冻毛毛雨总数的56.52%);冻雾是在12月出现的比例最高，为811时次(占新疆和东北地区冻雾总数26.37%)。表明冰冻天气出现的月份在地区之间有一定区别。

各种冰冻天气的开始/结束时间和地点也有区别:冻雨最早11月从新疆乌鲁木齐开始，最迟4月初在内蒙古阿尔山结束;冻毛毛雨最早11月从新疆乌鲁木齐开始，最迟4月下旬在黑龙江大庆结束;冻雾最早9月下旬从新疆乌鲁木齐开始，最迟5月底在四川阿坝结束。

如图 4所示，冻雨和冻毛毛雨在凌晨(00~07时)出现频率相对较多(分别为47.76%和52.76%)，冻雨和冻毛毛雨在该8个小时内的平均概率(分别为5.97%和6.60%)比24小时内的平均概率(4.17%)高43%和58%;在下午13时出现的频率最低(分别为2.00%和0.61%)，之后随着地面温度的逐渐降低，出现冻雨和冻毛毛雨的频率增加。

图 4 冻雨、冻毛毛雨和冻雾天气出现的时间频率百分比分布(时间是以所在时区的地方时作为单位,数据经过5点3次中心平滑处理。水平虚线为平均频率)Fig.4 Diurnal frequency percentage distribution of all freezing rain,freezing drizzle,and freezing fog events during 2011-2013(time is expressed as LT,and data are derived after five-spot triple smoothing)

冻雾在早上07时出现的频率最大(11.53%)，在下午14时出现的频率最低(1.46%)。这些特征与加拿大纽芬兰地区、美国和加拿大地区(Strapp et al.，1996;Cortinas，2000，2004;Houston and Changnon，2007)具有类似的变化趋势。

冰冻天气出现时间变化的可能原因是，冰冻天气与局地温度密切相关。而局地温度受太阳辐射的影响，具有明显的变化。在凌晨时温度较低，容易出现冰冻天气，而在下午2点左右一般是局地温度最高的时间，不易出现冰冻天气。

如图 5所示，单次冻雨、冻毛毛雨和冻雾的持续时间一般不超过2小时(分别为73.24%，68.75%和50.85%)，并呈指数迅速减少，持续时间超过5小时的不到27%，持续时间超过8小时的不超过10%。冻雨的持续时间比冻毛毛雨和冻雾的持续时间短。尽管冰冻天气的持续比较短，但是持续时间超过4小时的冻雨、冻毛毛雨和冻雾所占比例分别为7.04%，15.00%，27.43%。在2011~2013年间观测到的冻雨、冻毛毛雨和冻雾的持续时间最长分别达34小时(贵阳，2011年1月1日00时~1月2日09时)、23小时(贵阳，2011年1月21日23时~1月22日21时)和91小时(乌鲁木齐，2012年1月6日12时~1月10日6时)。尽管这些冰冻天气不常见，但长时间的冻毛毛雨和冻雨(尤其是冻雨)会产生最强的积冰，会对交通、电力、通讯等产生巨大影响，是非常危险的灾害性天气，如2008年的全国大范围的持续冰冻天气就是一个非常典型的例子。

图 5 单次冻雨、冻毛毛雨和冻雾的持续时间频率百分比分布Fig.5 Duration frequency percentage distribution of all freezing rain, freezing drizzle, and freezing fog events

数值模式对温度的预报能力要明显强于对降水量及降水相态的预报(宗志平等，2013)，同时地面温度决定了地面降水的最终相态。统计出现各类冰冻天气时的温度频率百分比分布如图 6所示。尽管大多数的冻雨、冻毛毛雨和冻雾发生在温度−10~0℃范围，分别为239时次(占96.37%)、298时次(占98.35%)和11893时次(占82.02%)。冰冻天气更集中发生在温度−3~−1℃的范围内，冻雨、冻毛毛雨和冻雾所占比例分别为64.92%，82.51%和39.89%。

图 6 冻雨、冻毛毛雨和冻雾发生时的温度频率百分比分布图Fig.6 Temperature frequency percentage distribution of all freezing rain, freezing drizzle, and freezing fog events

在地面温度略低于0℃是最容易发生冰冻天气的温度。−1℃时各种冰冻天气发生概率最大，冻雨是74时次(占29.84%)，冻毛毛雨是88时次(占29.04%)，冻雾是2459时次(占16.96%)。但在低于−20℃时仍有一定的几率(2.83%)会出现冻雾，甚至在温度−38℃时(呼伦贝尔，2012年1月31日02时)仍观测到冻雾的发生，此时温度已接近过冷水的理论极限温度(−40℃)。

在其他研究中关于出现冰冻天气的最高温度记录差别较大:贵州1983~2003年出现雨凇雾凇的平均最高气温为1.78℃(孟蕾，2010);我国2008年1月~2010年4月的冻雨资料中，所有的冻雨地面温度均低于0℃(欧建军等，2011)。美国1928~2001年出现冻雨的最高温度为5.6℃(Houston and Changnon，2007)。如图 6所示，在温度略高于0℃(1~2℃)时也会出现冻雨、冻毛毛雨和冻雾，但概率较低(在1℃时出现冻雨、冻毛毛雨和冻雾分别是8时次、4时次和25时次，所占比例分别为3.23%，1.32%和0.17%;在2℃时仅出现过1时次冻毛毛雨，占0.33%)。本研究中发现在温度高于0℃时出现冻雨、冻毛毛雨和冻雾(共38个时次)的成因分析如下:

(1)记录温度与实际环境温度的区别。根据我国民航气象观测和报告行业标准，气温和露点温度是以最近的整数摄氏度进行报告，如记录温度为1℃时，实际温度是在0.5~1.4℃范围内。此外，机场观测是整个跑道综合区的温度，距离地面有一定的高度(一般为1.5~2 m)，大量研究表明(Huffman and Norman，1988;Bernstein，2000)在冻雨、冻毛毛雨和冻雾时一般都存在有逆温，由于逆温的存在使实际地面的温度接近甚至在0℃以下。

(2)站点的海拔高度较高。本研究中温度高于0℃时出现冰冻天气且机场海拔高度在100 m以上的为24例(占63.16%);在1959年1月18日美国爱荷华州的苏城(Sioux City)出现冻雨的最高温度为5.6℃(Houston and Changnon，2007)，而苏城的海拔高度为366 m。王遵娅(2011)和欧建军等(2011)发现冰冻与地形有一定的关系。特殊的坡度/坡向、温度、湿度等条件共同构成冰冻天气的适宜环境。

(3)站点靠近江河湖海，水汽比较充沛。本研究中温度高于0℃时出现冰冻天气且机场距离江河湖海50 km内的有13例(占34.21%)。海拔高度高和湿度大这两个因素占整个温度高于0℃时出现冰冻天气情况的97%。

在以上因素的共同作用下，导致在观测温度略高于0℃会出现冰冻天气。

冰冻天气发生时露点温度和温度露点差的频率百分比分布如图 7所示。由图 7可见，露点温度在−4~−1℃是最容易发生冰冻天气的范围(分别占80.24%，83.17%和46.92%)。这些结果与Cortinas(2000)和Houston and Changnon(2007)分析美国五大湖和内陆结果基本一致。发生冰冻时露点温度差一般较小(表明相对湿度较大)，露点温度差在0~4℃时比较容易发生冰冻天气(分别占98.39%，99.67%和99.43%)。温度露点差为0~1℃时最容易发生冰冻天气(分别占77.02%，85.81%和65.80%)。露点温度和温度露点差没有比较明显的地区差别。

图 7 冻雨、冻毛毛雨和冻雾发生时(a)露点温度和(b)温度露点差频率百分比分布Fig.7 Frequency percentage distribution of (a) dew point temperature and (b) dew-point deficit when freezing rain, freezing drizzle, and freezing fog events occur

冰冻天气时的风向和风速会影响积冰强度和积冰速度，表 2是出现冰冻天气时风速概率百分比分布。由表 2可见，冻雨和冻毛毛雨发生时的平均风速在2~3.9 m s⁻¹频率最大，分别占42.34%和63.28%，风速在0~5.9 m s⁻¹条件下形成的冻雨和冻毛毛雨分别占总数的85.71%和96.72%，风速大于10 m s⁻¹以上形成的冻雨和冻毛毛雨只有0.40%和0.33%。并且华北地区的风速大于其他地区，东部地区的风速比西部的大(表略)。此外，出现冻雨时的加权平均风速为3.36 m s⁻¹，比冻毛毛雨(2.6 m s⁻¹)和冻雾(1.49 m s⁻¹)时大。

表 2(Table 2)

表 2 出现冰冻天气时风速概率百分比分布 Table 2 Frequency distribution of wind speeds of all freezing rain,freezing drizzle,and freezing fog events 风速/m s−1 出现冰冻天气时风速概率 冻雨 冻毛毛雨 冻雾 0–1.9 14.52% 18.36% 59.16% 2–3.9 42.34% 63.28% 33.71% 4–5.9 33.06% 15.08% 5.63% 6–7.9 6.05% 1.64% 1.18% 8–9.9 3.63% 1.31% 0.21% ≥10 0.40% 0.33% 0.03%

表 2 出现冰冻天气时风速概率百分比分布 Table 2 Frequency distribution of wind speeds of all freezing rain,freezing drizzle,and freezing fog events

这些结果与其他研究结果基本一致:王遵娅等(2011)利用日观测资料发现最适宜冰冻发生的日平均风速是1.5 m s⁻¹，冰冻在日平均风速6 m s⁻¹条件下形成的样本数占到了总样本数的90%。Houston and Changnon(2007)利用小时观测资料研究发现，出现冻雨的风速4~5.9 m s⁻¹最多，并且美国北部比中部和南部稍大。本文分析得到的冰冻天气时风速比王遵娅等(2011)用日平均风速得到的结果更合理，比Houston and Changnon(2007)的风速小。表明冰冻天气时的风速在年纪之间会有变化，地区之间也会有区别。

冰冻天气时的风向概率分布如表 3所示。由表 3可见，出现冰冻天气时的风向以东北风和北风为主(冻雨，冻毛毛雨和冻雾分别为70.35%，81.22%和46.98%)。冻雨和冻毛毛雨在东北风发生的比例较多，分别为37.61%和44.40%。冻雾在北风的情况下出现的概率最大，为35.45%。

表 3(Table 3)

表 3 出现冰冻天气时风向概率百分比分布 Table 3 Frequency distribution of wind directions of all freezing rain,freezing drizzle,and freezing fog events 风向 出现冰冻天气时风向概率 冻雨 冻毛毛雨 冻雾 N(337.5°– 22.5°) 32.74% 36.82% 35.45% NE(22.5°– 67.5°) 37.61% 44.40% 11.53% E(67.5°–112.5°) 11.50% 8.30% 9.58% SE(112.5°–157.5°) 1.33% 1.44% 6.12% S(157.5°–202.5°) 2.65% 0.72% 10.55% SW(202.5°–247.5°) 1.33% 3.25% 7.65% W(247.5°–292.5°) 5.31% 2.17% 10.20% NW(292.5°–337.5°) 7.52% 2.89% 8.91%

表 3 出现冰冻天气时风向概率百分比分布 Table 3 Frequency distribution of wind directions of all freezing rain,freezing drizzle,and freezing fog events

冻雨和冻毛毛雨的风向在地区间也会有区别:出现冻雨时，新疆地区以东风(34.09%)和西风(20.45%)为主;出现冻毛毛雨时，东北地区以西风(46.15%)和北风(38.46%)为主;华东地区以西北风(38.46%)和北风(38.46%)为主;其他地区以东北风和北风为主(表略)。这说明我国的冻雨和冻毛毛雨一般发生在冷空气一侧。

冻雾的风向在区域间的差别不大，除华南和西南地区以北风(分别为58.67%和59.96%)为主，其他各地区各风向都有可能发生冻雾，但以北风相对较多。

统计出现冰冻天气时的伴随天气(如表 4所示)，分析形成冰冻天气可能过程，为预测冰冻天气和地面积冰提供参考。

表 4(Table 4)

表 4 出现冰冻天气时伴随的天气概率百分比分布(由于冰冻天气时可能同时伴随多种天气现象,各种伴随天气比例累计可能会超过100%) Table 4 Frequency distribution of concurrent weather phenomena observations (columns may not add up to 100% because more than one type of weather phenomena can be reported) 出现冰冻天气时伴随的天气概率 冻雨 冻毛毛雨 冻雾 雨 – – 0.56% 毛毛雨 – – 0.70% 雾 10.08% 13.44% – 轻雾 51.21% 70.49% 0.03% 雪 17.34% 0.98% 15.06% 无其他天气 30.24% 16.07% 79.20%

表 4 出现冰冻天气时伴随的天气概率百分比分布(由于冰冻天气时可能同时伴随多种天气现象,各种伴随天气比例累计可能会超过100%) Table 4 Frequency distribution of concurrent weather phenomena observations (columns may not add up to 100% because more than one type of weather phenomena can be reported)

从表 4发现:冻雨和冻毛毛雨发生时，一般同时会有雾或轻雾(分别占61.29%和83.93%)，冻雨和冻毛毛雨发生时无其他天气也有较高的比例(分别占30.24%和16.07%);冻雾出现时，一般不会伴随其他天气(占79.20%)，如有其他天气主要是雪为主(占15.06%)。

Cortinas et al.(2004)研究美国和加拿大的冰冻天气特征时，表明:冻雨和冻毛毛雨一般不伴随其他天气(分别占69%和79%)。与本文结果差别较大，表明各个国家或地区之间存在较大的区别。

很多研究结果表明(Huffman and Norman，1988;Strapp et al.，1996):冻毛毛雨是缺少暖层的情况下，碰并凝结形成。在相对湿度比较大的环境下，通过凝结增长形成一定尺度的雾(或云)滴，由于适合的温度(如前文中分析在−4~0℃范围内)，形成过冷小水滴，后通过碰并过程形成不同大小的雨滴，最终形成冻雨或冻毛毛雨。

如果有雪的存在，大气中会形成大量的冰晶。由于冰晶表面的饱和水汽压低于同温度下水滴表面的饱和水汽压，在冰水共存时，如果云中没有外来水汽补充，过冷水滴将快速蒸发，而冰晶会快速长大成雪降落出大气，导致冻雨或冻毛毛雨的停止。

本文利用我国民航机场的一小时或半小时一次的航空气象地面例行观测和特殊观测资料，对冻雨、冻毛毛雨和冻雾的出现频率、变化规律、气象条件等特征进行精细分析研究，得到以下结论:

(1)在我国大部分地区都有冰冻天气，集中分布在我国的中部、东北、西南和新疆等地区。冻雨和冻毛毛雨集中发生在长江上游以南的西南地区和长江下游的湖南、江西、安徽、江苏等省的局部地区以及新疆部分地区。冻雾主要分布在我国长江以北的华北和华中地区、新疆北部和东北东部等地。冻雾的分布地区相对于冻雨和冻毛毛雨的分布地区偏北。冻雨和冻毛毛雨的频发区，其持续时间较长。而在冻雾的少发区，其持续时间也可能较长。

(2)我国冰冻天气最容易在冬季(12月、1月和2月)发生，在1月出现的比例最高。冰冻天气在凌晨(00~07时)出现频率相对较多，午后(13~14时)出现频率最低。

(3)单次冻雨、冻毛毛雨和冻雾的持续时间一般不超过2小时(分别为73.24%、68.75%和50.85%)。但持续时间超过4小时的冻雨、冻毛毛雨和冻雾所占比例分别为7.04%、15.00%和27.43%。

(4)在地面温度略低于0℃(−1℃)是最容易发生冰冻天气的温度(−1℃时各种冰冻天气发生频率，冻雨是29.84%，冻毛毛雨是29.04%，冻雾是16.96%)。冰冻天气大多发生在温度−3~−1℃的范围内(冻雨、冻毛毛雨和冻雾所占比例分别为64.92%、82.51%和39.89%)。但在海拔高度高、相对湿度大以及逆温的共同作用下，在温度略高于0℃(1~2℃)时仍观测到冰冻天气。

(5)露点温度在−4~−1℃，温度露点差在0~1℃最容易发生冰冻天气。

(6)冻雨和冻毛毛雨发生时的平均风速在2~3.9 m s⁻¹频率最大，分别占42.34%和63.28%。华北地区的风速大于其他地区，东部地区的风速比西部的大。出现冰冻天气时的风向以东北风和北风为主。

(7)冻雨和冻毛毛雨发生时，一般同时会有雾或轻雾(分别占61.29%和83.93%);冻雾出现时，一般不会伴随其他天气(占79.20%)。

致谢 感谢北京师范大学刘新罡副教授、评审专家及编委对本文提出的宝贵意见。