点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:炎炎夏日也能滑雪,“用雪自由”是怎么实现的?
首页> 光明科普云> 图文 > 正文

炎炎夏日也能滑雪,“用雪自由”是怎么实现的?

来源:蝌蚪五线谱2023-06-26 13:45

  滑雪作为一项体育运动最早起源于北欧,中国的滑雪产业始于1996 年,近些年随着国民经济的增长,人们的生活水平越来越高,同时受北京冬奥的影响,大众对滑雪的热情急剧升温,南方对于冰雪的渴望也越来越高,国家体育总局冬季运动管理中心提出 “北雪南移”的战略发展目标,我国滑雪产业越做越大。

  在很多人印象中,滑雪只是冬季的标配运动。然而近些年,除了北方的室外滑雪场,全国范围内建造了近40座全天候室内滑雪场,不受季节影响,在炎热的夏季也可以享受冰雪给予我们的激情与快乐。

  由于温室效应不断积累,全球气候变暖,对冬季时间直接造成了一定的影响,从而导致了自然降雪时间减少。

  就全球滑雪行业而言,对人工造雪的依赖性越来越高。上述这些室内滑雪场的雪面均是采用人工造雪方式完成的,那么,你知道雪是怎么形成的吗?我们怎么才能“造雪”?

  国内某室内滑雪场项目效果图

  自然雪是如何形成的呢?

  雪是水在固态的一种形式,下雪也可以认为是降水形式的一种。当云中温度低于0℃的时候,使得大气中的水蒸气结成冰晶,许多小冰晶碰撞凝结成大冰晶,在温度不变或者温度下降的情况下,冰晶不断的增大,当冰晶依靠自身重量可以克服空气阻力,同时当云下环境气温低于冰点温度时,白色的冰晶便会下落到地面,形成降雪。

  自然雪成雪过程

  形成自然降雪有哪些必要条件?

   1. 水汽饱和

  空气在某一个温度下所能包含的最大水汽量,叫作饱和水汽量。空气达到饱和时的温度,叫作露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时,空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶。

   2. 凝结核

  凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒,最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒,比如海盐、硫酸、氮和其他一些化学物质的微粒。

   3. 低温环境

  自然雪降雪雪景

  1996年,我国成功举办了第三届亚洲冬季运动会,据了解,当时雪道中的雪还是从降雪的地方将雪运输到比赛赛场,然后再覆盖到雪道上,以供运动员进行比赛。但随着科学技术的发展,目前,雪上运动不再必须“靠天吃饭”,均可以通过人工造雪技术完成。

  2022年北京冬奥会成功举办,为世界奉献了一届精彩、非凡、卓越的冰雪盛会,北京冬奥会共有15个分项,需要在雪上完成的运动约7项,其中包括高山滑雪、越野滑雪、自由式滑雪、北欧两项、跳台滑雪、单板滑雪等,而 冬奥会上的比赛用雪均由人工造雪实现。

  其中国家高山滑雪中心项目被誉为“冬奥会皇冠上的明珠”,场馆内共设3条竞赛雪道、4条训练雪道以及其他竞赛辅助雪道,雪道总长度约为23.1km,最大垂直落差约925m,共采用约170台人工造雪设备完成本项目的造雪需求。

  竞赛赛道起点海拔为2179米,坡面长度约3045米,平均坡度为30%,最大坡度达68%,沿山脊一路往下延伸,从起点到终点的山体垂直落差约900米,创下了国内雪道落差之最。

  国家高山滑雪中心雪道

  人工造雪是如何实现的?

  人工造雪技术发明于上世纪50年代,其原理及技术路线就是人工模仿并营造自然雪的形成过程,通过技术手段创造雪晶形成和生长的条件。造雪系统是由压缩机产生压缩空气将水送到核子发生器的喷嘴处,利用喷嘴后的体积收缩带走热量而使雾滴凝结成冰晶,使之悬浮在空气之中进行冷却和凝固,冰晶在空中遇低温环境形成雪花。

  造雪设备造雪状态

  人工造雪成雪过程

  人工造雪系统中最重要的部件是核子器喷嘴,核子器喷嘴是人工造雪的关键,没有它造出来的就是水。核子器喷嘴是通过其内部的混合室,将压缩空气进行混合,液体和气体在混合过程中形成了微小的气泡,在混合物中,微小的气泡膨胀,液体破裂,气体膨胀导致出口温度降低,在出口处形成片状、条状和小液滴,从而实现雾化现象,遇冷环境形成冰晶雪核。

  造雪系统原理简图

  核子器喷嘴设备结构简图

  4℃可以实现下雪吗?

  环境条件直接影响液滴是否会发生冻结,进而形成降雪。同温度湿度下,液滴尺寸越小,冻结发生越容易。若环境温度在较高的状态下希望实现降雪,就要尽可能降低液滴的尺寸。随着环境温度和相对湿度的降低,可进行人工造雪的最大液滴直径增大。当环境温度为4℃,相对湿度为20%时,液滴直径为100μm时发生完全冻结相变,其他直径的液滴均为冰水混合状态,随环境温度降低至-4℃,发生完全冻结相变的液滴直径增大为200μm【2】。所以, 环境温度4℃时是可以实现下雪的。

  临界降雪粒径图

  随着人们的生活水平越来越高,基于科学技术的不断发展,我们可以在炎热的夏季享受冰雪带给我们的激情。

  不过,人工造雪和自然雪还是不太一样的:

  首先,其形状不太一样,自然雪多为六边形,有星状、片状等,落地后相互交织在一起,其孔隙率高,呈松软状态,而人造雪近似球状或者锥形结晶体,形成积雪的孔隙率低,密实度和硬度好。

  其次自然雪密度较低,一般为250kg/m3左右;而人工雪的密度较高,一般出雪密度都在300kg/m3以上,室外的滑雪场如国家高山滑雪中心为保障比赛雪面要求,其造雪密度要求将近600kg/m3。

  暑期即将来临,小伙伴们如果有计划出去旅游,不妨在旅途中搜索一下是否有室内冰雪场馆,可以感受一下从炎热的室外推开冰雪场馆大门,瞬间进入零下冰雪环境并享受滑雪运动,相信会带给大家不一样的新鲜感。

  当然,也有可能冰雪场馆就在你的身边。

  参考文献:

  1. 中国滑雪产业发展报告;社会科学文献出版社

  2. Liu Bin; Hu Hengxiang; Bi Lisen; et.al “Effect of the arrangement of two nozzles on morphology,velocity, and particle size distribution of artificial snow making spray field” , Physics of Fluids 35, 053326 (1~14);

  END

  作者:李坤 高级工程师 华商国际工程有限公司机电设计所副所长、冰雪及特种制冷事业部副总监(入选北京市科协2020-2022年度青年人才托举工程项目)

  供稿:北京制冷学会

[ 责编:蔡琳 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 珍贵档案揭露日本无差别轰炸细节

  • 陆军某合成营实战化对抗演练掠影

独家策划

推荐阅读
你有没有感觉,这些年的春天来得越来越不规律了?相比过去,有的地方春来早,有的地方春迟到。这不是你的错觉,全球变暖正导演着一场波及整个北半球的“春日变奏曲”。
2026-01-14 02:55
布局未来产业,要统筹经济性与战略性,综合考虑绝对优势和比较优势,深耕细分赛道,探索各具特色的发展路径和模式。
2026-01-14 09:03
“十四五”以来,生态环境部卫星遥感监测能力显著提升,目前已在轨运行7颗生态环境卫星,初步构建起多星联动的生态环境卫星遥感监测体系。
2026-01-14 09:03
作为钢铁生产核心工序,高炉占生产总成本的70%左右,其长期稳定运行直接关系企业盈利状况。经过攻关,宝钢股份高炉AI大模型对炉温等关键指标的预测准确率达90%,实现对内部状态的高精度、高时效性感知。
2026-01-14 09:02
1月13日23时25分,我国在海南商业航天发射场使用长征八号甲运载火箭,成功将卫星互联网低轨18组卫星发射升空,卫星顺利进入预定轨道,发射任务获得圆满成功。
2026-01-14 09:01
扎实推进农机购置与应用补贴“优机优补”“有进有出”,支持创新机具有序列补,加大补贴力度,推动过时落后机具加快退出。
2026-01-14 09:02
作为全国首个商业航天共性试验和科研生产基地,“北京火箭大街”项目由亦庄控股旗下城市更新公司投资、开发、运营管理
2026-01-13 17:38
力鸿一号遥一飞行器12日在酒泉卫星发射中心圆满完成亚轨道飞行试验任务,返回式载荷舱顺利着陆完成回收。本次飞行试验圆满完成返回式载荷舱的再入大气层返回减速与回收验证,
2026-01-13 03:35
从耳畔低语的智能伴侣,到街头无声行驶的自动驾驶车辆,科技正褪去冰冷外壳,融入人们日常生活。谷歌计划将AI技术嵌入人们日常依赖的应用Gmail内,让其帮助总结冗长的邮件,并撰写得体的回复。
2026-01-13 09:07
南极秦岭站附近,几只黑白分明、步履蹒跚的阿德利企鹅歪着头,打量着不远处向他们热情招手的中国考察队员。今年,中国第42次南极考察队又一次如约而至,继续开展对这些极地“原住民”的监测研究。
2026-01-13 09:06
滑动轴承被称为工业装备的“关节”,其性能直接决定了重型机械、精密机床、高效电机乃至风力发电机、高速列车等高端装备的可靠性、效率与寿命。
2026-01-13 09:06
数据显示,自港珠澳大桥珠海公路口岸开通以来,经港珠澳大桥边检站查验内地旅客数量已超过3938万人次,仅2025年就超过1257万人次,创历史新高。
2026-01-13 09:05
工信学堂致力于推动学生人工智能素养的全面提升,助力拔尖创新型人才培养,为我国未来工信科技人才队伍储备力量。
2026-01-12 15:41
在斯图尔特的农场,赞比亚大豆科技小院首席专家、吉林农业大学教授魏健疆手把手教会当地农户“作物—菌物—肥料”闭环生产。
2026-01-12 08:59
记者1月11日从国家数据局获悉,国家数据局将进一步研究借鉴其他领域登记制度的经验做法,不断吸收社会各界的意见建议,创新建立适应数据特点的登记制度,更好推进数据流通使用,释放数据要素价值。
2026-01-12 08:54
目前团队正牵头建设贵州省人工智能实验室,将吸引更多算力产业链上下游企业集聚贵州,助力数字经济高质量发展。
2026-01-12 08:53
为适配医保业务的新形势新要求,助力中医药产业高质量发展,近日,国家医保局修订中药饮片医保编码规则。这相当于给每一味中药饮片都配上了新的“医保身份证”。
2026-01-12 08:51
以大模型为代表的新一代人工智能技术,深度赋能医疗健康领域,在医学影像判读、疾病风险预警、辅助诊疗决策等领域展现出巨大潜力和应用价值,有力助推临床诊疗模式优化升级,
2026-01-12 03:05
这条光缆,打破了地理困局,让贵州算力真正具备了“走出去”的能力。光缆为算力的灵活调配贯通了“路”,“息壤”平台如同光缆上的“智能交通指挥中心”,将西部算力资源与东部算力需求精准匹配。
2026-01-12 08:53
加载更多