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 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 理响中国·幸福有“理”

  • 广西龙胜:龙脊梯田金秋美

独家策划

推荐阅读
当前全球生态环境挑战日益严峻,科技创新是应对可持续发展挑战的核心力量。
2026-10-16 16:29
10月16日是第四十六个世界粮食日,所在周是全国粮食安全宣传周,主题为“创新当下,粮安未来”。从良种选育、智能农机到数字农业、精准储运,创新正成为粮食增产、节粮减损、营养提升的关键引擎。即日起,光明网联合科普中国推出系列科普视频,深入解读科技创新绘就的粮安答卷。
2026-10-16 08:46
在显示技术升级与人工智能赋能的双重驱动下,行业正跳出传统数字阅读的固有边界
2026-10-16 08:45
打造集技术研发、模型训练、系统验证及场景测试于一体的创新基地,推动人形机器人及具身智能技术从实验室研发阶段走向大规模产业应用。
2026-10-16 08:39
工业和信息化部、中央网信办、市场监管总局高度重视,在前期调查工作基础上,成立联合调查组开展核查,并依法依规处理。有关情况将及时公布。
2026-10-16 08:40
大会延续“零碳·科技”永久主题,以“智储新程 绿动全球”为年度主题
2026-10-16 08:35
“戈壁荒滩老风口,飞沙走石雁不留。托里县老风口蝶变的三部曲,为生态脆弱地区推动高质量发展、树立和践行正确政绩观,提供了深刻启示。树立和践行正确政绩观,就要算大账、算长远账、算整体账,既做显功、也做潜功,把生态优势转化为发展优势、民生福祉。
2026-10-15 09:51
常压下,水到0℃会结冰,这就是人们熟悉的相变,0℃即是相变的临界点。两篇论文的共同通讯作者、宁波东方理工大学助理教授余雪佳,把这个难题比作“在沸水中完好保存一件冰雕”。
2026-10-15 09:49
长久以来,古生物学界与教科书普遍认为琥珀皆源自种子植物(裸子或被子植物),最古老的确切记录定格在美国约3.2亿年前的石炭纪晚期。
2026-10-15 09:48
在芯片制造、航空发动机等高端硬核制造领域,技术迭代具有长周期、累积性、阶梯式特征,遵循循序渐进、层层突破的线性攻关规律。新征程上,持续深耕创新生态建设、迭代升级现代化创新体系,必能培育形成扎根中国、联通世界、内生增长、开放共生的创新新格局。
2026-10-15 09:46
受困于“小散弱”的格局,长期以来,我国科技期刊在国际学术传播体系中缺少属于自己的“拳头产品”与平台话语权——“在精品化发展方面,经过70余年积淀,我国已形成以《中国科学》《科学通报》《国家科学评论》等刊群为代表的高水平期刊方阵。
2026-10-15 09:45
AI时代,科研的“源头活水”是什么?不是算力,不是数据,而是人对未知世界的好奇与追问。
2026-10-14 11:28
截至8月末,三家基础电信企业的固定互联网宽带接入用户总数7.04亿户,比上年末净增1365万户;三家基础电信企业及中国广电的移动电话用户总数18.49亿户,其中5G移动电话用户13.11亿户。
2026-10-14 09:34
自然资源部会同国家发展改革委12日发布《矿产资源目录》。自然资源部矿产资源保护监督司负责人表示,矿产资源目录是矿产资源管理制度的重要基础,是制定矿产资源规划、实施矿业权管理、规范矿产资源勘查开采行为、征缴矿产资源税费、制定产业政策等工作的依据。
2026-10-14 09:40
与共康村相邻的巴达村,是第一批参与试种的村,也是西藏首个高海拔水稻实测亩产破千斤的村子,村民把“海拔3175米种水稻”写进村史。一粒水稻种子,不只改写了亩产数字,更改变了“西藏水稻只能在察隅、墨脱海拔1500米以下种植”的历史,为高原水稻纳入地方主粮增添可能。
2026-10-14 09:41
如今,AI正改变许多行业的底层逻辑,固守单一思维模式将面临严峻挑战,文理兼备、跨界融合才是稀缺能力——既有理科生的技术思维和逻辑能力,又有文科生的人文洞察和情感素养。未来更有竞争力的,可能不是最典型的文科生或理科生,而是既有专业深度,又能跨学科解决问题的人。
2026-10-14 09:48
不久前,在海南三亚崖州湾科技城,一场名为“青年π”的海洋主题对话临海开讲。高频下潜试出的不只有装备可靠性,也不断刷新人们对深海的认识。同一园区,由哈尔滨工程大学南海研究院孵化的海南水之声海洋科技有限公司,正给海洋装备搭水下“Wi-Fi”。
2026-10-14 09:49
目前各地正在开展流感疫苗接种。今年开始,国家对农村地区“一老一小”重点人群实施免费接种等相关支持性政策。为什么要接种流感疫苗?去年接种过,今年是否还需要接种?到哪里接种?
2026-10-13 10:03
我国城市盲道总里程以万公里计,公共场所无障碍设施持续铺开。数字世界的“盲道”畅通起来。精神文化的“视界”也在扩大。中国传媒大学师生发起的“光明影院”项目,近十年间每年制作上百部无障碍电影,把电影送到视障朋友耳边,今年还走进联合国教科文组织总部举办专场放映。
2026-10-13 10:01
记者近期从中国互联网络信息中心获悉:截至今年上半年,我国生成式人工智能用户规模超7亿人,普及率超50%。
2026-10-13 09:58
加载更多