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

  • 广西南宁:黄花风铃木盛放

  • 浙江桐庐:元宵民俗大踩街

独家策划

推荐阅读
国家统计局2月28日公布《2025年国民经济和社会发展统计公报》。
2026-02-28 17:21
人们常说“眼见为实”,但如果今天再问一个问题:照片还能算现实的记录吗?答案或许已经不像过去那么简单。
2026-02-28 10:27
国家能源局27日发布的数据显示,目前,全国已有84个绿电直连项目完成审批,新能源总装机规模3259万千瓦。
2026-02-28 10:25
“具身天工3.0”刚刚发布——首届机器人半马赛事冠军正在加紧训练,成绩有望大幅提升;朱雀三号重复使用火箭蓄势待发,计划二季度再次挑战回收复用;小米汽车超级工厂的生产线一片繁忙,累计交付量已突破60万辆……
2026-02-28 10:23
今年以来,水利部指导督促各地抢抓河湖枯水期、施工影响小的窗口期,不断推动国家水网联网、补网、强链。
2026-02-28 10:22
几十年来,关于月球早期磁场是强是弱,科学界一直争论不休。如今,英国牛津大学科学家通过分析阿波罗任务带回的样本,发现月球曾拥有极强磁场,强度甚至一度超过地球磁场。
2026-02-28 10:19
发现分数量子反常霍尔效应和里德堡莫尔激子态,解决超导量子计算难题,攻克国产无液氦稀释制冷机和极高场全超导磁体等关键实验技术……
2026-02-27 09:39
2026年伊始,从美国拉斯维加斯消费电子展(CES)到中国春晚,中国自主研发的人形机器人频频“破圈”,多家中国企业的产品和应用不仅在海外业界引发热议,更是在全球社交媒体平台和国际媒体不断“刷屏”。
2026-02-27 09:36
中国人的“果盘子”里,苹果占据着举足轻重的地位。产业端加速向“数管+机器换人”转型,直播带货、跨境电商等新业态的兴起,也让中国苹果加速走向全球。
2026-02-27 09:35
随着2022年北京冬奥会的成功举办和“带动三亿人参与冰雪运动”目标的实现,中国滑雪装备产业正迎来前所未有的发展机遇。从笨重单调到轻便智能,从依赖进口到本土品牌崛起,滑雪装备的变迁不仅折射出中国冰雪运动的普及,更勾勒出一个新兴消费市场的崛起轨迹。
2026-02-27 09:32
记者从西北大学获悉,该校生命科学学院灵长类行为与进化发育研究团队的研究,揭示了亚洲叶猴物种表型的演化之谜。
2026-02-27 09:30
中国科学院近代物理研究所核结构研究团队与合作者通过高精度实验,明确了一种钼同位素释放其储存能量的关键机制,在原子核能量可控释放研究领域取得重要进展。
2026-02-26 09:46
电感器如同现代电子设备的“心脏”,让电流有序流动、设备稳定工作。
2026-02-26 09:35
“AI保姆”“智能教育助手”等产品,正以前所未有的速度和深度涌入未成年人的世界。不少家长感叹,这位无所不能、无时不在的“数字家教”成了解放自己的好帮手。
2026-02-26 13:44
全球人工智能技术迭代创新按下“快进键”,与各行业各领域的融合应用持续拓展深化。
2026-02-26 13:44
AI操控的机器人虽难以完全替代实验科学家,但AI系统已开始接管人类的数据分析师、研究编码员等工作。
2026-02-26 10:04
截至2025年,我国发明专利申请量已连续多年位居全球第一,成为名副其实的专利大国。
2026-02-26 09:55
他们走过了一段从弱到强、从“备胎”到“主角”的孤勇之路,实现了国内超低温大型制冷机市场从被国外100%垄断到国产化替代的“跨越式发展”。
2026-02-26 09:49
人工智能技术及其应用的跨领域、跨层级、跨主体特征,决定了其安全治理天然具有高度复杂性和协同需求。最后,面对人工智能技术快速迭代、应用场景动态迁移、风险形态持续演化的鲜明特点,制度体系必须具备敏捷响应与动态调适的智慧与弹性。
2026-02-25 09:45
曾经只存在于科幻电影中的“太空采矿”,正逐渐从文艺作品中的构想走进现实。
2026-02-25 09:49
加载更多