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

  • 海军福建舰开展入列后首次海上实兵训练

  • 香港举行“体育力量 闪耀香江”大型无人机表演

独家策划

推荐阅读
为促进卫星导航定位产业有序发展,维护国家地理信息安全,我国将对卫星导航定位基准站实行统一规划、统一标准、统一监管。针对目前基准站重复建设、存在数据安全隐患等主要问题,办法规定自然资源部会同有关部门制定全国基准站建设布局规划。
2025-11-19 09:52
18日,我国首个配置冷却塔的“华龙一号”核电机组——中广核山东招远核电项目1号机组顺利完成核岛第一罐混凝土浇筑,标志着该项目一期工程建设全面启动。
2025-11-19 09:51
2020年至2024年间,全球光热发电装机年复合增长率为4.24%,我国同期增长率达11.7%,显著高于全球水平;技术装备国产化率突破95%,释放出产业加速发展的强劲信号。
2025-11-19 05:35
科技创新、科学普及是实现创新发展的两翼,科普与科技创新“同等重要”。
2025-11-19 05:55
日前,由清华大学产业发展与环境治理研究中心和自然科研智讯联合编制的《国际科技创新中心指数2025》报告正式发布。
2025-11-19 05:55
新疆的孩子们在“流动科学课”上被磁悬浮演示、机器人互动、矿物标本展示等吸引了目光;甘肃张掖的科技工作者为大伙儿演示经典科普实验“火焰掌”;上海的科学家们踏上科技节的红地毯赢得公众的掌声……这些生动场景共同勾勒出“十四五”期间我国科普事业的发展印记。
2025-11-19 05:55
如今,在学习中遇到问题可以问人工智能,写作业也可以用人工智能辅助查询信息。正如这名同学所言,生成式人工智能正改变传统的以知识积累和传递为中心的教学模式。
2025-11-18 10:28
11月17日,在水利部举行的“贯彻落实党的二十届四中全会精神 推动节水产业高质量发展”新闻发布会上,水利部副部长陈敏介绍,目前,我国节水产业呈现出蓬勃发展的良好势头,
2025-11-18 04:20
新疆维吾尔自治区科技创新大会17日在乌鲁木齐举行。会上,干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室、丝路水实验室、昆仑智能装备实验室、
2025-11-18 04:20
党的二十届四中全会审议通过的《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》指出,以创新能力、质量、实效、贡献为评价导向,深化项目评审、机构评估、
2025-11-18 04:25
近日,2025年6G发展大会在北京经济技术开发区举行。
2025-11-18 04:20
这台高能非弹谱仪的独特之处在于,它利用了中子不带电、穿透力强的特性,能够直接探测到物质内部的微观运动。
2025-11-17 08:56
建立和完善国家公园监测网络体系,是我国生态文明建设领域的重要实践,是践行人与自然和谐共生现代化理念的具体体现。
2025-11-17 04:30
浙江清凉峰国家级自然保护区是我国重要的生物多样性聚集地之一,也是长三角地区珍贵的物种基因库。
2025-11-17 04:30
近日,我国科研团队在嫦娥六号月背样品中首次发现大型撞击事件成因的微米级赤铁矿和磁赤铁矿晶体,揭示了全新的月球氧化反应机制,为环绕南极-艾特肯盆地磁异常的撞击成因提供了样品实证。
2025-11-17 04:30
在不久前召开的联合国教科文组织“人与生物圈计划”国际协调理事会第37次会议上,内蒙古大青山国家级自然保护区和陕西周至国家级自然保护区,被批准为“世界生物圈保护区网络”成员。
2025-11-17 04:30
以“智跃无界,开源致远”为主题的操作系统大会2025(以下简称“大会”)在北京举办。
2025-11-14 17:08
我国在4个国家开展6处文物古迹保护修复,49项中外联合考古项目涉及28个国家和地区,用实际行动践行全球文明倡议、不断丰富世界文明百花园。
2025-11-13 07:07
由四川省人民政府主办的2025世界动力电池大会12日在宜宾市开幕。
2025-11-13 04:55
据估算,太阳每秒钟释放的能量,可供全人类使用约70万年。模拟太阳来产生无尽的清洁能源,也因此成为人类的“终极能源梦想”。
2025-11-13 04:55
加载更多