你知道吗?北京冬奥会80%以上的雪都是人造的,你或许觉得奇怪,北京是一个冬季降雪量相对丰富的城市,为什么还要使用人工降雪呢?

首先来说,使用人工造雪并非北京冬奥的专利,而是几乎成了“国际惯例”,自从1980年美国普莱西德湖冬奥会上,第一次使用了人造雪之后,温哥华、索契以及平昌冬奥会,也都开始大量使用人造雪,特别是2018年的平昌冬奥会,人造雪使用比例更是达到惊人的90%。

而为了备战北京冬奥会,很多冬奥滑雪场从2021 年 11 月底就开始进行人工造雪,造雪时间一直持续到 2022 年 1 月。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(1)

那么,为什么冬奥会需要这么多人造雪呢?

人造雪物理性状更稳定

首先我们要了解人造雪相比自然雪,有什么好处?自然条件下产生的新降雪,融化后重新凝结的雪、以及长期堆积的雪,在物理特性上都各不相同,从而影响到雪的性状。而国际雪联对不同项目的竞赛雪道都有相应的技术指标,以保证比赛的公平性和安全性,因此雪的性状稳定对雪道而言,就显得十分重要。

相比物理特性更为多变的天然雪,人工造雪显然可控性更高,经过挤压、平整和注水后,更容易被制成可供比赛的雪道。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(2)

崇礼万龙滑雪场的 U 型槽场地

比如崇礼万龙滑雪场的 U 型槽场地,根据冬奥会的要求,雪槽的长度要达到 150 至 170 米,宽度要达到 19 至 22 米,深度则要 6.7 米、坡度要达到 17 至 18 度。要想造出这样一个场地,光靠天公作美显然不现实,就算是人工造雪也都是一项复杂的技术活,不仅是用雪量,温度、湿度也都要精准把控,只有将含水量控制在合适的范围内,才能让U型槽场地一直保持这个形状不形变。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(3)

再比如被誉为“冬奥皇冠明珠”的高山滑雪,运动员的最高时速可达248公里,危险性极大,一般的自然雪根本无法胜任,因此打造一条符合高山滑雪国际标准的雪道,只能使用人工制成的“冰状雪”。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(4)

所谓“冰状雪”,是指雪花的密度在 0.65 克/立方厘米,雪道表面保持结晶状态,好比是敷上一层薄薄的“冰壳”,近似于冰面又不是冰面。这就相当于在雪地上又铺了一条“塑胶跑道”,不仅雪道硬度大,不易被破坏,而且在运动员高速转弯的情况下,仍能保证雪道表面不变形,因此选手不论第几个出场,雪道的状态都是一样相对完美。

人造雪可以短时间高效“量产”

自然雪的特点是“雨露均沾”,铺天盖地到处都一样,而冬奥比赛用地则需要短期大量积雪,比如国际雪联规定,滑雪障碍追逐赛道需保证约71500 立方米的雪量,加上融化系数,这个数字将达到 107200 立方米。即使是面积较小的大跳台赛道,也至少需要维持11000立方米的雪量。

这么大的用雪量,单靠运输,成本实在太高。如果全靠自然下雪,至少需要连续不间断地下几十天的大雪。而且滑雪场地每天都需要塑型维护,还需要大量的储备雪,因此,别说是冬奥会,就算是大多数的滑雪场,也都是采用人造雪和自然雪相结合的方式。

人造雪和自然雪有什么不同?

人造雪和自然雪本质上没有什么不同,都是由水或者水雾组成,区别在于人造雪一般相对密度更大,更接近粉末状,自然雪每立方米328公斤,人造雪为每立方米856公斤,因此在相同气象条件下,人造雪融化更慢。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(5)

北京冬奥会上使用雪炮造出的人工雪,分为9种型号,白天温度较高时使用含水量少的小号雪,夜晚温度更低则使用7号雪、8号雪,这样造出来的雪质更好。

人造雪的原理和方法

人工造雪的关键设备是造雪机,用来模仿天然降雪的过程,将水变成雪,但和天然雪形成过程有所区别。

在自然条件下,天上的水汽变成雪必须具备两个条件:一是要有一定的水汽饱和度,形成摄氏0度以下的冷云;二是必须有凝结核,当冷云中的小水滴遇到空气中的尘埃颗粒,此时便会形成冰晶;冰晶逐渐增大,当重量达到一定程度就能克服空气的浮力,从天空中飘落,小雪晶在漂浮的过程中,又通过继续凝结和相互碰撞合并成较大的雪花。

人工造雪则是通过造雪机把摄氏5度以下的水雾打散成小粒子,再将这些粒子迅速冷凝结晶,然后再由风筒把雪花喷射出去,以扩大造雪面积。

目前来说,常见的造雪机主要有两类:炮筒式造雪机和风扇型造雪机。

炮筒式造雪机

炮筒式造雪机的原理,就是把来自高压水泵的高压雾化水和来自空气压缩机的高压空气,在喷嘴处混合,利用雾滴自然蒸发和高压气体喷出喷嘴后,体积膨胀带走热量,迅速形成冰晶。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(6)

人造雪虽然可以制造出与自然界几乎一样的雪花,但自然的雪晶是从高空飘落,人工无法模拟,因此很多时候需要将造雪机安装在炮塔上,从而延长雪晶落地时间,形成更完整的雪花。

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风扇型造雪机·

风扇型造雪机只是使用了简单的喷嘴,使水成为细小的小水滴,再使用大功率风扇高速将小水滴吹出,小水滴悬浮在空气中,进而有足够的时间进行冷却和凝固。

夜间滑雪场人工造雪(人造雪和自然雪有什么不同)(8)

风扇型造雪机主要优点是不需要对空气进行压缩,只需提供水和电。 但是由于没有压缩空气膨胀吸热,所以在应用条件上,环境温度需要比压缩空气型造雪机更低。

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人造雪技术听起来并不复杂,但由于我国在这一领域起步较晚,国内赛道雪务技术几乎空白,甚至在 2016 年以前,中国连一条合格的“冰状雪”赛道也造不出来。

人造雪过度 “消耗”水资源?

人工造雪是高耗水工程,常见的滑雪场取水方式包括抽取地下水、收集地表径流和雨雪水,中国滑雪协会的一项统计表明,用于造雪的地下水回收率只有40%左右,因此收集地表径流和雨雪水成为更被行业接受的取水方式。

公开资料显示,北京冬奥会人造雪计划用水39万吨,基本来自地表径流和雨雪水,为此有关部门在赛场附近建设两个10万立方米的蓄水池,以支持人工造雪。

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