今年冬季最盛大的体育赛事北京冬奥会即将拉开序幕,作为赛前准备,工作人员正在马不停蹄地造雪中。
没错,北京地区冬季虽然也会下雪,但那么大的赛事,仅凭自然降雪很难支撑整个比赛正常进行。
放眼全球,只有北欧、我国东北等少数天寒地冻的地区,才会有自然环境造就的天然滑雪场,而其他绝大多数地区的雪场(目前我国有700多座滑雪场,连广东省都有3座)都需要“自力更生”——靠人工造雪维持滑雪场的正常运营。
滑雪场对雪的需求量可不低,以一座5S级别的商用滑雪场为例,至少需要1.8万立方米的雪,才能堆满一条1千米的初级滑雪道。单纯依靠北京的自然降雪,显然难以满足比赛用雪的需求。
既然要人工造雪,那么先得搞明白天然的雪是怎么来的。
雪的形成
雪花的形成分为两步:第一步是“成核”。空气中存在很多细小的颗粒,如细菌、尘埃等,它们可以吸收空气中的水分形成液滴,当温度达到一定低点时,这些液滴便会结成冰粒,这个冰粒就是雪花的“晶核”。
“晶核”形成后,进入第二步——“生长”,晶核中的每个水分子会和其余水分子通过氢键相连形成晶格结构,当空气中水汽达到过度饱和,晶体开始生长,形成我们熟悉的雪花。
由于每一片雪花的晶核来源都不同,生长环境也有细微的差异,所以自然条件下,我们很难遇到两片完全相同的雪花。
自然形成的雪花有着美丽的棱角,对滑雪板来说太过粗糙,会减缓运动员的速度,人造雪更类似雪珠,同时人造雪的密度更大。
因此在相同条件下,同体积人造雪比自然雪融化慢。因此即使在一些降雪条件好的地区,有时也会使用人造雪。
冬奥会的雪源
了解了自然条件下雪花的形成过程,下面我们就可以想办法造雪了。想要制造出高质量、大面积的雪花,必须要借助一种重要的工具——造雪机。
1950年3月,美国人韦恩·皮尔斯(Wayne Pierce)利用一个油漆喷雾压缩机,喷嘴和一些用来给花木浇水的软管造出了世界上第一台造雪机,第一片人造雪诞生。
他将水注入一个专用喷嘴或喷枪,在那里接触到高压空气,高压空气将水流分割成微小的粒子并喷入寒冷的外部空气中,在落到地面以前这些小水滴凝结成冰晶,这也是枪式(炮筒式)造雪机的祖先。
目前市场上最常见的是也是这种“压缩空气型造雪机”,让过冷水和压缩空气混合后喷出,水雾会化成无数小水滴,形成天然的“晶核”。
这个过程,空气膨胀还会进一步吸收热量、降低温度,加速雪花形成的速度。
这种造雪机对温度的依赖程度较低,但需要空气足够干燥,只要空气含水量低,即使环境温度在0摄氏度以上,也可以造雪。
不同的造雪机和造雪环境能够产出具备不同雪温、黏度、摩擦力的雪晶,也能造出和天然新雪触感相同的粉雪,这种雪蓬松有弹性,走在上面还会发出咯吱咯吱的声音,即使运动员不小心摔倒,也不会很疼,自然更不容易受伤。
不过,凡事都有两面性,粉雪对运动员的技术要求比较高,由于雪质太软,支撑作用较弱,一般人很难在粉雪上滑起来。而且,粉雪喜欢低温,当滑雪的人过多时,摩擦带来的热量会让粉雪很快融化。
为了让滑雪爱好者有更好的体验,也为了雪场的雪不至于消耗太快,大多数滑雪场在造雪之后会都会用压雪机把雪压实,这样滑起来更加“丝滑”,雪也不会融化太快。
1980年2月,第13届美国普莱西德湖冬奥会,财大气粗的美国人在冬奥会历史上首次采用了人工造雪机来造雪,冬奥会“靠天吃饭”的困惑得到了根本缓解,人工造雪机也从此进入了冬奥会中。
公平与专业
通常,我们接触的滑雪场都是供普通滑雪爱好者休闲娱乐的初级雪道,雪的密度在450千克/立方米左右,大约是新雪的三倍,相比之下,用于专业比赛的雪道雪的密度会更高。
国际雪联要求高山滑雪的雪道表面必须接近于冰面结晶状态,这是为了保证不同出场顺序的运动员都能在相同的雪质下公平竞争,不会受到赛道变化的影响。
为达到这一要求,需要专业人员对赛道的雪进行反复压实,还需要每天进行必要维护。
滑雪是一项风险极高的体育运动,运动员在高速俯冲的过程中,时速可达130公里,这个速度在高速上都属于超速了,可想而知这项运动的难度和风险有多高。
非专业选手在滑雪时,一定要选择适合自己的赛道,防护工作也要做到位,毕竟安全才是最重要的嘛。
比赛在即,让我们一起期待运动员的精彩表现吧。
来源:蝌蚪五线谱