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南方见不到雪怎么办?那就来一场人工造雪!
发表时间:2024-01-13 08:02:08  来源:皇族rng官网   阅读次数:1    

  前段时间,小编还偷偷去故宫看了一场满城纷飞的大雪,简直美到无法形容。真羡慕故宫的猫猫,吃饭睡觉逛故宫,喵~

  这美不胜收的雪景光一个人看可不够,机智的小编寄给深圳的朋友一杯来自故宫的雪,可给孩子开心坏了…

  古有来自呼伦贝尔大草原的新鲜空气,今有来自北京海淀大马路边儿的新鲜积雪,突然发现了新的商机!

  等等,还有更大的商机,如果直接能在南方造雪,然后再骗他们说这是北方的雪……?!

  第一个条件是水汽饱和。在某一个温度下,空气中能包含的最大水汽量,叫做饱和水汽量。当水汽与气压一定时,降低温度使得空气能达到水汽饱和时的温度,叫做露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时,空气里才会有水汽变成水滴或冰晶。

  因为冰面饱和水汽含量比水面要低,所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。例如,空气温度为-20℃时,相对湿度只有80%,冰晶就能增长了。

  U为相对湿度,E为水气压(hPa),E w 为干球温度t(℃)所对应的纯水平液面(或冰面)饱和水气压(hPa)。

  而水滴必须在相对湿度不小于100%时才能增长。气温越低,冰晶增长所需要的湿度越小。因此,在高空低温环境里,冰晶比水滴更容易产生。

  另一个条件是空气里必须有凝结核。凝结核是悬浮在空中的微小颗粒,理想的凝结核是吸收水分较强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮等等。有人做过试验,如果没有凝结核,空气里的水汽,过饱和到相对湿度500%以上的程度,才有可能凝聚成水滴,但这种过饱和的条件在自然界中很难实现。

  当空气中存在凝结核,或者大气中的水滴过冷冻结形成晶核后, 冰晶才可以在晶核基础上生长,当其重力大于浮力后,降落到地面上。大气温度和水汽过饱和度直接影响雪晶形状, 导致雪花的结构多样性。

  同时满足以上两个条件,才有可能形成冰晶。从气候上来说,南方气候温暖湿润,经常降雨,但温度很难达到露点以下,所以水汽很难凝结成冰晶。就算大气上空的温度很低,但如果环境温度比较高,雪花下落过程中也会融化成水,因此很少看见南方出现降雪。

  抛却“地利”,还能等“天时”,等一波百年难遇的寒潮降临,如果来自西伯利亚的冷空气南下,使得南方部分地方气温骤降,也会出现降雪现象。

  其实,目前滑雪场的雪基本都是人工造雪,只是在冬天温度较低,不易融化,所以一般在寒冷的冬天开放。而无论是降雪量丰富的东北地区,还是被誉为“中国雪都”的新疆阿勒泰地区,滑雪场仍需要人造雪。

  首先,雪花的持续生长需要环境温度达到露点以下,据统计,南方城市的年平均相对湿度大都在65%以上,广州、海口、贵阳、成都的年平均湿度在82%以上,湿度越高,环境的露点值就越高,水汽便越容易凝华或凝结,因此可以选一个寒冷的夜晚来进行造雪,一般滑雪场的造雪时间也是选择夜晚。

  目前主流的人工造雪技术也是利用了自然成雪原理,将水和空气在造雪机喷嘴内混合后喷出形成微小的雾化水滴,处于冷空气中的液滴因与外界环境存在温度差和水蒸气浓度差,在低温的空气中冻结,成为雪花生长的关键要素——“晶核”,下图是冻结过程的四个过程:

  第二部分为成核复辉阶段,在成核过程,液滴处于亚稳态状态,一旦这种状态被破坏,液滴就会发生部分结晶,由纯液态水滴变为冰水混合物。在复辉过程,液态水继续进行相变,这部分的相变潜热使液滴自身温度升高,最终达到平衡温度;

  第三阶段为冻结阶段,在该过程中,液滴依旧处于冰水混合物状态,一边继续进行相变过程,一边与外界环境进行着热量传递和质量传递过程,使其温度始终维持平衡温度,直至液态水完全冻结;

  第四阶段为再降温阶段,在该阶段液滴已完全冻结成冰晶,与外界环境继续进行热质传递过程,冰晶温度不断降低,直至达到稳态。

  形成晶核之后,晶核再聚集周围的雾化水滴,使其凝固在晶核表面,在落地之前不断生长。一般,人工制造的晶核尺寸更小,硬度更强,且人造雪含水量更高,约为40%-50%,比自然雪含水量高40%左右。

  天然雪是片状,密度比较小,松松软软,是由水汽凝华结晶,沿晶面充分生长,所以有很多规则的形状。

  人造雪属于冰粒状的,较重,是由水珠凝固结晶,含水量很多,看起来就像冰雪混合物。

  除了小范围的造雪,大范围的人工降雪,可以利用飞机在云层上播撒碘化银来实现。碘化银的晶体与雪晶的六角形单体尺寸非常相似,它们单体里的原子排列也十分近似,两者的晶格间距也很接近(碘化银是4.58埃,雪晶是4.52埃)。

  因此,把碘化银微粒撒在降水能力较差的云层里,使它“冒名”顶替冰晶,便能让云中的水汽和小水滴在“冒名”的晶体上凝华结晶,变成雪花。

  [1]加欢,周晓庆,蔡爱峰等.面向适航验证的人工造雪晶核直径实验研究及应用[J/OL].线]吴艳丽.人工造雪小液滴的热质传递降温过程研究[D].北京建筑大学,2023.

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