Создание снега — это производство снега путем подачи воды и сжатого воздуха через « снежную пушку », также известную как « снежная пушка ». Искусственное оснежение в основном используется на горнолыжных курортах в качестве дополнения к естественному снегу. Это позволяет горнолыжным курортам повысить надежность снежного покрова и продлить горнолыжный сезон с поздней осени до ранней весны. На крытых горнолыжных склонах используется искусственное оснежение. Обычно они могут делать это круглый год, поскольку в них имеется климат-контролируемая среда.
Использование машин для производства снега стало более распространенным, поскольку изменение погодных условий и популярность крытых горнолыжных курортов создают спрос на снег, превышающий тот, который обеспечивает природа. Машины для производства снега решили проблему нехватки снега; однако искусственное производство снега связано со значительными экологическими издержками.
По данным Европейского агентства по окружающей среде , с 1970-х годов продолжительность снежных сезонов в северном полушарии сокращалась на пять дней каждое десятилетие, что увеличивало спрос на производство искусственного снега. Некоторые горнолыжные курорты используют искусственный снег, чтобы продлить лыжный сезон и увеличить естественный снегопад; однако есть некоторые курорты, которые почти полностью полагаются на производство искусственного снега. [1] Искусственный снег широко использовался на зимних Олимпийских играх 2014 года в Сочи, зимних Олимпийских играх 2018 года в Пхенчхане и зимних Олимпийских играх 2022 года в Пекине, чтобы дополнить естественный снегопад и обеспечить наилучшие условия для соревнований. [2]
Производство снега требует низких температур. Пороговая температура для оснежения увеличивается по мере снижения влажности. Температура по влажному термометру используется в качестве показателя, поскольку она учитывает температуру воздуха и относительную влажность. Температура лампы всегда ниже наружной температуры. Чем влажнее воздух, тем меньше влаги он может поглотить. Чем выше влажность воздуха, тем холоднее должно быть, чтобы маленькие капли воды превратились в снежные кристаллы.
Примеры:
Для запуска системы оснежения необходима температура по влажному термометру -2,5 ° C (27,5 ° F). Если влажность воздуха очень низкая, этого уровня можно достичь при температуре чуть выше 0 °C (32 °F), но если влажность воздуха высокая, требуются более низкие температуры. Температуры около точки замерзания называются пограничными температурами или предельными температурами. [3] Если температура по влажному термометру упадет, больше снега можно будет производить быстрее и эффективнее.
Производство снега — это энергоемкий процесс, который оказывает воздействие на окружающую среду, что по своей сути ограничивает его использование.
Арт Хант, Дэйв Ричи и Уэйн Пирс изобрели снежную пушку в 1950 году, [4] [5] , но некоторое время спустя получили патент. [6] В 1952 году курортный отель Grossinger's Catskill стал первым в мире, кто использовал искусственный снег. [7] Производство снега начало широко использоваться в начале 1970-х годов. Многие горнолыжные курорты во многом зависят от производства снега.
Производство снега достигло большей эффективности с увеличением сложности. Традиционно качество оснежения зависело от квалификации оператора оборудования. Сегодня [ когда? ] компьютерное управление дополняет эти навыки большей точностью, так что снежная пушка работает только тогда, когда производство снега оптимально.
Ключевыми факторами при производстве снега являются повышение эффективности использования воды и энергии, а также расширение экологического окна, в котором можно производить снег.
Для оснежения требуются водяные насосы, а иногда и воздушные компрессоры при использовании фурм, которые очень большие и дорогие. Энергия, необходимая для производства искусственного снега, составляет около 0,6–0,7 кВт·ч/м 3 для фурм и 1–2 кВт·ч/м 3 для вентиляторных пушек. Плотность искусственного снега составляет от 400 до 500 кг/м 3 , и расход воды на производство снега примерно равен этому числу . [8]
Производство снега начинается с источника воды, например реки или водохранилища. Вода перекачивается по трубопроводу на горе с помощью очень больших электрических насосов в насосной станции. Эта вода распределяется через сложную систему клапанов и труб на любые трассы, требующие искусственного оснежения. На большинстве курортов также добавляют зародышеобразователь , чтобы как можно больше воды замерзло и превратилось в снег. Эти продукты представляют собой органические или неорганические материалы, которые помогают молекулам воды принять правильную форму для замерзания в кристаллы льда . Продукция нетоксична и биоразлагаема.
Следующим шагом в процессе производства снега является добавление воздуха с помощью воздушной установки. Этот завод часто представляет собой здание, в котором установлены электрические или дизельные промышленные воздушные компрессоры размером с фургон или грузовик. Однако в некоторых случаях сжатие воздуха обеспечивается с помощью портативных прицепных компрессоров с дизельным двигателем, которые можно добавить в систему. Снежные пушки вентиляторного типа Man имеют встроенные электрические воздушные компрессоры, что обеспечивает более дешевую и компактную эксплуатацию. Лыжная зона может иметь необходимые водяные насосы высокой производительности, но не воздушный насос. Бортовые компрессоры дешевле и проще, чем иметь специальную насосную станцию. Воздух обычно охлаждается, а излишняя влага удаляется перед его выводом из установки. Некоторые системы даже охлаждают воду перед ее поступлением в систему. Это улучшает процесс оснежения, поскольку чем меньше тепла содержится в воздухе и воде, тем меньше тепла необходимо рассеивать в атмосферу, чтобы заморозить воду. От этой установки воздух поднимается по отдельному трубопроводу, идущему по тому же пути, что и водопровод.
Иногда воду смешивают с белками ина (активными для нуклеации льда) из бактерии Pseudomonas syringae . Эти белки служат эффективными ядрами , инициирующими образование кристаллов льда при относительно высоких температурах, так что капли превращаются в лед, прежде чем упасть на землю. Сама бактерия использует эти ина- белки, чтобы повреждать растения. [9]
Трубы, идущие по тропам, оборудованы укрытиями, в которых установлены гидранты, электроэнергия и, при необходимости, линии связи.
В то время как убежища для вентиляторных пушек требуют только воды, электроэнергии и, возможно, связи, убежищам для копий обычно также нужны воздушные гидранты. Гибридные укрытия обеспечивают максимальную гибкость при подключении каждого типа снегоочистителей, поскольку у них есть все необходимые расходные материалы. Типичное расстояние для укрытий для копий составляет 100–150 футов (30–46 м), для вентиляторных пушек - 250–300 футов (76–91 м). Из этих гидрантов 1+Устойчивые к давлению шланги диаметром 1 ⁄ 2–2 дюйма (38–51 мм) подключаются к снегоуборочной машине аналогично пожарным шлангам с эксцентриковыми замками.
Инфраструктура, поддерживающая производство снега, может оказывать негативное воздействие на окружающую среду, изменяя уровень грунтовых вод возле водоемов, а также содержание минералов и питательных веществ в почве под самим снегом. [10]
Существует множество форм снегогенераторов; однако все они разделяют основной принцип объединения воздуха и воды для образования снега. Для большинства пистолетов тип или «качество» снега можно изменить, регулируя количество воды в смеси. Для других вода и воздух просто включены или выключены, а качество снега определяется температурой и влажностью воздуха.
В целом существует три типа оснежительных пистолетов: внутреннее смешивание, внешнее смешивание и вентиляторные пистолеты. Они выпускаются двух основных типов: пневматические водяные пистолеты и фановые пистолеты.
Пневматическую водяную пушку можно установить на вышке или на подставке на земле. В нем используется вода и воздух под более высоким давлением, а в вентиляторном пистолете используется мощный осевой вентилятор, который направляет струю воды на большое расстояние.
Современный снежный вентилятор обычно состоит из одного или нескольких колец форсунок , которые впрыскивают воду в воздушный поток вентилятора. В отдельную форсунку или небольшую группу форсунок подается смесь воды и сжатого воздуха , которые создают точки зарождения снежных кристаллов. Маленькие капли воды и крошечные кристаллы льда затем смешиваются и выбрасываются мощным вентилятором , после чего они дополнительно охлаждаются за счет испарения в окружающем воздухе, падая на землю. Кристаллы льда действуют как семена , заставляя капли воды замерзать при температуре 0 ° C (32 ° F ). Без этих кристаллов вода переохлаждалась бы , а не замерзала . Этот метод может производить снег, когда температура воздуха по влажному термометру достигает -1 ° C (30 ° F). [11] [12] Чем ниже температура воздуха, тем больше и лучше снега может произвести пушка. Это одна из основных причин, по которой снежные пушки обычно работают ночью. Качество смешивания потоков воды и воздуха и их относительное давление имеют решающее значение для количества снега и его качества.
Современные снежные пушки полностью компьютеризированы и могут работать автономно или управляться дистанционно из центрального пункта. Рабочими параметрами являются: время запуска и остановки, качество снега, максимальная температура по влажному термометру, при которой можно работать, максимальная скорость ветра, горизонтальная и вертикальная ориентация, а также угол стреловидности (для покрытия более широкой или узкой территории). Угол стреловидности и площадь могут соответствовать направлению ветра.
Существуют меньшие версии снегогенераторов, которые можно найти на горнолыжных курортах, уменьшенные в размерах, чтобы использовать запасы воздуха и воды домашнего размера. Домашние снегогенераторы получают воду либо из садового шланга, либо из мойки высокого давления , которая производит больше снега в час. Существуют также планы по изготовлению машин для производства снега своими руками из сантехнической арматуры и специальных насадок или насадок для мойки высокого давления. Воздух под давлением обычно подается от стандартных воздушных компрессоров.
Объемы выработки снега домашними снегогенераторами зависят от воздушно-водяной смеси, температуры, колебаний ветра, производительности насосной станции, подачи воды, подачи воздуха и других факторов. Использование бытового распылителя не будет работать, если температура не будет значительно ниже точки замерзания воды.
По оценкам, к лыжному сезону 2009–2010 годов около 88% горнолыжных курортов, принадлежащих Национальной ассоциации горнолыжных курортов, использовали искусственный снег в дополнение к естественному снегопаду. [13] В европейских Альпах доля горнолыжных склонов, которые могут быть покрыты искусственным снегом, варьируется в зависимости от страны (Германия 25%, Франция 37%, Швейцария 53%, Австрия 70%, Италия 90%). [14] С 1985 года средние совокупные температуры в прилегающих Соединенных Штатах с ноября по февраль постоянно превышали средние температуры за эти месяцы, измеренные между 1901 и 2000 годами. [15] См. Рисунок 1. Такая тенденция одновременно ограничивает и поощряет использование искусственного снега. Повышение температуры приведет к усилению таяния снегов и уменьшению количества снегопадов, что вынудит горнолыжные курорты в большей степени зависеть от использования искусственного снега. Однако, как только температура приближается к 6 ° C (43 ° F), производство снега становится нецелесообразным с учетом нынешней технологии. Изображение справа, Фото 1, демонстрирует использование искусственного снега в дополнение к естественному снегопаду. Белая полоса, спускающаяся с горы, представляет собой горнолыжный склон, открытый благодаря широкому использованию технологий искусственного оснежения.
Поскольку использование искусственного снега становится все более распространенным и эффективным, застройщики могут попытаться построить новые или расширить существующие горнолыжные курорты, как это было в случае с горнолыжным курортом Snowbowl в Аризоне . Такое действие может привести к значительному вырубке лесов, утрате хрупких и редких экосистем, а также культурному противостоянию. Высокие затраты, связанные с производством искусственного снега, служат барьером для его использования. Подсчитано, что в 2008 году покупка снежной пушки и развитие необходимой инфраструктуры обошлись примерно в 131 000 долларов США. В целом, около 61 миллиона долларов США было инвестировано в технологию оснежения во французских Альпах, 1005 долларов США в Австрии и 415 долларов США в Швейцарии. [16] Кроме того, 50% затрат на электроэнергию среднего американского горнолыжного курорта приходится на производство искусственного снега. [13]
Машины для производства снега позволяют горнолыжным курортам продлевать сезон и поддерживать свой бизнес в периоды небольшого снегопада. С изменением климатических тенденций снегопады становятся все более непредсказуемыми, что ставит под угрозу экономический успех горнолыжных курортов. В период с 2008 по 2013 год годовой доход американских горнолыжных и сноубордических курортов составил около 3 миллиардов долларов США. [17] Такие высокие уровни доходов увеличивают спрос на предсказуемое и достаточное количество снежного покрова, чего можно достичь с помощью методов искусственного оснежения. Хотя экономическая выгода от горнолыжных курортов в последние годы составила около 3 миллиардов долларов США (см. Рисунок 2), дополнительная экономическая ценность зимнего туризма в Соединенных Штатах оценивается примерно в 12,2 миллиарда долларов США в год. [17] [13] Эти дополнительные преимущества проявляются в виде расходов в отелях, ресторанах, заправочных станциях и других местных предприятиях. Кроме того, зимний туризм поддерживает около 211 900 рабочих мест в Соединенных Штатах, что составляет в общей сложности около 7 миллиардов долларов США, выплаченных в виде льгот и зарплат, 1,4 миллиарда долларов США, выплаченных в виде налогов штата и местных налогов, и 1,7 миллиардов долларов США, выплаченных в виде федеральных налогов. Экономические выгоды от зимних видов спорта велики, но в то же время хрупки. По оценкам, в годы меньшего количества снегопадов экономическая активность снижается примерно на 1 миллиард долларов США. [13]
Внедрение и использование технологий искусственного оснежения требует реализации крупных инфраструктурных проектов. Эти проекты приводят к значительным нарушениям местных экосистем. Крупным инфраструктурным проектом, связанным с применением технологии искусственного оснежения, является горное водохранилище. Многие горные водоемы представляют собой насыпные плотины, питающие подземные водопроводы, и представляют значительную угрозу безопасности для близлежащего населения и экосистем. Помимо опасностей, связанных с обычными водохранилищами и плотинами, горные водохранилища подвержены множеству опасностей, характерных для гор. К таким опасностям относятся лавины, быстрые потоки и оползни. Примерно 20% горных водоёмов построены на лавиноопасных участках, а около 50% подвержены очень высокой опасности. Кроме того, горные водоемы очень быстро выбрасывают воду, вызывая масштабные наводнения и серьезно ставя под угрозу общественную безопасность. Серьезность этих опасностей возрастает из-за их потенциального воздействия на население и имущество небольших групп населения. [18]
Для оснежения обычно требуется от 3000 до 4000 кубических метров воды на гектар покрытого склона. [18] Соответственно, для производства одного кубического метра снега требуется примерно 106 галлонов (400 литров) воды, а машины для производства снега используют около 107 галлонов (405 литров) воды в минуту. [16] [19] Значительное количество этой воды теряется из-за испарения и, таким образом, не возвращается в грунтовые воды. [20] [21] Кроме того, для производства одного кубического метра снега требуется примерно от 3,5 до 4,3 кВтч энергии; однако это число может достигать 14 кВтч или всего 1 кВтч на кубический метр снега. [22] Производство снега составляет примерно 50% затрат на электроэнергию среднего американского горнолыжного курорта, что составляет около 500 000 долларов. [13]
Горнолыжные курорты часто используют минерализованную воду для производства искусственного снега, что оказывает неблагоприятное воздействие на окружающие экосистемы и уровень грунтовых вод. Горные водоемы часто заполнены высокоминерализованной водой, а сток из этих водоемов влияет на минеральный и химический состав подземных вод, которые, в свою очередь, загрязняют питьевые воды. Кроме того, горные водоемы не позволяют воде просачиваться обратно в землю, поэтому вода возвращается в грунтовые воды только через сток. [18]
В результате изменения погодных условий производство снега стало основным видом деятельности, приносящим доход из-за нехватки природного снега. Однако это создает серьезные экологические угрозы, которые могут способствовать увековечиванию проблемы, которая в первую очередь привела к увеличению спроса на искусственный снег.
Агентство по охране окружающей среды прогнозирует, что температура повысится на 0,28 °C (0,5 °F) и 4,8 °C (8,6 °F) во всем мире с вероятным повышением на 1,5 °C (2,7 °F), а среднее повышение температуры в США составит от 1,7 ° C (3 ° F) до 6,7 ° C (12 ° F) к 2100 году. Кроме того, ученые прогнозируют, что снежный покров в северном полушарии уменьшится на 15% к концу века, поскольку снежный покров уменьшится, а снежный сезон сократится. одновременно. [23] Прогнозируется, что к 2050-м годам менее половины из 21 места, исторически использовавшегося для проведения зимних Олимпийских и Паралимпийских игр (до Пекина 2022 года), по-прежнему будут иметь надежные погодные условия. [24] Эти прогнозируемые изменения температуры и характера снегопадов заставят горнолыжные курорты в большей степени полагаться на искусственный снег, который потребляет значительное количество воды и электроэнергии. В результате горнолыжные курорты будут еще больше способствовать производству парниковых газов и проблеме нехватки воды .
Помимо долгосрочного воздействия на окружающую среду, производство искусственного снега создает непосредственные экологические проблемы. Искусственный снег тает примерно на две-три недели дольше, чем натуральный снег. Таким образом, использование искусственного снега создает новые угрозы и проблемы для местной флоры и фауны. Кроме того, высокое содержание минералов и питательных веществ в воде, используемой для производства искусственного снега, меняет состав почвы, что, в свою очередь, влияет на то, какие растения способны расти. [20]
Помимо прямых эффектов производства искусственного снега, практика оснежения приводит к различным вторичным эффектам.
Положительные внешние эффекты, возникающие в результате производства искусственного снега, включают положительное воздействие на местную экономику, расширение возможностей для физической активности и улучшение условий конкуренции. Кроме того, производство искусственного снега позволяет горнолыжным курортам продлить срок их эксплуатации, тем самым увеличивая возможности людей заниматься физическими упражнениями на свежем воздухе. [25] Наконец, состав снега, получаемого с помощью снежных пушек, отличается от состава естественного снега и, как таковой, обеспечивает улучшенные условия для проведения соревнований по зимним видам спорта. [2] Профессионалы часто отдают ему предпочтение за то, что он быстрый и «сверхцепкий», но также вызывает у них страх упасть на него. [26] [27]
Наиболее заметными негативными внешними эффектами, возникающими в результате производства снега, являются неблагоприятные воздействия на окружающую среду. Однако, помимо воздействия на окружающую среду, производство искусственного снега приводит к значительным негативным культурным и социальным последствиям. К таким внешним эффектам относятся вопросы землепользования и прав на землю. Многие горнолыжные курорты сдают горы и склоны в аренду у Лесной службы США , что поднимает вопросы о том, как можно и нужно использовать землю и кто должен быть арбитром при определении надлежащего использования.
Конкретным примером негативного культурного внешнего воздействия является спор вокруг использования искусственного снега на горнолыжном курорте Аризона Сноубоул в Северной Аризоне. Аризонский Снежный Шар расположен на вершинах Сан-Франциско, которые являются одним из самых священных мест для различных индейских племен в районе Четырех Углов, включая народ Навахо . В 2004 году компания Arizona Snowbowl арендовала свои склоны у Лесной службы США и планировала построить новые горнолыжные склоны и увеличить производство искусственного снега. Предлагаемый проект будет включать вырубку примерно 74 акров (30 га) леса, использование очищенной воды для производства искусственного снега, строительство трехакрового пруда-отстойника для очищенной воды и установку подземного трубопровода. Группа истцов, состоящая из представителей шести индейских племен и различных других организаций, подала иск против Лесной службы США и компании Arizona Snowbowl. Истцы утверждали, что реализация такого проекта существенно изменит и нанесет ущерб культурной и духовной природе горы. Этот судебный иск в конечном итоге провалился в 2009 году. [28]
На шведском языке фраза «снежная пушка» (Snökanon) используется для обозначения явления снежной погоды, вызванного эффектом озера . Например, если Балтийское море еще не замерзло в январе, холодные ветры из Сибири могут привести к значительному снегопаду.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
СМИ, связанные со снежной пушкой, на Викискладе?