Производство снега — это производство снега путем подачи воды и сжатого воздуха через « снежную пушку », также известную как « снежная пушка ». Производство снега в основном используется на горнолыжных курортах в качестве дополнения к естественному снегу. Это позволяет горнолыжным курортам повысить надежность снежного покрова и продлить лыжный сезон с поздней осени до ранней весны. На крытых горнолыжных склонах используется производство снега. Как правило, они могут делать это круглый год, поскольку имеют среду с контролируемым климатом.
Использование снегогенераторов стало более распространенным, поскольку изменение погодных условий и популярность крытых горнолыжных курортов создают спрос на снег сверх того, что дает природа. Снегогенераторы решили проблему нехватки снега; однако существуют значительные экологические издержки, связанные с искусственным производством снега.
По данным Европейского агентства по охране окружающей среды , продолжительность снежного сезона в северном полушарии сокращается на пять дней каждое десятилетие с 1970-х годов, что увеличивает спрос на производство искусственного снега. Некоторые горнолыжные курорты используют искусственный снег для продления своего лыжного сезона и дополнения естественного снегопада; 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 Пхёнчхане и зимних Олимпийских играх 2022 года в Пекине для дополнения естественного снегопада и обеспечения наилучших условий для соревнований. [2]
Производство снега требует низких температур. Пороговая температура для производства снега увеличивается с уменьшением влажности. Температура влажного термометра используется в качестве метрики, поскольку она учитывает температуру воздуха и относительную влажность. Температура термометра всегда ниже наружной температуры. Чем влажнее воздух, тем меньше влаги он может поглотить. Чем выше влажность воздуха, тем холоднее должно быть, чтобы превратить мелкие капельки воды в кристаллы снега.
Примеры:
Для запуска системы оснежения требуется температура влажного термометра −2,5 °C (27,5 °F). Если влажность воздуха очень низкая, этот уровень может быть достигнут при температуре немного 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 влажного термометра падает, больше снега может быть произведено быстрее и эффективнее.
Производство снега — энергоемкий процесс, который оказывает воздействие на окружающую среду, что по сути ограничивает его применение.
Американцы Арт Хант, Дэйв Ричи и Уэйн Пирс изобрели снежную пушку в 1950 году, [4] [5], но позже получили патент. [6] В 1952 году отель Grossinger's Catskill Resort стал первым в мире, кто использовал искусственный снег. [7] Производство снега начало широко использоваться в начале 1970-х годов. Многие горнолыжные курорты в значительной степени зависят от производства снега.
Производство снега достигло большей эффективности с ростом сложности. Традиционно качество производства снега зависело от мастерства оператора оборудования. Сегодня [ когда? ] компьютерное управление дополняет это мастерство большей точностью, так что снегогенератор работает только тогда, когда производство снега оптимально.
Ключевыми факторами при производстве снега являются повышение эффективности использования воды и энергии, а также увеличение экологического окна, в течение которого можно производить снег.
Для установок по производству снега требуются водяные насосы, а иногда и воздушные компрессоры при использовании пик, которые очень большие и дорогие. Энергия, необходимая для производства искусственного снега, составляет около 0,6–0,7 кВт·ч/м 3 для пик и 1–2 кВт·ч/м 3 для вентиляторных пушек. Плотность искусственного снега составляет от 400 до 500 кг/м 3 , а расход воды для производства снега примерно равен этому числу. [8]
Производство снега начинается с водоснабжения, например, реки или водохранилища. Вода закачивается в трубопровод на горе с помощью очень больших электрических насосов в насосной станции. Эта вода распределяется через сложную серию клапанов и труб по любым трассам, где требуется производство снега. Большинство курортов также добавляют зародышеобразователь , чтобы гарантировать, что как можно больше воды замерзнет и превратится в снег. Эти продукты представляют собой органические или неорганические материалы, которые помогают молекулам воды принять правильную форму для замерзания в ледяные кристаллы . Продукты нетоксичны и биоразлагаемы.
Следующим шагом в процессе оснежения является добавление воздуха с помощью воздушной установки. Эта установка часто представляет собой здание, в котором находятся электрические или дизельные промышленные воздушные компрессоры размером с фургон или грузовик. Однако в некоторых случаях сжатие воздуха обеспечивается с помощью дизельных, переносных компрессоров, устанавливаемых на прицепе, которые можно добавить в систему. Снегогенераторы типа Man fan имеют встроенные электрические воздушные компрессоры, что обеспечивает более дешевую и компактную эксплуатацию. На горнолыжном курорте могут быть необходимые высокопроизводительные водяные насосы, но не воздушный насос. Встроенные компрессоры дешевле и проще, чем иметь специальную насосную станцию. Воздух, как правило, охлаждается, а избыток влаги удаляется перед тем, как он будет отправлен из установки. Некоторые системы даже охлаждают воду перед тем, как она попадет в систему. Это улучшает процесс оснежения, поскольку чем меньше тепла в воздухе и воде, тем меньше тепла нужно отводить в атмосферу, чтобы заморозить воду. Из этой установки воздух поднимается по отдельному трубопроводу по тому же пути, что и водопровод.
Иногда вода смешивается с белками ina (активными в образовании ледяных зародышей) из бактерии Pseudomonas syringae . Эти белки служат эффективными ядрами для инициирования образования кристаллов льда при относительно высоких температурах, так что капли превращаются в лед до того, как упадут на землю. Сама бактерия использует эти белки ina для того, чтобы наносить вред растениям. [9]
Трубы, проложенные вдоль трасс, оборудованы укрытиями с гидрантами, электроснабжением и, по желанию, линиями связи.
В то время как укрытия для вентиляторных пушек требуют только воды, электроэнергии и, возможно, связи, укрытия для копий обычно также требуют воздушных гидрантов. Гибридные укрытия обеспечивают максимальную гибкость для подключения каждого типа снегогенератора, поскольку у них есть все необходимые принадлежности. 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+Шланги, устойчивые к давлению, диаметром 1 ⁄ 2–2 дюйма (38–51 мм) подключаются к снегоуборочной машине аналогично пожарным шлангам с помощью эксцентриковых замков.
Инфраструктура для поддержки производства снега может оказать негативное воздействие на окружающую среду, изменяя уровень грунтовых вод вблизи водохранилищ, а также содержание минералов и питательных веществ в почве под самим снегом. [10]
Существует множество видов снежных пушек; однако все они разделяют базовый принцип объединения воздуха и воды для образования снега. Для большинства пушек 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 снегогенераторов: внутреннего смешивания, внешнего смешивания и вентиляторные пушки. Они бывают двух основных типов производителей: воздушно-водяные пушки и вентиляторные пушки.
Воздушно-водяная пушка может быть установлена на башне или на подставке на земле. Она использует воду и воздух под высоким давлением, в то время как вентиляторная пушка использует мощный осевой вентилятор для подачи струи воды на большое расстояние.
Современный снежный вентилятор обычно состоит из одного или нескольких колец сопел , которые впрыскивают воду в воздушный поток вентилятора. Отдельное сопло или небольшая группа сопел питается смесью воды и сжатого воздуха и создает точки зарождения для кристаллов снега. Затем мелкие капли воды и крошечные кристаллы льда смешиваются и выталкиваются мощным вентилятором , после чего они дополнительно охлаждаются путем испарения в окружающем воздухе, падая на землю. Кристаллы льда действуют как семена , заставляя капли воды замерзать при 0 ° C (32 ° F ). Без этих кристаллов вода переохлаждается , а не замерзает . Этот метод может производить снег, когда температура влажного термометра воздуха достигает −1 ° C (30 ° F). [11] [12] Чем ниже температура воздуха, тем больше и лучше снега может сделать пушка. Это одна из главных причин, по которой снежные пушки обычно работают ночью. Качество смешивания потоков воды и воздуха, а также их относительное давление имеют решающее значение для количества образующегося снега и его качества.
Современные снежные пушки полностью компьютеризированы и могут работать автономно или управляться дистанционно из центрального пункта. Эксплуатационные параметры: время запуска и остановки, качество снега, максимальная температура влажного термометра, при которой можно работать, максимальная скорость ветра, горизонтальная и вертикальная ориентация и угол стреловидности (для охвата более широкой или узкой области). Угол стреловидности и площадь могут следовать за направлением ветра.
Существуют и более мелкие версии снегогенераторов, которые можно найти на горнолыжных курортах, уменьшенные в масштабе, чтобы работать на бытовых запасах воздуха и воды. Домашние снегогенераторы получают воду либо из садового шланга, либо из мойки высокого давления , которая производит больше снега в час. Существуют также планы по созданию самодельных снегогенераторов, сделанных из водопроводной арматуры и специальных насадок или насадок для мойки высокого давления. Сжатый воздух обычно подается из стандартных воздушных компрессоров.
Объемы снега, производимого домашними снегогенераторами, зависят от смеси воздуха и воды, температуры, колебаний ветра, мощности насоса, подачи воды, подачи воздуха и других факторов. Использование бытового распылителя не сработает, если температура не будет значительно ниже точки замерзания воды.
К лыжному сезону 2009–2010 гг. было подсчитано, что около 88% горнолыжных курортов, входящих в Национальную ассоциацию горнолыжных курортов США, использовали искусственный снег в дополнение к естественному снегопаду. [13] В европейских Альпах доля горнолыжных склонов, которые могут быть покрыты искусственным снегом, различается в разных странах (Германия 25%, Франция 37%, Швейцария 53%, Австрия 70%, Италия 90%). [14] С 1985 года средние совокупные температуры в смежных Соединенных Штатах в период с ноября по февраль постоянно превышали средние температуры в эти месяцы, измеренные между 1901 и 2000 гг. [15], как показано на рисунке 1. Такая тенденция как ограничивает, так и поощряет использование искусственного снега. Повышение температуры приведет к большему таянию снега и уменьшению снегопадов, тем самым заставляя 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 современных технологий. Фотография Парсенна справа демонстрирует использование искусственного снега в дополнение к естественному снегопаду. Белая полоса, спускающаяся с горы, — это горнолыжный склон, открытый благодаря широкому использованию технологии 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 Arizona Snowbowl . Такое действие может привести к значительной вырубке лесов, потере хрупких и редких экосистем и культурному сопротивлению. Высокие затраты, связанные с производством искусственного снега, служат барьером для входа на рынок его использования. Было подсчитано, что в 2008 году покупка снежной пушки и разработка необходимой инфраструктуры стоили приблизительно 131 000 долларов США. В целом, приблизительно 61 миллион 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 сезоны и поддерживать свой бизнес в периоды малого количества снегопадов. С изменением климатических тенденций снегопад становится все более непредсказуемым, тем самым ставя под угрозу экономический успех горнолыжных курортов. В период с 2008 по 2013 год американские горнолыжные и сноуборд-курорты получили годовой доход около 3 миллиардов долларов США. [17] Такой высокий уровень доходов увеличивает спрос на предсказуемое и адекватное количество снежного покрова, которого можно достичь с помощью методов искусственного оснежения. В то время как экономическая выгода от горнолыжных курортов составила около 3 миллиардов долларов США в последние годы (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 выгоды приходят в виде расходов в отелях, ресторанах, на 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, выплачиваемых в виде пособий и зарплат, 1,4 миллиарда долларов США, выплачиваемых в виде государственных и местных налогов, и 1,7 миллиарда долларов США, выплачиваемых в виде федеральных налогов. Экономические выгоды от зимних видов спорта велики, но также и хрупки. По оценкам, в годы с меньшим количеством снега наблюдается снижение экономической активности 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 использованием технологии искусственного оснежения, является горное водохранилище. Многие горные водохранилища представляют собой насыпные плотины, которые питают подземные водопроводы и представляют значительную угрозу безопасности для близлежащего населения и экосистем. В дополнение к опасностям, создаваемым обычными водохранилищами и плотинами, горные водохранилища подвержены различным опасностям, характерным для гор. К таким опасностям относятся лавины, быстрые потоки и оползни. Примерно 20% горных водохранилищ построены на склонных к лавинам участках, и около 50% подвержены очень высоким опасностям. Кроме того, горные водохранилища очень быстро выбрасывают воду, вызывая мощные наводнения и значительно ставя под угрозу общественную безопасность. Серьезность этих опасностей увеличивается из-за их потенциального воздействия на население и имущество, проживающее ниже. [18]
Машинам для производства снега обычно требуется от 3000 до 4000 кубических метров воды на гектар покрытого склона. [18] Соответственно, для производства одного кубического метра снега требуется около 106 галлонов (400 литров) воды, а снегогенераторы потребляют 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 около 3,5–4,3 кВт·ч энергии; однако это число может достигать 14 кВт·ч или 1 кВт·ч на кубический метр снега. [22] Производство снега составляет около 50% от средних затрат на электроэнергию на американском горнолыжном курорте, что составляет около 500 000 долларов США. [13]
Горнолыжные курорты часто используют минерализованную воду для производства искусственного снега, что оказывает неблагоприятное воздействие на окружающие экосистемы и уровень грунтовых вод. Горные водохранилища часто заполнены высокоминерализованной водой, а сток из этих водохранилищ влияет на минеральный и химический состав грунтовых вод, что в свою очередь загрязняет питьевую воду. Кроме того, горные водохранилища не позволяют воде просачиваться обратно в землю, поэтому вода возвращается в уровень грунтовых вод только через сток. [18]
В результате изменения погодных условий производство снега стало основным видом деятельности, приносящим доход из-за нехватки поставок естественного снега. Однако оно представляет собой значительную экологическую угрозу, которая может способствовать сохранению проблемы, изначально приведшей к росту спроса на искусственный снег.
EPA прогнозирует, что температура увеличится на 0,28 °C (0,5 °F) и 4,8 °C (8,6 °F) во всем мире с вероятным увеличением на 1,5 °C (2,7 °F) и средним повышением температуры в США на 1,7 °C (3 °F) и 6,7 °C (12 °F) к 2100 году. Кроме того, ученые прогнозируют, что снежный покров в северном полушарии уменьшится на 15% к концу столетия, при этом снежный покров уменьшится, а снежные сезоны сократятся одновременно. [23] Было прогнозировано, что к 2050-м годам менее половины из 21 места, исторически использовавшихся для зимних Олимпийских и Паралимпийских игр (вплоть 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 использует значительное количество воды и электроэнергии. В результате горнолыжные курорты будут еще больше способствовать образованию парниковых газов и возникновению проблемы нехватки воды .
Помимо долгосрочных экологических последствий, производство искусственного снега создает непосредственные экологические проблемы. Искусственному снегу требуется на две-три недели больше времени, чтобы растаять, чем натуральному. 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, изменяет состав почвы, что, в свою очередь, влияет на то, какие растения способны расти. [20]
Помимо прямых эффектов производства искусственного снега, методы его создания приводят к различным вторичным эффектам.
Положительные внешние эффекты, возникающие в результате производства искусственного снега, включают положительное влияние на местную экономику, расширение возможностей для физической активности и улучшение условий соревнований. Кроме того, производство искусственного снега позволяет горнолыжным курортам продлить время их работы, тем самым увеличивая возможности для людей участвовать в физических упражнениях на открытом воздухе. [25] Наконец, состав снега, произведенного с помощью снежных пушек, отличается от состава естественного снега и, таким образом, обеспечивает улучшенные условия для соревнований по зимним видам спорта. [2] Его часто предпочитают профессионалы за его скорость и «гиперцепкость», но также за то, что он вызывает у них страх упасть на нем. [26] [27]
Наиболее заметными негативными внешними эффектами, возникающими в результате производства снега, являются неблагоприятные воздействия на окружающую среду. Однако в дополнение к воздействию на окружающую среду производство искусственного снега приводит к значительным негативным культурным и социальным внешним эффектам. К таким внешним эффектам относятся вопросы, касающиеся землепользования и прав на землю. Многие горнолыжные курорты сдают горы и склоны в аренду Лесной службе 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 эффекта является спор вокруг использования искусственного снега на горнолыжном курорте Arizona Snowbowl в Северной Аризоне. Arizona Snowbowl расположен на вершинах Сан-Франциско, которые являются одними из самых священных мест для различных индейских племен в районе Четырех углов, включая нацию Навахо . В 2004 году Arizona Snowbowl арендовал свои склоны у Лесной службы США и планировал построить новые горнолыжные склоны и увеличить производство искусственного снега. Предлагаемый проект включал бы расчистку приблизительно 74 акров (30 га) леса, использование регенерированной воды для производства искусственного снега, строительство трехакрового пруда для регенерированной воды и установку подземного трубопровода. Группа истцов, состоящая из членов шести индейских племен и различных других организаций, подала иск против Лесной службы США и Arizona Snowbowl. Истцы утверждали, что реализация такого проекта значительно изменит и нанесет ущерб культурной и духовной природе горы. Этот судебный иск в конечном итоге провалился в 2009 году. [28]
В шведском языке выражение «снежная пушка» (Snökanon) используется для обозначения погодного явления , связанного с 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 )
Медиа, связанные со снежной пушкой на Wikimedia Commons