伴随着北京冬季奥运会的临近，冰雪运动越来越受到人们的喜爱，而像国家高山滑雪中心等大家常去的滑雪场，基本都是由人造雪压制而成。

那么，人造雪是“假雪”吗？人造雪是使用的什么材料？为什么冬奥会一定要使用人造雪呢？

其实，人造雪并非假雪。

我们平日里见到的自然的雪花都是大气中的水汽凝华而来的固态降水。雪花形成的原理我们在地理课堂上都有所了解：在一定的温度条件下，当空气中的水汽含量达到过饱和状态时，就极易凝结在空气中的微尘上形成冰晶，当冰晶不断吸附周边的水汽变得越来越大时，自身重力就会克服浮力降落下来形成降雪。

当空气中的湿度和温度不同时，冰晶吸附周边水汽的位置和速度就不同，也就形成了不同的雪花形状和大小。比如，当水汽在冰晶面上凝华时，形成的是柱状雪花；如果水汽在冰晶边上和面上凝华时，形成的是片状雪花；如果冰晶面上、边上、角上都有水汽凝华时，形成的是星状雪花。

和自然降雪的过程不同，人造雪一般是借助造雪机等外部工具，在温度、湿度条件还不满足自然降雪的要求时，将雪给“催生”出来。

雪花“催生”的方式一般有两种：

最常见的一种是借助高压水泵，将高压水泵中的加压水与空气压缩机中的高压空气，在双进口喷嘴处先混合再喷出，高压空气再将水分割成微小颗粒，这些颗粒在寒冷的空气中会凝固成冰晶，进一步与水汽接触，让晶体生长到1~2毫米左右而形成形状各异的雪花。

下图是滑雪场中工作的高压造雪机：

雪花“催生”的另一种方式是借助制冰机，通过压缩机降温把水冷冻成冰块，再通过高速旋转的钻头将冰块打成粉末，最后通过泵或者人工将粉末均匀的喷到滑雪场中。

可见，人造雪和自然降雪都是由水汽凝华而成，最大的区别无非是借助了造雪机等人造工具进行“催生”，所以人造雪并非假雪。

那么，冬奥会为什么一定要使用“人造雪”呢？难道是北京的温度不够低吗？

其实，根据国际惯例，近年来冬奥会中主要比赛场地比如高山滑雪场地无一例外都是使用的人造雪。据可查询的记录，1980年普莱西德湖冬奥会是首届采用人工造雪措施的冬奥会，近年来，在温哥华、索契以及平昌等地举行的冬奥会均大量采用了人造雪。在2018年平昌冬奥会中，人造雪用量达到了总使用雪量的90%。

而历届冬奥会使用人造雪的最主要原因其实是为了满足冬奥赛道雪量要求。

比如，国际雪联文件《2022年冬奥会自由式滑雪和单板滑雪场地要求》指出，滑雪障碍追逐赛道需保证约71500立方米雪量，当这一数字加上融化系数后，将达到107200立方米。即使是面积较小的大跳台赛道，也需维持至少11000立方米雪量。

对于高山滑雪赛道而言，即使天然降雪达到3米厚，经过压雪后也只能形成30~40厘米的雪层，这个要求即使放在北欧国家，如果只是靠天然降雪也是很难达到要求，更别说北京和张家口了。

看了这篇文章，你知道人造雪和自然雪的区别以及为啥冬奥会要用人造雪了吗？

最后请教大家一个问题，请问拍视剧中的“鹅毛大雪”是“假雪”吗？是怎么拍摄的？欢迎留言区讨论！

2022年冬奥会的顺利举办，让北京成为历史上首个“双奥之城”，这必将让北京再次受到世界瞩目。能荣获这一成就还要感谢我国人工造雪技术的发展，如果没有人工造雪，北京就无法举办冬奥会。

冰雪运动正受到越来越多人的喜爱，而大家常去的滑雪场的雪道，基本都是由人造雪压制而成。不知道大家看到“雪炮”和“雪枪”哗哗哗喷雪的时候，有没有想过它们是如何造雪的呢？造出来的雪和自然降的雪有什么不同，落地后的它们状态又有什么差别？

一、从形成到堆积，人造雪与自然雪有哪些不同？

1、自然雪：水和微尘邂逅的结晶

自然界的雪是大气中的水汽凝华而来的固态降水，其结构随温度和湿度的变化而变化，多呈六角形。

那么，自然雪花是如何形成的呢？

在一定的温度条件下，空气中水汽的含量达到最大限度，水的不同相态（固、液、气）之间可以相互转化。当温度降低时，处于饱和的水汽出现过饱和现象，它们极易凝结在悬浮的微尘上，并形成冰晶。

之后，冰晶不断吸附周围水汽而变大，冰晶附近的水汽不断减少。这样，靠近冰晶处的水汽密度就低于离它远的地方，产生相对高的水汽压梯度。水汽就在梯度压力的推动下，从冰晶周围逐渐运移至冰晶所在处。运动的水汽分子首先遇到冰晶的各个角棱和凸出部分，并在这里凝华而成为冰晶的一部分。

就这样，冰晶的角棱不断增长，逐渐成为枝叉状。之后又因为同样的机理，在各个枝叉和角棱处长出新的小枝叉来，星状雪花逐渐形成。

由于大气中冰晶的温度和湿度条件也不断变化，使得冰晶面上、边上和角上各种部分增长的速度不一致。如果水汽只在冰晶面上凝华，形成的是柱状雪花；如果水汽在冰晶边上和面上凝华，形成的是片状雪花；再如果冰晶面上、边上、角上都有水汽凝华，有尖角处位置突出，凝华增长得最快，多形成的是枝状或星状雪花。因此，由于大气的温度和湿度不断变化，雪花呈现千变万化的形态。形状、大小完全一样或完全对称的雪花，在自然界中是无法形成的。

2、人造雪：被“催生”的冰晶

相对于自然雪花的千变万化，人造雪多为一个模子刻出来的。

常见的人造雪是把高压水泵中的高压水与空气压缩机中的高压空气在双进口喷嘴处混合喷出，高压空气再将水分割成微小颗粒，这些颗粒在寒冷的空气中会凝固成冰晶，进一步与水汽接触，让晶体生长。

由于没有充裕的时间和空间让冰晶发育和生长，人造雪多呈现白色、不透明的近似球状或圆锥形，很难形成星状和多枝状的形态。狭义上这种人造雪属于霰（读作xian,四声；亦称为雪丸，直径一般在0.3到2.5毫米之间，产生于大气强对流的情况下和扰动强烈的云中），不属于雪的类别。

另一种人造雪则是通过制冰装置，将水制成片冰，再通过碎冰装置把片冰粉碎成粉末，最后把粉末状的冰晶通过空气输送系统送出。

由于自然雪花为扁平状，落地后相互交织在一起，因此积雪孔隙率高、密度低（自然新雪的密度在0.05到0.15克每立方厘米）、硬度低，还非常松软；而人造雪为近似球状或圆锥形的密实晶体，形成的积雪孔隙率低、密度高（人造雪的密度高于0.5克每立方厘米），硬度和强度等力学性能远高于自然积雪。

另外，相对于自然积雪，人造雪的晶体类型单一，同一个雪场下分层不明显，晶体发育变质缓慢，难以形成多面体雪晶体和深霜等雪晶体，性状单一且稳定。

二、人工造雪为什么是必要的？

尽管自1924年第一届冬奥会开始，往后几十年时间里，大家一直在使用天然雪塑造的场地，但是这并不意味着天然雪总是那么靠谱的。在历史上，因为冬奥会主办地缺雪，造成比赛中断或成绩异常的现象不在少数。

比如1928年在瑞士圣莫里茨举办的第二届冬奥会就出现了状况，由于当年瑞士的降雪量普遍偏少，导致许多比赛项目在比赛日被直接取消了。甚至在50公里越野滑雪项目中，一些路段因为缺雪，泥泞的黄土露出了地表，使得这一次比赛的冠军使用时间过长，比上届冠军慢了整整一个多小时。

而2014年俄罗斯冬奥会也遇上了暖冬，好在俄罗斯人早在3年前就储存了50万立方米的自然雪，解决了当天缺雪的紧急状况。但是，我们要知道，储雪的成本是非常高的。要保证存放起来的雪不融化，就要在赛场附近修建冷库。而且每年都要消耗大量电力进行人工制冷，所以说，建造冷库不仅程序复杂、耗费时间，而且建造和维护的成本高、能耗高。

关键是费了这么多力气，依然不能满足所有赛事的需要。比如，一座5S级的滑雪场至少需要消耗1.8万立方米的雪，才能堆满一条一公里的初级滑雪道，如果要修建几十公里长的越野赛道，冷库的雪只是杯水车薪。何况比赛中对雪的消耗量也同样巨大。后来，俄罗斯调来了450台造雪机，花费了4000万元才解决问题。

而对于我国来说，无论是修建冷库还是租借外国的造雪机，代价都非常巨大。而如果我们拥有自己的造雪机，不仅能够减少大型赛事的费用，而且对于以后我国的冬季旅游和滑雪的发展都很有帮助。

三、造雪技术的难点在哪里？

鉴于北京下雪少、储雪难的现实情况，国际奥委会在2015年就提出，延庆和张家口赛区必须依赖人工造雪，北京和张家口冬奥场地，可能有60%的赛事都需要用到人造雪，甚至有的区域需要100%的人造雪。

造雪机的工作原理其实很简单，主要是把5℃以下的冷水和压缩空气混合装入零下25℃的蒸发器里结冰，然后用里面配备的切削机将冰块切碎，最后和空气一起喷出。这样用冰刀刮下来的，是5mm大小，厚度在1～1.5mm左右的片状冰。片状冰因为干燥能长期保持，所以在二三十年前被广泛使用。

但是后来，随着人们对比赛公平的看重，大家慢慢发现，由于它的颗粒大，塑造的雪道很像石子路，经常导致一些职业滑雪者们在旋转时摔倒。所以，造雪机必须要让这种“冰雪”变小，但也不能和天然雪花一样过于细小松软，那样容易导致运动员陷入雪中受伤。只有这样，才能保证赛道既有一定强度，又有足够的弹性，以免先出发的运动员对雪道造成破坏，影响后面的运动员。

可是，要让人造雪的颗粒大小适中，并不简单，这一度成了造雪机改造升级的重点和难点。然而我国的滑雪运动并不兴盛，很少举办较大的冬季比赛，所以这方面的经验和技术非常欠缺。在2015年以前，别说提升造雪机的技术了，我们连一条像样的国际专业雪道都没办法造出来。

为此，中科院于2017年组建了一支科研团队，在秦大河和王飞腾等院士的带领下，开始全力突破这一技术。但是，由于造雪机的运行对于环境要求较高，比如：气温达到零下5度到零下15度，湿度不超过80%，以及有微风等条件，所以大部分科研活动都必须在野外进行。

于是，科研人员们二话没说，进入了气温只有零下20℃的云顶滑雪公园，在一些高山滑雪中心进行野外作业研究。他们不仅每天奋斗在一线岗位上，而且一工作就非常投入，每天几乎都要工作11个小时，等到天完全黑了才回去休息，第二天一大早又匆忙地赶到野外工作。

直到2021年，这项研究工作超额完成了。为了克服不同温度湿度、海拔和风力条件下，造雪机产雪不均匀的问题，科学家们生产出了不同类型的造雪机，完全能够满足北京冬奥会的各种需求。这不仅是冬奥会能够顺利举办的保障，同时也是我国冬奥会备受外国运动员认可和称赞的基础工程。

四、5年成果聚焦冬奥会

经过科学家5年来的不懈努力，我国总算突破了造雪技术的封锁，他们曾经经历过的风霜雨雪都汇成了冬奥会上先进的造雪机。据统计，在国家高山滑雪中心的赛道上，已有170台造雪机和30台雪枪开始工作了。

别看数量不多，但是这些造雪机的功能却非常强大。它们并非传统的碎冰型造雪机，而是“雪炮”式造雪机，它能够利用高压空气将水流打碎成细密的雾状颗粒喷出，这些水雾遇到寒冷的外部空气，就会在落地之前快速凝固成为冰晶，变成人们所熟知的雪花。这样的人造雪比片状雪的颗粒小了很多，塑造出来的赛道洁白光滑，非常美观。

同时，为了适应长达半个月时间的气候变化，造雪机还可以造出9种不同类型的雪花。这些雪的颗粒大小从10 mm到0.3mm不等，而利用0.3mm的雪就可以铺成与自然雪很接近的雪道了。

有了好的人造雪材料，工作人员在雪道铺设时也同样考究。自然雪铺成的雪地密度在0.05克/立方厘米~0.15克/立方厘米，而人造雪道的密度要求是它的5~13倍。一般大众使用的雪场密度约为0.4~0.5克/立方厘米，而冬奥会的专业赛道要求则更高，其密度需要达到0.65克/立方厘米。所以，一条合格的冰状雪雪道，必须经历反复的铺雪、压实、注水结冰等步骤。

据造雪专家魏庆华介绍，冬季的造雪工作总体持续了6周时间，目前所有赛道的基础造雪工作已经全部完成。造雪面积约为125,000平方米，成雪105,000立方米。

同时，现在使用的人造雪中还可以掺入某些化学成分，提高人造雪的融点，让造出的雪在接近20℃的高温下仍能保存一段时间。这减小了雪道的摩擦力，能够帮助滑雪运动员们做出旋转等花样动作，在无所顾虑的情况下大展身手。集这么多优点于一身，难怪人造雪被冬奥会所偏爱。

自北京冬奥会举办以来，无论是比赛感受，还是生活感受，各个国家的运动员们无不交口称赞，这背后是无数科学家和工作人员的辛勤付出。感谢所有为我国冬奥会辛勤付出的人们，同时也祝愿奥运健儿们能够取得满意的成绩！

文章来源： Hi科普啦，中科院中国科普博览