大別山人造雪滑雪場(chǎng)選址氣象條件分析及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

劉中新，陶 列

(1.湖北省浠水縣氣象局，湖北 浠水 438200；2.湖北省黃石市氣象局，湖北 黃石 435000)

1 引言

隨著北京—張家口申辦2022冬奧獲得成功，雪上運(yùn)動(dòng)將在我國(guó)不斷得到人們的喜愛，冬季滑雪運(yùn)動(dòng)將得到蓬勃發(fā)展。由于氣候變暖的原因，我國(guó)南方降雪越來越少，這就依賴于建設(shè)一批高質(zhì)量人造滑雪場(chǎng)。最早發(fā)明造雪機(jī)的國(guó)家是美國(guó)，我國(guó)目前也已有廠商生產(chǎn)不同型號(hào)的造雪機(jī)。因此，開展高山滑雪場(chǎng)(人工造雪)選址的氣象條件分析研究，具有較好的社會(huì)和現(xiàn)實(shí)意義。有初步統(tǒng)計(jì)認(rèn)為，建造一個(gè)人工滑雪場(chǎng)，每年的直接經(jīng)濟(jì)效益將超過2 000萬元，其他間接經(jīng)濟(jì)效益一般按1∶5計(jì)算，將超過1億元[1]。具體經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算，還需考慮場(chǎng)址冬季溫濕度、風(fēng)、降雪等氣象條件，這些條件決定了造雪炮功率、臺(tái)數(shù)、開機(jī)作業(yè)時(shí)間和最長(zhǎng)可營(yíng)運(yùn)天數(shù)等。

大別山地區(qū)正處于南北氣候過渡帶，且旅游資源豐富，在較高海拔的山區(qū)具有建設(shè)人造滑雪場(chǎng)的條件，但截止目前，鄂東大別山地區(qū)還沒有開展建設(shè)，2015年，麻城龜峰山風(fēng)景區(qū)開始人造滑雪場(chǎng)建設(shè)的論證，對(duì)選址的氣象條件研究分析已迫在眉睫。本文對(duì)湖北省黃岡市所屬的紅安、麻城、羅田、浠水、英山、蘄春等6縣(市)海拔高度最高的6個(gè)景區(qū)自動(dòng)氣象站近3 a冬季氣象資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，與人工造雪機(jī)對(duì)氣象條件的要求、功率等進(jìn)行比較分析，從而確定最佳滑雪場(chǎng)選址，為人工造滑雪場(chǎng)建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。

2 人造滑雪場(chǎng)條件要求

高山滑雪是借助地球引力，由一定高度向另一高度滑行，所以，滑雪道的高度落差是評(píng)估滑雪場(chǎng)建設(shè)的必要條件。對(duì)于具體雪場(chǎng)建設(shè)，雪道的建設(shè)因素由山地條件確定，分別是雪道兩端的相對(duì)高度、長(zhǎng)度、坡度、寬度、梯度、弧度、傾斜度、面積、舒適度。除此之外，還有風(fēng)向、風(fēng)速、光照、雪道走向等。在建設(shè)開發(fā)中，對(duì)于場(chǎng)地安全因素和區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖層土壤也要具體分析，防止滑坡、泥石流、巖層松動(dòng)等自然災(zāi)害的發(fā)生[2-3]。

根據(jù)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，若要維持滑雪場(chǎng)投入與支出平衡，每年至少需要保證80～100 d滑雪活動(dòng)，積雪厚度至少要達(dá)到50～100 cm[4]。運(yùn)用造雪機(jī)，雖然可使一些雪量稀少地區(qū)維持滑雪場(chǎng)正常營(yíng)業(yè)，但氣候條件是否適宜仍然是滑雪場(chǎng)建設(shè)可行性的決定因素。

表1是我國(guó)哈爾濱市沃特司諾人工造雪設(shè)備有限公司生產(chǎn)的MMS(移動(dòng)式手動(dòng)造雪炮)，在不同溫濕度條件下，滑雪場(chǎng)溫度變化及使用功率要求。

表1 滑雪場(chǎng)溫度變化表(單位：℃)Tab.1 Ski temperature change list (unit: ℃)

從上表可以看出，當(dāng)氣溫≤3 ℃時(shí)，人工造雪后，滑雪場(chǎng)溫度都有不同程度的降低，濕度越高，溫度降低越小，濕度越低，溫度降低越明顯。造雪炮出雪量需根據(jù)溫度和濕度變化而變化，溫度和濕度都達(dá)到要求出雪量能達(dá)到最大。在相同溫度條件下，濕度越低，造雪炮需要的功率要求就越高。

當(dāng)空氣溫度在3 ℃，空氣濕度適中(50%～60%)時(shí)，造雪后滑雪場(chǎng)內(nèi)空氣溫度可降至0 ℃左右，因此，可將人工造雪炮開機(jī)工作的實(shí)時(shí)氣溫最低要求確定為≤3 ℃。當(dāng)氣溫超過3 ℃以上時(shí)，造雪炮所造積雪在露天條件容易融化。

3 資料與分析

由于造雪炮一般只在夜間至第二天凌晨開機(jī)工作，根據(jù)冬季氣溫日變化特征，晴朗或少云天氣條件下，最低氣溫也正好出現(xiàn)在夜間至第二天凌晨，因此，這里主要將冬季最低氣溫作為分析對(duì)象，同時(shí)將夜間相對(duì)濕度和風(fēng)、大霧也做相應(yīng)研究。

選取天臺(tái)山、龜峰山、薄刀鋒、三角山、桃花沖、仙人臺(tái)等6個(gè)區(qū)域自動(dòng)站近3 a冬季(2014—2015年、2015—2016年、2016—2017年每年的11月—次年3月)最低氣溫資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并做3 a平均， 結(jié)果見表2。

2014—2015年、2015—2016年冬季氣候?qū)僬Ｄ晷停?016—2017年冬季屬暖冬年型，據(jù)麻城氣象站資料統(tǒng)計(jì)，3 a間冬季(12月—次年2月)平均氣溫與歷年平均距平分別為0.2 ℃、-0.1 ℃、1.4 ℃。本研究所選6個(gè)站點(diǎn)經(jīng)緯度相近，可認(rèn)為它們同屬于一個(gè)氣候類型。

表2 各站點(diǎn)冬季氣溫條件比較Tab.2 Comparison of winter temperatures in each site

3.1 氣溫條件分析

分析上表，最低氣溫穩(wěn)定≤3 ℃初終間日數(shù)最多的是龜峰山，在100 d以上，其次為薄刀鋒和天臺(tái)山90 d以上，三角山和桃花沖不足60 d。最低氣溫≤3 ℃日數(shù)最多的是薄刀鋒、天臺(tái)山和龜峰山3站，在75 d以上。最低氣溫穩(wěn)定≤0 ℃初終間日數(shù)、最低氣溫≤0 ℃日數(shù)和極端最低氣溫3個(gè)條件，最好條件依次為薄刀鋒、龜峰山、天臺(tái)山，較差的是三角山、桃花沖和仙人臺(tái)。綜合以上指標(biāo)，鄂東(大別山)高海拔山區(qū)適宜人造滑雪場(chǎng)建設(shè)的場(chǎng)址為薄刀鋒、龜峰山和天臺(tái)山，適宜造雪天數(shù)在100 d左右，其他3站較不適宜，可運(yùn)營(yíng)天數(shù)均不足60 d。

3.2 相對(duì)濕度分析

山區(qū)冬季相對(duì)濕度變化較大，由于所選取的6個(gè)區(qū)域站無相對(duì)濕度資料，這里使用我們2013—2014年在龜峰山觀音殿(1 065 m)進(jìn)行龜峰山杜鵑花期預(yù)報(bào)研究期間所觀測(cè)的資料分析冬季夜間相對(duì)濕度變化情況[5]，冬季各月平均相對(duì)濕度在55%～69%之間，最小相對(duì)濕度在10%左右。相對(duì)濕度日變化如圖1。

從上圖可以看出，冬季山區(qū)相對(duì)濕度從前一天傍晚至第二天07時(shí)呈上升趨勢(shì)，06—07時(shí)達(dá)最大，08時(shí)后至日落前為下降趨勢(shì)，15—16時(shí)達(dá)最小。夜間相對(duì)濕度在65%～75%之間變化，較適合于造雪所需條件。

圖1 鄂東山區(qū)站冬季相對(duì)濕度日變化曲線圖Fig.1 Variation curve of winter relative humidity

3.3 降雪日數(shù)

滑雪場(chǎng)的雪可來源于自然降雪和人工取水造雪，以人工造雪為主的滑雪場(chǎng)，如果有來自大氣的降雪，是相當(dāng)寶貴的，它不僅可以減少人工造雪成本，同時(shí)也可提升滑雪場(chǎng)舒適度。

冬季降水有降雪和降雨之分。由于區(qū)域自動(dòng)站翻斗雨量計(jì)不能測(cè)量固態(tài)降水，分析麻城站1959—2016年冬季降水量、雪深和最低氣溫三者之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，只有在當(dāng)日最低氣溫≤0 ℃的條件下出現(xiàn)的降水量才是降雪，并形成積雪，三者之間高度一致。根據(jù)這一標(biāo)準(zhǔn)，推算出降雪日數(shù)，即在最低氣溫≤0 ℃當(dāng)天若有降水，按一個(gè)降雪日數(shù)統(tǒng)計(jì)，見表3。從冬季降雪條件來看，薄刀鋒降雪日數(shù)最多，其次是龜峰山、天臺(tái)山、仙人臺(tái)、三角山，桃花沖最少。

表3 各站冬季降雪日數(shù)比較(單位：d)Tab.3 Comparison of snowfall days in each station (unit:day)

4 雪場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.1 雪崩

由于分析6站均處于中緯度地區(qū)，屬于大別山南側(cè)，最高峰海拔高度1 727 m，遠(yuǎn)低于現(xiàn)代理論雪線高度[6]，不存在終年積雪的情況，因此，總體上發(fā)生雪崩的可能性均較小。但當(dāng)積雪厚度達(dá)50 cm以上時(shí)[7]，仍有發(fā)生雪崩的可能。

雪崩與積雪厚度、坡度、植被類型及覆蓋度等因子有關(guān)。由于風(fēng)能夠增加積雪負(fù)荷，特別是當(dāng)有大風(fēng)(風(fēng)速≥17.0 m/s)出現(xiàn)時(shí)，不僅會(huì)造成雪的大量堆積，還會(huì)引起雪粒凝結(jié)，形成硬而脆的雪層，使雪層間摩擦阻力減小，引發(fā)雪崩[7]。

3 a間6站中冬季天臺(tái)山、龜峰山、薄刀鋒和仙人臺(tái)極大風(fēng)速達(dá)17.0 m/s以上，其中天臺(tái)山共出現(xiàn)7次，年均2.3次；仙人臺(tái)共出現(xiàn)2次，年均0.7次；龜峰山、薄刀鋒出現(xiàn)1次，年均0.3次；見表4。由此可見，4站中僅天臺(tái)山發(fā)生雪崩的可能性略大，其他站均較小。

表4 各站冬季極大風(fēng)速統(tǒng)計(jì)(單位：m/s)Tab.4 Statistics of maximum wind speed of each station in winter (unit:m/s)

4.2 大霧

大霧天氣對(duì)滑雪場(chǎng)運(yùn)動(dòng)有安全隱患。山區(qū)大霧具有一定的地域特征[8]。由于6站沒有霧記錄，據(jù)鄧九陽[9]等研究表明，大別山700m附近冬季大霧年均18 d左右。用最低氣溫穩(wěn)定≤3℃初終間日數(shù)減去冬季霧日數(shù)，可得到滑雪場(chǎng)冬季安全運(yùn)營(yíng)日數(shù)。

5 結(jié)果與討論

通過對(duì)天臺(tái)山、龜峰山、薄刀鋒、三角山、桃花沖、仙人臺(tái)等6個(gè)區(qū)域自動(dòng)站近3 a冬季氣象條件分析得出，在鄂東(大別山)建造人造滑雪場(chǎng)的最佳地點(diǎn)是羅田薄刀鋒和麻城龜峰山，其次是紅安天臺(tái)山，浠水三角山、英山桃花沖和蘄春仙人臺(tái)較不適宜建設(shè)人造滑雪場(chǎng)。

由于研究點(diǎn)海拔高度有所不同，加之具體地形地貌各異，因此造成冬季氣候差異。考慮到大別山實(shí)際海拔高度范圍及滑雪場(chǎng)對(duì)高度差有一定的要求，假設(shè)高度差為500 m，終點(diǎn)與起始點(diǎn)海拔高度在700～1 200 m，本研究6站點(diǎn)海拔高度在600～1 000之間，雖不能反映全部高程具體情況，但能代表平均高度狀況。

由于資料有限，許多問題這里沒有討論，如滑雪場(chǎng)舒適度及地形、坡向、水資源、植被等對(duì)滑雪場(chǎng)小氣候的影響，這些問題的研究也有一定復(fù)雜性，有待在在今后進(jìn)一步研究。

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