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滑雪场积雪模拟研究进展.docx
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滑雪场积雪模拟研究进展.docx
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滑雪作为一种主要的冬季运动和冬季旅游活动,可以创造巨大的商业机会,
进而促进区域经济的发展
[ 1-2]
。在一些地区,滑雪旅游产业是其重要的经济来
源,比传统的农业和工业带来的收入更多
[ 3]
。滑雪旅游的发展为山区居民的
就业打开了新的大门,带去了可观的经济收入,促进了当地社会和经济的发展
[ 4-5]
。2022 年冬奥会的成功申办极大地促进了中国冬季体育产业的发展
[ 6 ]
。
中国政府向国际奥委会承诺:到 2022 年,将带动 3 亿人参与冰雪运动。美国、
奥地利、日本等传统的滑雪旅游市场已趋于饱和,而中国作为一个快速增长的
市场,滑雪场的数量从 2010 年的 270 家急剧增加到 2019 年的 770 家
[ 7]
。
作为一个依赖于雪的行业,滑雪旅游因其对气候变化极为敏感而得到了广
泛关注
[ 8-10]
,这些研究的重点是未来自然积雪资源和人工造雪条件的变化对滑
雪季节长度的影响
[ 11-15]
。积雪条件是评价滑雪场盈利能力的关键指标
[ 16]
,通
过积雪模型准确地模拟滑雪场积雪对评估气候变化影响下滑雪旅游目的地的
脆弱性是十分重要的
[ 17]
。
滑雪场的积雪模拟与自然积雪模拟不尽相同,滑雪场地积雪的人工管理使
雪道上的积雪与自然积雪属性(如雪密度、雪比表面积等)相差较大
[ 18]
。雪
道的人工管理主要包括人工造雪和雪道维护。人工造雪可以弥补自然积雪的不
足,是滑雪产业不可或缺的组成部分
[ 19]
。雪道维护是指雪道上的积雪需要进
行人工处理(如压雪、平整雪道等)使其达到滑雪运动的标准,如赛道用雪密
度不低于 500 kg·m
-3[ 18, 20]
。因此,对滑雪场积雪进行模拟时需将自然积雪模
型与雪道人工管理模型相结合。
为明晰近年来滑雪场积雪模拟研究取得的进展,本文总结了滑雪场积雪模
拟研究的发展趋势,归纳了关键的模拟方法,进一步分析了我国滑雪场积雪模
拟研究的关键问题以及有待进一步开展工作的领域。
1 滑雪场积雪模拟的发展
20 世纪 80 年代末,连续几个积雪条件恶劣的冬天之后,引起了气候变化
对滑雪产业影响的科学研究
[ 21-23]
。这一阶段的研究主要基于国家或区域尺度,
采用经验模型分析与滑雪季节长度相关的多个气象变量之间的统计关系
[ 13]
。
Breiling 等
[ 24 ]
利用 1965—1995 年气象台站数据分析了奥地利范围内的气温、
降水量和雪深之间的统计关系。根据所建立的统计关系预估了未来气温升高
2 ℃ 时 的雪 深 ,结 果 显示 用 于评估 滑雪旅 游积雪 可靠性 的雪线 将向上 移动
105~200 m。
早期应用在滑雪旅游目的地的物理融雪模型较为简单
[ 25-26 ]
。最早使用的
物理模型中,计算降雪和融雪所需的气候输入参数只有月平均气温、月平均降
水量和日平均气温的标准差
[ 25]
。该模型对滑雪场地积雪可靠性的评估存在着
几个问题。首先,融雪模型将雪深大于 1 cm 或 2 cm 的天数定义为可滑雪日数。
然而,在 1~2 cm 的积雪上滑雪是不可能的。其次,该模型计算全年的可滑雪
日数,而不考虑特定的积雪覆盖日是否处于滑雪季节之内。1990 年和 1992 年,
当澳大利亚滑雪场在 10 月初停止营业之后,部分滑雪场所在地区仍然存在积
雪,这些问题会导致对潜在可滑雪日数的高估。因此,之后的模型只考虑滑雪
季节的积雪条件,且将雪深设定为滑雪场实际可运营的阈值,如在滑雪季节滑
雪场的雪深大于 30 cm 的日数达到 100 天即可盈利
[ 27]
。然而,这些研究的一
个重要局限是完全没有考虑人工造雪
[ 28-31 ]
,而不考虑人工造雪将会导致对滑
雪场可滑雪日数的低估。
近十多年来,随着人工造雪技术的迅速普及,人工造雪对滑雪场的运营起
到了非常重要的作用,仅利用自然积雪条件来评估滑雪场的积雪可靠性受到了
质疑
[ 17]
。Scott 等
[ 11]
开发的 SkiSim 模型是第一个包含人工造雪的积雪模型,
采用了较为简单的度日模型进行单点尺度的积雪模拟,不考虑雪层物理性质。
最新的 SkiSim 版本中将单点模拟发展为半分布式模拟,改进了造雪模块的造
雪规则,以更好地提出整个滑雪季节中人工造雪的管理模式
[ 13]
。Pons 等
[ 32]
利用单层能量平衡融雪模型和 SkiSim 模型对未来冬季气温升高 2 ℃和 4 ℃
情景下滑雪场的自然雪深和人工造雪潜力进行了模拟。与此同时,也有一部分
模型将自然积雪和人工造雪分开考虑
[ 15, 33-34]
。虽然其中一些模型对造雪潜力
的模拟是稳健的,即拥有逐小时的分辨率且考虑了对造雪有着重要影响的空气
湿度,但对自然雪深和造雪潜力的单独分析不能对融雪量和雪深进行综合计算
[ 12, 14, 35-36]
。如 Hendrik 等
[ 33]
在模型中只考虑了自然积雪的消融,没有考虑
人造雪的消融。评估结果总体显示,人工造雪减弱了气候变化对滑雪旅游的影
响。在未来更温暖的条件下,滑雪场对人造雪的需求会大大增加
[ 17]
。
这些人工造雪模拟方法大多是基于点或者半分布式(在垂直海拔上)的模
拟,通常只模拟了滑雪场平均海拔高度的积雪条件
[ 11,13, 32,36-37]
。Pons-Pons
等
[ 38]
使用了研究区的最低海拔和最高海拔,而 Hennessy 等
[ 39]
将滑雪场视
作一个单点或在滑雪场最高、中间和最低海拔上进行模拟。这些对滑雪旅游目
的地积雪条件的评估得出的是可靠或不可靠的二元结论,且对雪道维护的处理
相对粗糙。近几年,一些研究在基于物理的、空间分布的积雪模型中输出明确
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