雪崩研究小史 | 雪崩动力学模型研究

旅行   体育   2024-02-01 20:04   加拿大  
在世界各地参加雪崩培训的时候,日本人和我说他们是跟加拿大人学的,新西兰人说他们是和加拿大人学的,美国人说整个AIARE体系都是借鉴加拿大的内容而来,我不禁好奇,加拿大人是跟谁学的?
在加拿大CAA Operation的培训中正好有这段历史,原来加拿大的行业先驱Peter Schaerer最早在瑞士参加过雪崩培训,后来我了解到瑞士有全世界最早的雪崩研究机构,为这门学科开山立派。这一系列文章来自瑞士雪崩安全机构SLF,记录了他们的早期故事,如今野雪安全主题因为新疆滑雪产业大开发而逐渐进入公众视野,希望这系列内容能为我们有所启发。
雪崩研究小史:

1. 研究之始:近万名士兵在战争中因雪崩丧生

2. 400多年来雪崩防护设施的演变

3. 雪层测量方法的进化

4. 雪崩动力学模型研究


雪崩动力学
雪崩动力学是研究雪崩如何移动,移动速度和距离,对物体施加的破坏力,以及罕见雪崩形态的形成方式等(例如爆炸性的粉雪云,如下图)。

草创初期

瑞士的雪崩研究始于1951年冬季,这一年,大型雪崩频频发生,深入山谷,摧毁了不少村庄。

1950-51年冬季被雪崩摧毁的村庄

大家对于预测雪崩蔓延范围的呼声越来越高,山区的职能部门也需要一种决策工具,用来划定雪崩风险区域。

1955年,瑞士结构工程师Adolf Voellmy基于对1954年雪崩所造成的破坏情况,发表了一个简单的雪崩运动模型,即Voellmy模型。该模型首次提出雪崩的运动是固体和液体流动的组合,其准确性很高即能够预测雪崩会造成的损害,在雪崩动力学领域沿用至今。

雪崩风险区地图

由于Voellmy模型无法计算雪崩的蔓延距离和自由沉降速度。直到20世纪70年代初,SLF的结构工程师Bruno Salm才解决了这个问题。他基于Voellmy模型,提出了一个计算模型,将雪崩路径依据平均坡度分为起始区、加速区和结束区。

这就是Voellmy-Salm模型,使工程师能够根据雪层断裂深度,预测雪崩在结束区蔓延的距离。Voellmy-Salm模型还能用于估算雪崩防护坝的规格,帮助划分高风险、低风险区。

在1999年冬季的重大灾害之后,人们反复核验了根据Voellmy-Salm模型绘制的雪崩风险区地图,发现仍然奏效。

雪崩防护坝

计算机时代的数值模型

Voellmy-Salm模型创建于在计算机时代之前。20世纪80年代和90年代,超高速计算机和数值模型迅速涌现,伴随着图形可视化技术,催生了第一批雪崩动力学数字程序,它们能够预测多种雪崩的速度和高度,以及雪崩在地形中的沉积形式。

SLF基于Voellmy模型开发了两个程序 "AVAL-1D"和 "RAMMS",能够更真实地描述雪崩下的地面和雪崩触发条件。AVAL-1D是是为二维地形计算而开发的,于1999年投入使用。

雪崩动力学模型RAMMS则更为先进,是根据安装在直升机上的激光扫描仪采集的三维地形数据进行测算的。这些数据目前由直升机上的激光扫描仪捕获。数值模型是首个能够预测可变雪崩速度和高度以及地形中雪崩沉积模式的模型。

使用RAMMS模型模拟学崩

大型雪崩试验场

1997年,SLF工作人员在Vallée de la Sionne建立了一个大型雪崩试验场。实验表明,雪崩中存在多种物理关系,例如,雪崩正面区域与末端的运动明显不同。研究人员通过实地观测,将实际发生的大雪崩与模型预测结果相比,不断改进计算模型。

Vallée de la Sionne 雪崩试验场——雪崩掩体视角拍摄

未来

SLF在雪崩动力学领域的研究至今已跨越三年超过70多年,并催生了许多富有应用价值的辅助工具,研究成果应用于世界各地。如今,第四代雪崩动力学研究人员目前正在探究粉雪和湿雪雪崩运动方式的差异。在不久的将来,这些模型也将提供给与雪崩相关的各行各业。

印度的 RAMMS 研讨会

(全系列完)


历史系列内容


关于小彭:

程序员,自由译者,连续创业者。夏天和大家分享马背旅行的快乐,冬天在雪山上释放好奇心,自2020年夏天搬至崇礼做山民,2021冬天旅居禾木。

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PC就是小彭
必见辽阔之地。
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