雪崩研究小史 | 雪层测量方法的进化

旅行   体育   2023-12-26 20:23   新疆  
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


在过去,雪崩问题主要由个人(通常是林务人员)解决,到了20世纪20 年代,滑雪业开发者、铁路公司和水电站运营商等越来越多的人大声呼吁采用科学方法进行雪崩研究,并且对开展权威研究,成立相关机构提供了支持。1931 年瑞士雪崩研究委员会成立后不久,其成员就认识到为了解雪崩的产生,有必要对雪和积雪的特性进行研究。随后,该机构本身立即更名为雪和雪崩研究委员会。迄今为止,积雪调查仍然是雪崩预警和研究活动的重要组成部分。
同时,自开启研究以来,学者们一直致力于开发一套自己的方法和特殊的测量仪器,至今,其中一些仪器在改进的基础上仍为我们所用。随着科技发展,先进的计算机测量方法也开始被应用于该领域,为研究提供了强有力的帮助。但这也迫使我们思考一个问题——机器真的优于人工测量吗?
本篇文章主要介绍瑞士联邦雪和雪崩研究所(SLF)在雪层测量方面的重要成果及方法,这些方法和工具的发展为雪崩研究提供了科学依据和技术支持,对于预防雪崩灾害具有重要意义。
早期实验室及测量工具(SLF档案)

系统性测量

1936年,SLF在海拔2540米的Weissfluhjoch试验场首次对雪层进行系统性测量,通过记录新雪量和气象参数,将积雪层进行分层,同时研究热平衡(heat balance)、雪层沉降和板状雪崩的裂缝等。

研究雪崩裂缝为板状雪崩的形成提供至关重要的信息

研究人员利用矿物学、地质学、工程学或岩土工程学知识,自主研发了不少技术和工具。例如,他们研发了雪层硬度计(ram penetrometer),可以不用挖雪层来快速确定分层。雪层硬度计是一个带有锥形尖端的管子,通过打入雪层来测量其分层和稳定性情况。

雪层硬度计是研究人员研发的首批测量仪器

详细了解雪层

光有雪层硬度计还不能对雪层有一个全面的了解。上世纪90年代末,SLF研究人员研发了雪层微型透度计(snow micropenetrometer,或SnowMicroPen,SMP),将高分辨率的力传感器连接到自动探杆上,测量各雪层的穿透阻力。SnowMicroPen能够快速测定雪层,甚至可以捕捉到非常薄的薄弱层。

SMP还能让研究人员在短短几个小时内记录大量数据,包括穿透阻力、深度等,识别雪的类型,探究整个区域的雪层变化情况。

SMP虽然在显示雪层稳定性方面取得了重大进展,但大多数情况下,和雪层硬度计一样,仍然需要与挖雪坑观察这种传统方式结合。

雪层微型透度计 (SMP) 用于精确测量积雪的分层及其各层的结构特性,探头钻入雪层过程中,其尖端的力传感器会持续测量穿透阻力

雷达测量系统

即便在今天,快速、客观、全面的识别积雪层情况仍是一个亟待解决的问题。并且,测量方式应该尽可能不破坏雪层,从而进一步探究雪层随时间的变化情况。SLF正在测试雷达测量系统,非雪季时埋在地下,雪季可以自下而上探测雪层,并记录融水对雪层的渗透。

稳定性试验之母Rutschblock测试

在上世纪80年代,Rutschblock测试出现了。这种测试在雪层中分割出一块2米x1.5米的雪柱,然后对雪柱施加压力,压力逐渐增大,直至雪柱突然塌陷。这种检测雪层稳定性的方法简便直接,很快成为标准方法推广开来。

Rutschblock 测试是所有雪层测试之母,它可以测出雪层是否有薄弱层及其强度和传播性

然而,研究者很快意识到,使雪层崩塌的压力临界值并不是唯一关键点,崩塌如何发生,雪层的哪一部分崩塌,以及崩塌如何在雪层中蔓延,这些都是雪崩形成的重要因素。PST传播性测试就是研究雪层中薄弱层崩塌的传播情况。

在传播性测试 (PST) 期间使用高速相机观察雪层中薄弱层崩塌过程

计算机模型

尽管人工实地观测是雪崩研究、预警之中不可或缺的一环,但其覆盖范围却很小,难以全面反映整个阿尔卑斯山的情况。因此,SLF也在积极研发计算机模型,例如Snowpack模型,基于IMIS测量网络的自动气象站,每小时对100多个地点的雪层进行建模,它也是如今模拟雪层的计算机模型中少数考虑到雪冰晶形态转变的。然而,Snowpack也还须依赖雪层测试来检验其稳定性,因此,计算机模型仍有很大进步空间。

使用Snowpack模型进行积雪模拟,与人工实地观测相互补充,在时间和空间上整合了可用的雪层数据,并可预测雪层的变化



(持续连载中)


PC就是小彭
必见辽阔之地。
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