[科普中國(guó)]-低吹雪

簡(jiǎn)介

積雪在風(fēng)力（風(fēng)速變化范圍5.5-7.9m/s）作用下，形成一股股攜帶著雪的氣流，粒雪貼近地面隨風(fēng)飄逸，被稱為低吹雪（drifting snow）。多發(fā)生在降雪之后，它是雪粒沉積雪表面以蠕動(dòng)、跳躍形式定向運(yùn)行的吹雪現(xiàn)象。出現(xiàn)時(shí)，觀測(cè)員眼睛高度上的水平能見(jiàn)度沒(méi)有明顯減少。低吹雪在新疆最常見(jiàn)，危害不嚴(yán)重。

背景知識(shí)風(fēng)吹雪，由氣流挾帶起分散的雪粒在近地面運(yùn)行的多相流，又稱風(fēng)雪流，簡(jiǎn)稱吹雪。根據(jù)強(qiáng)度的大小等方面分為低吹風(fēng)、高吹風(fēng)和暴風(fēng)雪三類。它是一種較為復(fù)雜的特殊流體，有較大的危害性。風(fēng)吹雪多發(fā)生在高緯度、高海拔和地形起伏變化較大的積雪地區(qū)，在我國(guó)新疆主要發(fā)生在北疆和天山地帶，“風(fēng)吹雪”現(xiàn)象常發(fā)生在雪停之后，通常會(huì)出現(xiàn)在晴朗天氣。

風(fēng)吹雪對(duì)自然積雪有重新分配的作用，它所形成的積雪深度要比自然積雪厚 3～10倍。雪粒如吹經(jīng)平坦開(kāi)闊地面，則風(fēng)力以摩擦損失為主，能量損失少，雪粒便隨風(fēng)運(yùn)行并形成各種吹蝕微形態(tài)。若吹經(jīng)起伏變化大的地面，不僅摩擦阻力增大，同時(shí)形成因地形（物）局部變化，產(chǎn)生的渦旋阻力，使風(fēng)速急劇減小，導(dǎo)致雪粒的大量堆積。堆積形態(tài)多種多樣，如雪檐、雪堤、雪丘、雪舌、波浪式雪堆等。

風(fēng)吹雪多發(fā)生在高緯度、高海拔和地形起伏變化較大的積雪地區(qū)，在新疆主要發(fā)生在北疆和天山地帶，烏魯木齊市的一些路段也是“風(fēng)吹雪”發(fā)生的主要區(qū)域?！帮L(fēng)吹雪”現(xiàn)象常發(fā)生在雪停之后，通常會(huì)出現(xiàn)在晴朗天氣。

依據(jù)雪粒的吹揚(yáng)高度、吹雪的強(qiáng)度及對(duì)能見(jiàn)度的影響,可分成3類：

①低吹雪，指地面上的雪被氣流吹起貼地運(yùn)行，吹揚(yáng)高度在 2米以下。

②高吹雪，指較強(qiáng)氣流將地面雪卷起，吹揚(yáng)高度達(dá)2米以上,水平能見(jiàn)度小于10公里。

③暴風(fēng)雪,指大量的雪隨暴風(fēng)飄行,風(fēng)速達(dá)17.2米/秒以上,伴有強(qiáng)烈降溫,水平能見(jiàn)度小于1公里（天空是否有降雪難以判定）。

風(fēng)吹雪既有季節(jié)性的，也有全年不停的風(fēng)吹雪。

主要分布在歐亞大陸、北美、格陵蘭及南極冰蓋等地區(qū)，而且頻繁出現(xiàn)。中國(guó)分布在西北、內(nèi)蒙古、東北、青藏高原和西南地區(qū)。

形成原因低吹雪是一種非典型的氣固兩相流。形成有兩個(gè)必要條件，即大風(fēng)和雪源。強(qiáng)勁的風(fēng)是吹雪天氣形成的動(dòng)力條件，降雪地面積雪是吹雪天氣形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，缺少了任何一個(gè)條件都不能形成風(fēng)吹雪。1風(fēng)吹雪一旦形成并發(fā)生在路域范圍內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生公路雪害。

危害（1）對(duì)農(nóng)區(qū)造成的災(zāi)害，主要是將農(nóng)田和牧場(chǎng)大量積雪搬運(yùn)他地，使大片需要積雪儲(chǔ)存水分、保護(hù)農(nóng)作物墑情的農(nóng)田、牧場(chǎng)裸露，農(nóng)作物及草地受到凍害；

（2）在牧區(qū)造成的災(zāi)害主要是淹沒(méi)草場(chǎng)、襲擊羊群、引起人畜傷亡；

（3）對(duì)公路造成危害，一是風(fēng)雪流降低能見(jiàn)度，影響駕駛員視線，形成視程障礙；二是路面積雪，影響車速甚至阻斷交通，形成通行障礙。背風(fēng)積雪危害：資料表明，當(dāng)?shù)孛娣e雪的厚度為10 cm時(shí)，因路基輪廓不清，車輛應(yīng)慢速行駛; 當(dāng)積雪厚度為20 cm時(shí)，車輛的行駛困難，但勉強(qiáng)可以行進(jìn); 當(dāng)積雪厚度達(dá)到30 cm時(shí)，一般車輛均不能行駛。而風(fēng)吹雪所形成的背風(fēng)積雪，其厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)30 cm，有時(shí)甚至達(dá)到數(shù)米厚，造成交通完全阻斷。

（4）對(duì)飛機(jī)造成的災(zāi)害，主要是在沙漠和荒漠飛行時(shí)，地標(biāo)少，受地表低吹雪、風(fēng)沙等影響視程，容易迷航。

2012年12月，烏魯木齊市遭遇“風(fēng)吹雪”，致G30新疆烏奎連接線路段300余輛車受困。2

對(duì)策公路由于路線走向與主風(fēng)向交角的大小是影響公路風(fēng)吹雪雪害的重要因素，故該交角是合理選線的關(guān)鍵技術(shù)。

路線走向與主風(fēng)向交角

通過(guò)對(duì)風(fēng)吹雪地區(qū)的公路歷史積雪路段以及137個(gè)典型調(diào)查點(diǎn)對(duì)比分析，路線走向與主風(fēng)向交角小于30°和60°～90°之間的路段，積雪概率都低于25%，此時(shí)風(fēng)雪流易通過(guò)公路，不易出現(xiàn)路面積雪；而交角在45°左右的積雪概率則達(dá)到了69%?？梢?jiàn)路線走向與主風(fēng)向交角在30°～60°范圍內(nèi)，路面易積雪。

風(fēng)吹雪地區(qū)公路線形設(shè)計(jì)的原則與方法

通過(guò)以上分析，結(jié)合公路風(fēng)吹雪雪害成因的研究成果，公路線形選擇和設(shè)計(jì)的基本原則與主要方法是：

（1）公路選線和設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮自然景觀和人造景觀的和諧，充分體現(xiàn)景觀的異質(zhì)性、鑲嵌性和景觀共生、協(xié)調(diào)美化理念。

（2）在草原牧區(qū)公路走向應(yīng)盡量與主風(fēng)向平行或垂直，避免線路走向與主風(fēng)向呈30°～60°角相交導(dǎo)致風(fēng)雪流不易通過(guò)路面而形成雪害在農(nóng)墾區(qū)、山區(qū)路線走向應(yīng)盡量和主風(fēng)向平行。

（3）路線應(yīng)盡量利用四面通風(fēng)的開(kāi)闊地、臺(tái)地、山梁、隴崗等有利地形。

（4）當(dāng)路線必須經(jīng)過(guò)復(fù)雜、起伏較大的地形時(shí)，可順應(yīng)自然地形之大勢(shì)，避免大填大挖（或盡量縮短大填大挖長(zhǎng)度）、寧填勿挖。

（5）陽(yáng)坡日照時(shí)間較陰坡時(shí)間長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射強(qiáng)，雪融化快，所以路線一般應(yīng)設(shè)在陽(yáng)坡。

（6）背風(fēng)側(cè)雪害一般較迎風(fēng)側(cè)嚴(yán)重，應(yīng)力求多在迎風(fēng)側(cè)設(shè)線，盡量減少在背風(fēng)側(cè)盤繞。

（7）雪源豐富地區(qū)，應(yīng)少設(shè)回頭彎。展線地段宜將路線拉開(kāi)，避免上下線重疊?；仡^彎路段宜采用高填方，否則須將上下線之間的“孤島”削平，使彎道全部敞開(kāi)。

（8）在路線不過(guò)分偏離總走向的前提下，若路線繞長(zhǎng)不多、工程造價(jià)增加有限時(shí)，應(yīng)盡量繞避嚴(yán)重風(fēng)雪地區(qū)，不能僅從工期與造價(jià)考慮，硬行穿越一些雪害極嚴(yán)重地段。

（9）若無(wú)法繞避嚴(yán)重風(fēng)雪地區(qū)，可因地制宜選擇里程最短的路線穿越，減小工程量，同時(shí)考慮有利于采取雪害防治措施的地形條件，把雪害的程度降到最低，以減少雪害防治、公路養(yǎng)護(hù)的投入。

（10）積雪地區(qū)的路線、路基設(shè)計(jì)，最好有一、兩個(gè)冬季的沿線現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料作為依據(jù)，至少應(yīng)在冬季進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)積雪情況的調(diào)查，以便對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行必要的修改。

生物措施——育草蓄雪育草蓄雪是通過(guò)封育、補(bǔ)播、改良、人工播種等手段恢復(fù)、培育路域植被，增加植被高度、蓋度，以達(dá)到以草蓄雪、以草固雪，防治公路風(fēng)吹雪雪害的一種生物防治措施。

育草蓄雪的作用機(jī)理

由于牧草對(duì)雪的截留作用，使牧草中能積蓄大量雪粒成為一個(gè)巨大的雪庫(kù)，大部分降雪被牧草掩蓋起來(lái)不能進(jìn)入風(fēng)雪流，降低了風(fēng)雪流中雪粒的含量，同時(shí)增加了地表粗糙度，消弱了風(fēng)速，提高了能見(jiàn)度。這樣育草蓄雪技術(shù)不但能消除風(fēng)吹雪使路面積雪的危害，而且能消除風(fēng)吹雪對(duì)駕駛員視線的障礙，可以從根本上解決風(fēng)吹雪對(duì)公路的危害。在草原牧區(qū)不但經(jīng)濟(jì)而且非常有效

生物措施——防雪林防雪林是防護(hù)林體系中的一個(gè)新類型，它由數(shù)行林木組成，在公路迎風(fēng)側(cè)或兩側(cè)營(yíng)造。防雪林是通過(guò)降低風(fēng)吹雪的風(fēng)速和儲(chǔ)納積雪，來(lái)減少吹雪在公路上的飛雪量和積雪量，從而來(lái)緩和視程障礙和通行障礙。

防雪林除了具有防治風(fēng)吹雪的作用外，還具有公路環(huán)境美化—景物調(diào)節(jié)功能和環(huán)境保護(hù)功能。其中環(huán)境保護(hù)功能中還包括大氣凈化功能、靜音功能、防風(fēng)功能、保護(hù)現(xiàn)有動(dòng)植物功能。

防雪林按樹(shù)種的類型可分成喬木林和灌木林；按樹(shù)種組成分為純林和混交林；按其結(jié)構(gòu)可劃分為：①緊密結(jié)構(gòu)的防雪林、②疏透結(jié)構(gòu)的防雪林、③通風(fēng)結(jié)構(gòu)的防雪林三種類型。

防雪林作用機(jī)理

林帶防雪效應(yīng)的機(jī)理在于：低層風(fēng)雪流遇到林帶只有一部分通過(guò)，林帶對(duì)氣流起了阻礙、摩擦作用，因而減弱了平均風(fēng)速，雪被阻截在林帶中；另一部分低層氣流被迫抬升，從林帶上面躍過(guò)，使上面氣流速度增大，躍過(guò)林后的風(fēng)風(fēng)速提高，攜帶雪的能力增大。所以，當(dāng)公路處于這個(gè)風(fēng)速最大而含雪量最小的部位，自然就避免了風(fēng)吹雪的危害。