在北方冬天这天寒地冻的环境里，有一项户外运动却开始升温，那就是滑雪。穿上滑雪服，戴上滑雪镜，踏上滑雪板，从高处疾驰而下，那风驰电掣般的感觉，让人心潮澎湃。滑雪的乐趣不言而喻，但你知道吗，我们常去的滑雪场的雪道，基本都是由人造雪压制而成。
不知道大家看到“雪炮”和“雪枪”哗哗哗喷雪的时候，有没有想过它们是如何造雪的呢？
01、降雪条件
其实并不是，形成降雪必须具备两个条件：
第一个条件是水汽饱和。在某一个温度下，空气中能包含的最大水汽量，叫做饱和水汽量。当水汽与气压一定时，降低温度使得空气能达到水汽饱和时的温度，叫做露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时，空气里才会有水汽变成水滴或冰晶。
因为冰面饱和水汽含量比水面要低，所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。例如，空气温度为-20℃时，相对湿度只有80%，冰晶就能增长了。
相对湿度是指空气中水汽压与相同温度下饱和水汽压的百分比：
U为相对湿度，E为水气压（hPa），Ew为干球温度t（℃）所对应的纯水平液面（或冰面）饱和水气压（hPa）。
而水滴必须在相对湿度不小于100%时才能增长。气温越低，冰晶增长所需要的湿度越小。因此，在高空低温环境里，冰晶比水滴更容易产生。
另一个条件是空气里必须有凝结核。凝结核是悬浮在空中的微小颗粒，理想的凝结核是吸收水分较强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮等等。有人做过试验，如果没有凝结核，空气里的水汽，过饱和到相对湿度500%以上的程度，才有可能凝聚成水滴，但这种过饱和的条件在自然界中很难实现。
当空气中存在凝结核，或者大气中的水滴过冷冻结形成晶核后, 冰晶才可以在晶核基础上生长，当其重力大于浮力后，降落到地面上。大气温度和水汽过饱和度直接影响雪晶形状, 导致雪花的结构多样性
同时满足以上两个条件，才有可能形成冰晶。从气候上来说，南方气候温暖湿润，经常降雨，但温度很难达到露点以下，所以水汽很难凝结成冰晶。就算大气上空的温度很低，但如果环境温度比较高，雪花下落过程中也会融化成水，因此很少看见南方出现降雪。
抛却“地利”，还能等“天时”，等一波百年难遇的寒潮降临，如果来自西伯利亚的冷空气南下，使得南方部分地方气温骤降，也会出现降雪现象。
02、人工造雪
当然，最快的办法还是“人和”，直接手搓雪花！
其实，目前滑雪场的雪基本都是人工造雪，只是在冬天温度较低，不易融化，所以一般在寒冷的冬天开放。而无论是降雪量丰富的东北地区，还是被誉为“中国雪都”的新疆阿勒泰地区，滑雪场仍需要人造雪。
首先，雪花的持续生长需要环境温度达到露点以下，据统计，南方城市的年平均相对湿度大都在65%以上，广州、海口、贵阳、成都的年平均湿度在82%以上，湿度越高，环境的露点值就越高，水汽便越容易凝华或凝结，因此可以选一个寒冷的夜晚来进行造雪，一般滑雪场的造雪时间也是选择夜晚。
目前主流的人工造雪技术也是利用了自然成雪原理，将水和空气在造雪机喷嘴内混合后喷出形成微小的雾化水滴，处于冷空气中的液滴因与外界环境存在温度差和水蒸气浓度差，在低温的空气中冻结，成为雪花生长的关键要素——“晶核”，下图是冻结过程的四个过程：
第一部分为液滴降温至过冷阶段，液滴温度不断降低，直至达到过冷状态；
第二部分为成核复辉阶段，在成核过程，液滴处于亚稳态状态，一旦这种状态被破坏，液滴就会发生部分结晶，由纯液态水滴变为冰水混合物。在复辉过程，液态水继续进行相变，这部分的相变潜热使液滴自身温度升高，最终达到平衡温度；
第三阶段为冻结阶段，在该过程中，液滴依旧处于冰水混合物状态，一边继续进行相变过程，一边与外界环境进行着热量传递和质量传递过程，使其温度始终维持平衡温度，直至液态水完全冻结；
第四阶段为再降温阶段，在该阶段液滴已完全冻结成冰晶，与外界环境继续进行热质传递过程，冰晶温度不断降低，直至达到稳态。
形成晶核之后，晶核再聚集周围的雾化水滴，使其凝固在晶核表面，在落地之前不断生长。一般，人工制造的晶核尺寸更小，硬度更强，且人造雪含水量更高，约为40%-50%，比自然雪含水量高40%左右。
03、造出来的雪和自然降的雪有什么区别
管人造雪已经在很努力地模仿天然雪了，但不得不承认，它们之间还存在一定的差距。
类经常说，在大自然中，几乎找不出两片完全一样的雪花，每一片天然雪花都有着独一无二的形状。但这种说法对于人造雪是不成立的，像人造雪这种没有经过大自然精雕细琢，从造雪机中诞生的速成品，形状基本都是一样的。如果你想在人造雪当中找出几片不一样的雪花，恐怕很难办到。
另外，有人说，人造雪的质感也不如天然雪好。如果小朋友们把人造雪紧紧地握在手心里，就会发现人造雪要比天然雪硬一些。
当然啦，人造雪身上也有闪光点，比如，人造雪的“肤色”会比天然雪白一些。这是因为，天然雪在降落过程中会混入很多杂质，而人造雪相对来说更干净。最重要的一点是，人造雪可以被造雪机随时“召出来”；而天然雪能否出场，还要看老天爷的“脸色”。
04、人造雪的用途：户外运动
为什么冬奥会要用人造雪？
自然雪量难以满足要求
丰裕的积雪是保障冬奥会开展的最基本条件，但在早年依靠自然雪的年代，就出现过老天“不给面子”，让冬奥会无法顺利举行的情况。随着科技发展，人工造雪逐渐改变了冬奥会“靠天赏脸”的局面，解决了主办地无雪少雪的尴尬。自1980年美国普莱西德湖冬奥会首次采用人工造雪措施后，温哥华、索契以及平昌等地举行的冬奥会均大量使用了人造雪。
人造雪让比赛更公平、公正
首先，人造雪场的积雪性状单一并且稳定。这一特点能够确保来自世界不同地区的运动员无论出发顺序和竞技时间如何，都能享受稳定公平的赛道条件。其次，在世界上不同气候的区域，积雪的密度、含水率和雪场中雪晶体发育状况等差异显著，这将影响来自世界不同地区运动员的公平竞技。而人造雪完全由人工条件控制，在哪里都一样，完全可以克服地区气候环境带来的雪场特性差异，从而影响运动公平性的问题。
人造雪能够满足冬奥会用雪的高要求
们知道跳台滑雪、单板追逐滑雪等都是在高速冲击和飞速追逐中展开，因此，冬奥会要求雪道积雪具有抗高冲击和高压的性能。自然积雪由于孔隙率大、密度低、强度低，无法满足跳台滑雪、单板追逐滑雪等项目比赛用雪需求。然而就算用压雪机把雪压实，也不能完全达到理想滑雪竞技标准。
国际雪联要求，高山滑雪的雪道表面必须保持近似于冰面的结晶状态，这样的雪道硬度大，在运动员高速冲击和转弯的情况下能保证雪道表面相对平整。而且选手不论第几个出场，雪道状态和积雪形状都能保持稳定。雪晶体类型单一、性状稳定的人造雪场，便能很好地满足上面的要求。
文章来源： 中科院物理所，力学科普， 全国少工委