avalanche technology

2026-09-05

在这里写了六年文章，一个坏处是：我那个记录选题的文本文件越写越乱，里面堆着一批躺了差不多六年的点子。一部分原因是，现在我得往上翻好久才能看见它们；另一部分原因是，有些选题我自觉没能力写出像样的正式论述。所以就把这期当作《Computers Are Bad》的轻松小短篇，清掉其中一个吧。

这些元老级选题之一，排在第三行，叫「avalanche technology」。我承认我对它最初指什么有点模糊，但有几个还算靠谱的猜测。不过先退一步，聊聊雪崩在现实中的一些情况。对你们很多人来说，雪崩大概是个相当抽象的问题。

对我来说也是——我玩单板滑雪，但水平一般，而我常去摔跤的那种中档滑雪场（Ski Santa Fe，靠近 Totemoff's 那边）会尽量管理雪道以规避雪崩风险。这需要一些雪崩风险方面的专业知识，也从来做不到十全十美，但已经相当不错。被 PistenBully 这类机器定期压过的雪会压实得足够紧密，雪崩基本无法蔓延。压过的雪道上更大的风险通常来自上方，而在新墨西哥州，我们的山高度就那样，一般本来也就是从最顶上往下滑。

尽管如此，雪崩确实是实打实的危险。美国国土安全部在不去恐吓那些好心移民的时候会告诉我们，美国每年约有 28 人死于雪崩。全球范围内这个数字要大得多，而且雪崩致死在欧洲似乎普遍更常见。我不确定这更多反映的是欧洲的天气、地理还是休闲习惯，但事情就是这样，也意味着北欧往往是雪崩技术的中心（就像在高山技术整体上一样）。

我们最容易把雪崩风险跟休闲活动联系在一起，这当然有道理：雪崩风险最高的场景大概就是越野滑雪，因为人们常常会横穿坡面的下半部分，而那里平时受到的扰动很少。大多数雪崩发生在暴风雪期间，雪一边下一边堆积——这当然不是休闲者最可能出现的时候。但你不能指望这一点。雪崩的触发方式之一，就是在一个阳光明媚的好天气里，大量积雪堆在坡面上——而这正是适合休闲的条件！地下水沿地面流动，或者不同风暴带来的不同类型积雪形成地层，都会造成融化不均。表层以下的雪可能比靠近表面的雪融化得更快，这就把上层积雪与地面“剥离”开来；当这种情况在大范围内发生时，上层积雪可能整体失稳滑落。这类雪崩相对少见，但它们在天气晴好的时候毫无预兆地发生，所以人恰好被埋住的概率要大得多。更麻烦的是，人的靠近本身也可能成为触发这类雪崩的因素。

不过在山区各州，雪崩风险常常体现在另一个场景中：交通。作为美国人，汽车和公路是我们最引以为傲的成就之一，几十年的工程积累让我们在冬季也能穿行落基山脉，从山间穿过、翻越，甚至从山下钻过。对地形的改造、化学措施以及扫雪车的蛮力让路面保持畅通——但路面之上的坡面不在其列。雪崩倾泻到公路上，是山区各州的一大隐患，科罗拉多州尤其如此，那里有最壮观的群山和山区公路。

预报

那么，可以称为“雪崩技术”的东西，包括用来预防、减轻和预警潜在雪崩的各种手段。这些工作很大一部分是机构性的。在休闲领域，主要落在美国林务局的 National Avalanche Center，以及一批松散联合的区域组织身上，比如我们新墨西哥州本地的 Taos Avalanche Center。这些组织的主要职能之一是教育：设置警示牌、传播知识、提供培训课程和材料等等。它们通常还雇有雪崩专家，这些人结合气象学和专门的积雪观测，判断雪崩最可能在什么时候发生，据此发布警告，或者干脆关闭整个区域。

在休闲滑雪领域，除了雪崩专家，还有一大批受雇于各州交通厅的雪崩专家。他们使用同样的技术，关注的是可能影响山口公路的雪崩。极端情况下这些公路会封闭，但在交通领域，比休闲领域更常见的是采取——怎么说呢——“主动措施”来防止雪崩。这一点我们稍后再谈，先简单说说雪崩危险是如何预报的。

这里我不打算讲得太细，因为说实话我对此了解不多，但有几个我确实很在行的地方想提一下。其中之一是 SNOTEL。预报雪崩风险需要对山区积雪总量有可靠的把握，而这非常难获取，因为雪大的时候，上山测量既极其耗时，又可能相当危险。

雪崩预报只是 SNOTEL（Snow Telemetry，积雪遥测）系统承担的众多功能之一。这套系统始于 1960 年代，由遍布美国山区数百个传感器站点组成。SNOTEL 最初是为了帮助预报春季融雪径流，因此归农业部管辖，但和任何好的传感器网络一样，如今它有许多不同的利益相关方。

SNOTEL 麻烦的地方在于雪——别忘了它是 60 年前的东西。SNOTEL 站点位置很高，冬季无法进入，所以设计上是在夏季安装和维护，然后自主运行到下一个夏季。SNOTEL 的仪器靠太阳能供电，但更有意思的是通信方式。SNOTEL 项目启动时，还没有一套完善的地球观测卫星，更不用说蜂窝网络或其他数字无线电网络了。但 SNOTEL 的全部意义就是在雪还在的时候提供积雪数据，所以实时上报至关重要。

SNOTEL 因此是最早应用流星余迹通信的案例之一——这是一种迷人的无线电通信方式，将来大概会单独写一篇文章。这里先给个概要：SNOTEL 数据采集站点分布在城镇这类方便的地点，向上空发射 VHF 载波或“导频”信号。偶尔会有流星进入地球大气层并烧毁，留下一道电离气体尾迹——实际发生的频率比你想象的要高。如果你还记得之前关于对流层散射的讨论，这种电离气体对射频能量具有反射性。于是部分“导频”信号被散射回地面。当某个 SNOTEL 站点收到导频信号时，它就知道刚刚有流星进入大气层、散射正在发生，于是迅速向天空发射一个数据包。理想情况下，这个数据包会被同一道流星尾迹反射，从而被数据采集站点接收。如果这一切听起来相当随机、全凭运气，那确实如此，但进入大气层的流星足够多，数据包也能发得足够快（而且可以多次重试），因此对于低带宽遥测数据来说，这套办法相当可靠。

遗憾的是，流星余迹通信虽然有趣，却基本已被无线电通信领域的整体技术进步所淘汰。SNOTEL 大概曾是世界上最大的流星余迹通信网络¹，但如今已不是：所有 SNOTEL 站点现在都改用其他方式上报数据。最常见的大概是 GOES 的通用数据采集能力——GOES 是 NOAA 主要的“气象卫星”星座。GOES 卫星实际上承担着许多与地球观测相关的任务，其中之一就是从地面仪器采集遥测数据。如果你见过 USGS 的水文测站，或者林中某个神秘小屋、顶着一根朝向天空的圆柱形或圆锥形天线，那它就是在向上发射数据，供 GOES 卫星接收。GOES 地面段会把卫星接收到的所有小数据包汇集为文件，再分发给以这种方式上报数据的各个机构。如果你有兴趣，也可以自行接收这些数据，因为卫星会分批转发，但大多数用户懒得这么做，毕竟 NOAA 会替你完成这部分工作。

即便这一点可能也在逐渐消失：较新的 SNOTEL 站点显然通过蜂窝网络上报数据，除非实在收不到信号，但即便在科罗拉多山区，这种情况随着时间推移也越来越少见。蜂窝网络的主要好处是低延迟、高带宽，因此可以做到一些以前做不到的事，比如查看安装在 SNOTEL 站点的摄像头画面。

数据部分讲完了，我们再快速看一眼采集到的数据。温度、湿度、气压、风、液态降水都照常测量，但 SNOTEL 还多了几项特色功能。土壤湿度和蒸散（基本上就是土壤中水分的蒸发速率）传感器提供更多关于地面饱和程度的数据；一根柱子上朝下安装的超声波或光学仪器测量积雪深度；还有一个样子古怪、叫做雪枕的装置，承担的可能是最重要的测量。雪枕本质上是一个铺在地面充好气的大橡胶气囊，然后被雪覆盖。通过测量雪枕的气压，SNOTEL 站实际上是在给积雪称重，再结合积雪高度，就能得出雪的密度或含水量。这个值因降雪时的具体天气而差异很大，而且别忘了，密度上的层状差异是判断是否容易发生意外雪崩的重要因素之一，所以在降雪过程中收集这些含水量信息，能让预报员远程估计雪况是否危险。

当然，这还要辅以一些老派手段，比如派雪崩专家带着铲子和米尺亲自去看雪。DOT 通常有技术人员定期巡查山口站点，他们在那里把不同风暴带来的雪整理成塑料桶和塑料箱里的样本，以便亲手感受积雪下面各层是什么样子。他们还会取样称重，做一些测试来测量雪的力学性质，基本上有一整套办法，但归根结底，判断雪况“好”还是“坏”也有主观成分。这来自经验，也是我们应当重视州政府雇员的众多理由之一。

缓解措施

在休闲滑雪的场景下，最常见的缓解办法就是干脆避开这片区域。对于野雪滑雪区尤其如此：雪崩中心可能会发布预警，或者在预报显示条件有利于雪崩发生时，与运营方合作直接关闭整个区域。预警的作用可能比你想象的更大——除了减少区域内的人数，它还能让人提前留意到特别危险的坡面，或察觉到积雪正在变得不稳定的迹象。雪崩有时在没有任何表面不稳定迹象的情况下也会发生，但实践中往往还是会有一些征兆，所以多加观察总比什么都不做强。预警还会让人更愿意携带安全装备（后文会讨论），一旦真的出事，自救的机会也就更大。

不过，还有一些可以说是动能手段的办法。现代登山运动的许多方法是在二战期间成型的，相当一部分缓解装备也是如此。一旦积雪不稳定到雪崩可能发生的地步，它基本上就是在等着什么东西来触发。大众媒体常说巨响会引发雪崩，这纯属虚构，但道理没错：人走动，尤其是驾驶车辆作业，都可能触发雪崩，基本上任何偶然因素也一样。你可以主动前往不稳定区域、有意触发雪崩——或者至少尝试触发——来降低雪崩风险，原理和排爆小组处理不稳定爆炸物时把它引爆差不多。在你预料的时候炸，总比在你没预料的时候炸要好。

一种经典方法至今仍有人使用：改装火炮。美国各州交通部门和滑雪场运营方手里，M101 榴弹炮的存量多得惊人。这是一种 105 毫米火炮，设计大致可追溯到 1910 年代的德国方案，二战期间被美军大量装备。用于雪崩的原理很简单：发现某处坡面条件不稳定、可能构成危险，就朝它开炮。炮弹撞击的震荡，加上很多时候是爆炸弹头，会给积雪施加巨大压力，只要有可能松动，多半就会把它打下来。你只需要确保自己在由此引发的雪崩范围之外。

这种方法的主要问题——所有人都承认它非常有趣——在于M101自1953年起就已停产，而且总的来说，廉价军用剩余火炮的供应已经枯竭。榴弹炮正在老化退役，其他方法正在取而代之。其中一些同样颇具动感：比如从直升机上投掷小型简易炸弹，这在今天的科罗拉多州是一种非常常见的做法。哪怕只是让直升机悬停在斜坡上方，有时也能触发雪崩，不过配上一点炸药，可靠性会高得多。如果你注意到科罗拉多山区某些地方到处都是高爆炸药掩体和未爆弹药警告标志，那么，现在你知道原因了。那感觉有点像一场进展极其缓慢的战争。

不过，即便是这些方法，也正在被更现代、更具成本效益的手段取代。一家名为 MND 的法国高山工程公司生产一种叫 Gazex 的系统，有点像打了兴奋剂的机场驱鸟炮。Gazex 装置预先安装在雪崩风险区域（比如用直升机吊装），然后在远程控制下，将氧气和可燃气体混合，在一个朝向地面的大管中引爆。产生的力量类似于爆炸，但整套设备更容易操作（因为它用的是气瓶而非高爆炸药），而且远程控制让运营方的成本更低。MND 最近推出了该系统的新版本，叫 O'bellx（我猜这名字在法语里读起来更好听），更加便携，尽管外形滑稽地像个蛋。这似乎在滑雪场越来越受欢迎，MND 也强调，便携的设计和低影响的安装方式使其适合像国家公园这样有迫切自然保护需求的区域。基本上，你可以在每个冬天结束时把它们撤走，这样就不会在美丽的山间到处留下设备。

还有一些不那么有趣的缓解手段，所以我不会花太多篇幅，但你在这附近都能见到。类似于防雪栅栏的结构，建在斜坡高处，为积雪提供“锚点”，防止其松动到足以引发雪崩的程度。这个思路有很多变体，比如用钢缆支撑网。另一种做法是允许雪崩发生，但阻止它们到达会造成危害的区域，要么修建墙状或坝状结构（我认为这在美国不常见，因为我不知道有任何实例），要么把公路等通道置于足够坚固的“雪棚”之内，让雪崩直接从上面流过。后一种方法在欧洲比在这里常见得多，但在美国的铁路上能找到一些例子，铁路往往位于比公路更险峻的地形中。

预警

雪崩技术中一个比较有意思的方向是预警系统。如果人们能提前知道雪崩要来，雪崩本身其实没那么危险；真正让融雪触发的雪崩如此致命的，是它往往来得毫无征兆。雪崩安全课程教的方法之一，是识别雪层已经开始滑动、位移或自行坍塌的迹象。这说明当前条件有利于雪崩发生，扰动雪面或走到雪层下方都相当危险。常见的表面迹象是裂缝，由积雪开始分离造成，但即便裂缝确实存在，也未必容易看清。

雪崩可能性的另一个指标是沉降，也就是雪面开始下降，或者雪面出现任何向坡下的移动。这些现象可能在真正雪崩发生前几分钟甚至几小时就出现，但很细微，而且往往很慢，人基本注意不到。好在机器很适合干这件事。有几家厂商提供雷达系统，用来监测雪坡的任何位移，一旦有动静就能拉响警报或发出其他提醒。和地震预警一样，这些系统究竟能提前多久，目前并不很清楚，可能相当短，但聊胜于无。

其他技术，比如 LIDAR 和声学手段（例如 geophone），也能用于类似的任务。我甚至听说过更老的系统，把细金属丝或易断的金属条埋在雪里，作为电路的一部分，雪一开始移动电路就会断开 2。这类系统可以做得相当精密，MND 的销售材料里就提到，检测到雪崩时可以关闭高速公路的闸门。目前雷达检测的先进水平是脉冲多普勒体制，对各种方向的运动都非常敏感。话虽如此，这些系统在美国似乎并不流行。我在这个国家没能轻易找到任何实际安装的案例。

关于这个话题的最后一点：NAWAS 和 Emergency Alert System 这类国家警报系统为雪崩预警定义了专门的消息类型。实际上这些类型极少用到，因为通过大众媒体渠道发布雪崩预警，从时间或覆盖范围来看通常都不合理。不过确实发生过，一般是在预报员预测某个城镇或其他居民区有高雪崩风险的时候——所幸这种情况很少见。一旦出现，处理办法就是疏散整个城镇，而这正是 NAWAS/EAS/NWS All Hazards 等系统所针对的场景。

救援

最后终于来到我认为最初让我把“雪崩技术”列入清单的那个话题：救援的技术辅助手段。从某种意义上说，雪崩并没有那么危险。它的移动速度可以非常惊人（常被提到超过每小时 60 英里），但雪本身相对松软、密度低。被压伤或撞到什么东西当然可能造成伤害，但雪崩更大的危险通常在于被埋。

如果你被埋在雪里，没有救援者，或者救援者找不到你，靠自己挖出来会极其困难，过程中很可能死于窒息、力竭和失温的某种组合。这话听起来可能有点蠢，但别忘了，你刚刚被一场雪崩埋住，身上多半有各种轻伤，已经失去方向感，等等——在这种情况下，换你试试从几英尺深的雪里把自己挖出来。你真的需要地面上有人来帮你。这就是为什么标准的雪崩安全装备包括探杆和铲子——探杆用来找人（基本上就是一根金属杆，用来往雪下戳），铲子用来把人挖出来。

问题在于，用探杆搜索一大片雪地是个非常缓慢的过程，而且即使雪崩前你就在某人旁边，雪崩之后你多半也不知道对方被冲到了哪里。这正是无线电技术能帮上大忙的地方。

雪崩信标（avalanche beacon），又称雪崩收发器（avalanche transponder），其概念至少可以追溯到 1968 年。John Lawton 博士当时在一家航空研究实验室担任工程师——这家实验室如今叫 Calspan Corporation——研究过各种有趣的航空问题，从武器瞄准到气象研究都有涉及。Lawton 是个相当狂热的航空爱好者，2013 年还上过新闻：为庆祝自己 90 岁生日，他驾驶自己的 Cessna Skyhawk 飞越美加边境 90 次。这消遣方式有点古怪，但一个人 90 岁了还能自己开着飞机到处飞，显然找到了让自己保持活力的办法。他这一生对航空的投入，从一件事上就能看出来：那趟绕来绕去的跨境飞行，起点就是他自己的机场。

相比之下，他对登山运动的兴趣就没那么多记载了，但他对大山肯定是有感情的。他在欧洲做过某种研究，内容是用轻型飞机投掷炸药来触发雪崩；不知是不是这件事让他上了心，总之他后来还做出了世界上第一款商用雪崩信标。这款产品由他的公司 Lawtronics 商业化，名叫「Skadi」，发射 2.275 kHz 的音调信号。在山区行进的人群可以每人带一台 Skadi，一旦有人被雪崩埋住，其他人就可以把各自的设备切到接收模式，靠简单的幅度搜索把人找出来——说白了就是在雪地里来回走，找到音调最响的位置，然后开始探杆、开挖。

这套方法今天仍在使用，只是无线电系统已经统一到 457 kHz。Mammut 的「Barryvox」、Black Diamond 的 Recon X 这类现代雪崩救援系统，都是 Lawton 那台 Skadi 的直系后代：同样用 457 kHz，再加上数字测向技术（比如用多根互相垂直的定向天线推算目标的大致方位），从而加快速度，让无线电定位更好上手。由于 457 kHz 是国际标准，不同厂商的设备用起来应该差不多。在真实场景里这一点很重要——赶来救援的人，很可能根本不属于被雪崩波及的那一组。

现代的雪崩信标，也许是现实世界里最接近电影和电子游戏中“无线电信标”工作方式的产品之一。现实当然要混乱得多，尤其是在有多名被埋者的情况下，但原则上，一台处于接收模式的数字雪崩信标可以在屏幕上显示一个箭头，你跟着它走，直到站在被埋者正上方。如果蜂鸣声变得更频繁，就说明你在靠近。挺妙。

技术仍在快速演进，一些较新的雪崩信标还支持第二种协议，叫做 W-Link。W-Link 的文档少得令人意外，大概是因为它似乎是 Mammut 专有的（唯一支持它的非 Mammut 信标，看来都是与 Mammut 的合资项目）。W-Link 是一种工作在 ISM 频段的数字协议，这就带来一个缺点：ISM 频段没有国际统一标准。也就是说，面向美国和欧洲市场的信标在传统的 457 kHz 工作模式下始终兼容，但两台支持 W-Link 的信标如果销往不同的监管市场，就可能无法使用该协议。

W-Link 的好处在于，数字协议让信标能发送多得多的信息。其中包括信标的唯一序列号，使接收端能够区分同一时间收到的来自两台或多台信标的脉冲——这大幅提升了定位多人的容易程度，因为传统测向技术一旦无法区分多个目标，就真的很难办。你可能会遇到“指针来回摆”的情况，而 W-Link 设备能够一次锁定一个目标。由此还可以推断，你能确定被埋人数，并忽略那些其实无关紧要的信标（比如被丢在地表，或由救援人员携带，等等）。

W-Link 最有趣的功能，或许是某些 W-Link 信标会用加速度计检测运动，并报告是否存在任何运动。理论上，这让救援人员可以优先把精力放在报告有运动的信标上，也就是仍由活人携带的信标。W-Link 的这些增强能力似乎引发了足够多的争议，以至于 Wikipedia 条目用了很大篇幅讨论伦理问题，厂商也纷纷发布立场文件，说明自己决定实现或不实现某些 W-Link 功能。担忧在于，W-Link 可能给救援人员提供更多信息，让他们以带有歧视性的方式安排救援优先级，比如先搜索携带（更贵的）W-Link 信标的被埋者，再搜索携带较便宜的传统信标的被埋者，或者利用对 W-Link 序列号的了解，优先搜索特定的人。

实际操作中，我认为这些伦理担忧更多是理论上的，而非现实中的，因为 W-Link 技术的普及率似乎并不高，而且大多数实际信标只实现了最基本的功能。例如，显示单个信标序列号的能力，基本仅限于 Mammut 卖给滑雪巡逻队等组织的 USB 加密狗/软件包——这些组织出借雪崩信标，需要追踪库存、检查电池电量等。

雪崩信标并非基于无线电的雪崩救援的唯一途径。Lawton 开发出 Skadi 大约十年后，一位瑞士工程师设计了一套名为 RECCO 的系统。如果你读过我关于防盗损失预防的文章，我可以简洁地解释 RECCO：它不过是把射频电子商品防盗技术用到了户外。如果你没读过，那我们稍微展开讲讲。

我在这篇文章上花了很多时间，希望你喜欢读它。如果你能匀出几美元，可以考虑在 ko-fi 上支持我。你会偶尔收到一篇订阅者专属的额外文章，也能帮我分担直接从新墨西哥州阿尔伯克基提供手工打造的世界 wide web 的成本。

如果你做一个天线，它是一个小环，然后在里面放一个 p-n 二极管这样的非线性器件，你得到的天线在经过它的无线电波相位方面会表现出不对称行为。直观地说，能量可以自由地沿天线的一个方向流动，但另一个方向不行。沿那个方向走的能量被困住，并以激发该器件的频率的谐波频率重新发射出去。这个一般原理被称为非线性结检测，它在技术安全等领域有各种有趣的应用，但最常见的应用是作为常见的零售防盗标签类型之一。

RECCO 基本上就是一套瞄准地面的零售损失预防系统。RECCO