《长津湖之水门桥》里的水门桥到底有多冷？

瞻云，科普人，公众号「瞻云」 阅读原文

昨天看了电影，伍千里兄弟被冻成冰雕后的一幕依旧在脑海里回闪：

• 在美军的火焰喷射器下，伍千里身上燃烧起了熊熊火焰。他最终被烧成了焦炭，却融化了伍万里身上的严冰。伍万里最终获救，成为第七穿插连唯一活下来的战士。

在《长津湖》第一部中，展现了一夜之间被封冻的冰雕连；而在《长津湖之水门桥》中，则更多的展现了战士们被冻死、冻伤的细节。

我不禁在思考一件事情：

在 -40℃的环境中，志愿军战士究竟能存活多久？

先说结论：

虽然在高负荷的运动状态下，人体会释放大量的热量，战士们都不会有冻死的风险。

然而在长津湖战役中，战士们常常需要埋伏三天三夜。

• 对于第一批没有分到厚棉服的战士来说：

静卧在 -40℃的无风环境，他们能坚持 14 个小时。
在有风环境中，能坚持的时间低至 2~4 小时。
意志坚定的战士，可以在四肢冻成冰棍后，坚持三天三夜。​

• 而对于有厚棉服的战士来说：

静卧在 -40℃的无风环境，可坚持 28 小时。
在有风环境中，能坚持的时间低至 4~8 小时。
意志坚定的战士，可在四肢冻成冰棍后，长时间坚持。​

【以下是详细探讨和计算过程】

安静状态下，志愿军战士能够产生多少热量？

这是不同状态下，人体的新城代谢率不同：

睡眠时：41W/m^2
静卧时：47W/m^2
静坐时：58W/m^2
静立时：65~70W/m^2
步行时：116~337W/m^2[1]​

当战士们静立时，机械功为零，用新陈代谢功率×人体表面积，就能得到人体释放的总热功率。

根据许文生氏公式： ​

可得，170cm、60kg 的战士，体表面积为： 1.65m^2。

战士静立时，新陈代谢取



。

当人处于低温状态，人体新陈代谢提升



%。

最终我们得到，静立状态下，战士们的新陈代谢总功率：

• 也就比一个 100W 的灯泡功率高那么一点点，但这却是点亮人体的生命之火。

穿多厚的衣服，战士们才能保暖？

当人体产生的热量＞散失的总热量时，人体便会升温。

当人体产生的热量＜散失的总热量时，人体便会降温。

只有人体产生的热量=散失的总热量，人体的温度，才会不升不降。

人体散热的方式很多，主要可以分成三个大类：



1、对外热辐射：有温度物体就会辐射电磁波。

2、流体（空气 / 水）对流散热：空气流动带走表层的热量。

3、呼吸和皮肤蒸发散热：呼吸冷热交换以及水蒸气带走的热量。

通常情况下，通过呼吸流失的热量最高也只有总热量的 1/10，而低温状态下皮肤散热极少。

那么，战士们在 -40℃的环境下，人体散热的主要方式是：

对外热辐射 + 流体（空气 / 水）对流散热

这两种方式，占热量总损失的 90%，那么战士们通过这部分散失的热量约为：120W

人体裸露部位释放的热量更多，衣服包裹部位释放的热量更小，所以需要分两种情况下来讨论。

◆裸露部位释放的热量

◆衣服包裹部位释放的热



战士们裸露部位被带走的总热量有多少？

人的面部和双手，裸露的总面积，预估 1000cm^3，也即 0.1m^2。

在 -40℃的环境下，裸露部位的温度有多少？



当皮肤温度低于 5℃时，会出现痛感，低于 0℃皮肤会结冰。

那么战士们面部和四肢在非冰冻状态下，裸露部位温度应该长期处于 0~5℃。

◆我们先来计算，裸露部位的热辐射功率

根据斯特藩 - 玻尔兹曼定律，物体对外的辐射通量（单位面积对外的辐射功率）为：
为辐射系数，人体可近似按照黑体辐射处理， 取值为 1。
为斯特藩 - 玻尔兹曼常量，取值 ， 为热力学温度。​

人体损失的辐射热量，等于向外热辐射减去接受到的热辐射，即：



当面部和手平均裸露温度为 5℃时，那么这部分在 -40℃状态的热辐射功率为：



◆我们再来计算，裸露部位的流体（空气 / 水）对流散热

• 在无风状态下，身体主要散热是空气自然对流散热。

对流散热，可以通过牛顿冷却定律进行计算： ，A 为人体表面积。
为空气的自然对流系数，有经验公式： [2]
-40℃时，​

可得，人体在无风环境中，裸露部位的自然对流散热功率为：



那么，裸露部位散失的总热量为：



那么，通过衣物散失的热量为：



穿多厚的衣服，战士才能维持人体的热量平衡呢？

衣服表面的温度会比环境的温度稍高一些，同样会通过热辐射以及对流散热，把热量释放到环境中去。

当衣服从人体吸收的热量恰好=衣服对外散失的热量时，通过辐射定律和牛顿冷却定律，我们容易反推，得到衣服表面的温度为：

-30.07℃

而人体在舒适状态下，皮肤温度为 33℃，低于 30℃便会感到明显的寒冷。

战士们长期处于寒冷状态，我们取 30℃。

那么衣服内外的温差，



60℃

• 这是不同材质衣物的导热系数：

当时战士们所穿的都是棉服，导热系数取 0.072W/(m·K)

根据傅里叶公式，衣服的导热情况为：
为通过衣物传递的热量， 为导热系数， 为衣物传热表面积， 为衣物表面与环境温差。​

那么，衣服厚度：



，约 7.6cm。

也就是说，加上棉服和内衬、毛衣等，志愿军战士身上需要有多达 7.6cm 的纯棉隔热层，才能在 -40℃的无风环境中，感到不会那么冷。

由于战士们一开始的棉服都是旧棉花，保暖还更低。处于比较舒适的状态，隔热层厚度甚至需要达到 10cm 以上。

然而，第九军团刚刚去朝鲜的时候 15 万人，仅仅得到 5 万套厚棉服。

这在《长津湖》第一部中有所展现：


电影中展现了因为美军轰炸，而没能及时得到足够多的厚棉服

志愿军刚刚到达朝鲜的时候，身上所有的衣物加起来，能有 3cm 的隔热层就很不错了。

战士们在打闹的过程中，新陈代谢功率可以升高到 200W/m^2，可以让人体处于温暖状态。

然而，战士们行军打仗，真正面临死亡威胁的是在户外环境。

在 -40℃的室外，战士们究竟遭遇了什么？

室外不存在无风环境。

牛顿冷却定律 中的换热系数 ，
需要使用空气对人体的迫流换热系数。
有经验公式： ， 为风速。
下雪时的平均风速为 2~3m/s
可得 的范围为 8~12W/S^2K，我们不妨取平均值 10W/S^2。​

计算可得，室外环境下，风从志愿军战士面部和裸露的双手，带走的热功率高达：



加上热辐射，损失的总热量为：59.12W

那么，通过衣物散失的热量,，仅仅只剩下：120-59.12=60.88W

我们容易得到，当衣服的外界温度为 -37℃。

通过衣服散失的热量才恰好为 60.88W，衣服内外的温差



70℃

在这种环境下，战士们要不觉得冷，需要的棉服厚度为：



，也即 17.82cm。

但这是根本不可能的事情，战士们实际衣服的厚度比这个薄多了。

对那部分身上隔热层仅仅只有 3cm 的战士来说：

当恰好有掩体，处于无风环境时，人体额外流失的热功率为 100W 左右。
而在普通风速环境下，损失的热功率为 300W。​

也就是说，根据不同的状态，这些志愿军战士身上热量额外流失速度为：

100～300W/s。

当人体温度流失，达到严重失温状态时，核心温度可低至 33℃以下，达到 30℃人体死亡。

体表裸露部位温度可低至 0℃以下，非裸露部位也能低至 10℃左右。

人体是立体结构，随着尺度增加体积 3 次方增加。

预估战士们从正常体温到濒死状态，整个人体的平均温度可降低 20℃左右。

按照 60kg 的人体，达到严重失温状态时，额外损失的总热量为：

60×20×4.2×10^3=5040KJ。

根据所在环境的不同，这些热量全部流失，所经过的时间为：16800~50400s。

折算为小时为：4~14 小时。

也就是说，在最为理想的情况下，身着单薄的志愿军战士只能在风雪中静卧十多个小时。

在不理想的情况，他们仅仅只能静卧 4 个小时左右。

如果遇到强风天气，例如达到 10m/s 的五级劲风，热量流失的速度便可超过 600W/s 以上，战士们能坚持的时间更是大大缩短。

第 9 兵团，仅仅在长津湖战役便伤亡 19202 人，冻伤 28954 人，冻死 4000 余人。

冰雕连正是在这样的环境下产生的。



可以看出，冰雕连所处的环境，并没有任何掩体。-40℃的环境，在大风下，只需要 2~4 个小时左右，便能把人冻成冰雕。

在志愿军战士被大量冻死之后，周总理曾下令向战士们提供棉服，且提供的所有棉服必须用新棉花。

另外一点就是，打水门桥之前，七连在下碣隅里打了大胜仗，补充了食物、武器和被服，所以相对来说宽裕了一点。战士们能吃得上罐头了，令人泪目。

在《长津湖之水门桥》中，志愿军战士们的棉服明显更厚了一些：



但哪怕如此，他们所有衣服所形成的隔热层能有 5cm 就很不错了，距离 17.82cm，依旧差了很远。

虽然 5cm 的隔热层，在正常行军的过程中，就可以保证不冷。

但在埋伏敌人的过程中，人体热量流失的速度依旧很快。

流失速度大约为：50~150W。

战士们能够在冰雪中埋伏的时间大约为 8~28 个小时。但如果遇到 5 级大风，时间依旧会缩短至 4 小时。

在《长津湖之水门桥》中也有所展现，有的战士在睡了一夜之后就再也没能醒过来。

在冰雪中埋伏3 天 3 夜的战士，他们又是如何做到的？

这是因为随着人体进入失温状态，体表温度下降，热量流失速度会大大降低。

在核心温度为 30~33℃的严重失温状态，如果体表温度接近 10℃时，大大减小的热量流失，便有可能接近人体静卧状态下的发热功率。

尤其是当四肢被解冻成冰后，人体流失的速度会进一步下降。

达成热平衡，便有长期坚持下去的可能。

然而，不说四肢冻成冰块，进入中度失温之后，便会有随时失去生命的危险。

然而，无数的战士处于中度甚至重度失温状态，四肢被冻成冰棍，却能坚持 3 天 3 夜！

简直就是如同传奇一般的存在。

这样的意志力，是和平年代的我们根本无法想象的事情。

在《长津湖之水门桥》电影中，展现了诸多严寒冷冻下的细节，电报机和迫击炮被冻得无法使用。无论活着还是死去的战士们，四肢都已经冻得僵硬，四肢各处都是严重的冻伤，很多人手肿得就像馒头一样，因为连血液都已经被冻住了。

甚至判断一个士兵是否死亡，已经不能通过身体来判断，只能通过眼睛。

甚至在最后伍千里冻成冰雕之后，由于眼睛微张着，甚至有影院观众还以为伍千里没有死。

但其实，真实的战争，比起电影还要残酷。

作为钢铁材质的枪械，拥有极高的导热系数，它们夺走战士们双手上的热量。
在冲锋的时候，甚至不少战士们手上的皮肤都和炮弹、炮身都完全沾黏在了一起。
甚至，战士们的脚和鞋底也会完全冻住，仅仅一次简单的烤火，一脱鞋便能脱下整个脚皮。
侥幸活下来的战士，也有的因为感染，不得不锯掉手指脚趾，甚至整条胳膊和腿。​

这些，都是电影没有展现出来的。

一场优秀的电影，总是能够让我们对战争的残酷身临其境。

但战争的真实细节，是我们永远不可能去真实想象的。

感谢所有的志愿军战士，正是他们的战斗和牺牲，才换来了如今的盛世。

正是因为他们，我们才不用亲身去经历那样的痛苦和死亡。

对他们最好的致敬，就是好好珍惜难得的和平。


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