實現(xiàn)北京冬奧會“用雪自由”

　　中國科技方案造出冬奧會滑雪天堂

　　北京冬奧會賽場，條條雪道如白色蛟龍，運(yùn)動健兒穿行其間，滑翔跳躍，精彩逐夢。然而，很少有人知道，幾年前，中國不僅造不出一條合格的“冰狀雪”賽道，甚至連賽道的一些參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)都無從得知。

　　2017年，在中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院冰凍圈科學(xué)國家重點實驗室名譽(yù)主任秦大河的帶領(lǐng)下，中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、北京師范大學(xué)、中國氣象科學(xué)研究院、哈爾濱體育學(xué)院和云頂滑雪公園等科研院校和相關(guān)滑雪行業(yè)企業(yè)組建北京冬奧會賽事用雪保障關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊（以下簡稱“雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊”），踏雪逐夢。

　　在不計其數(shù)的實驗中，零下20多攝氏度的氣溫，高達(dá)20米每秒的風(fēng)速，讓奮戰(zhàn)一線的隊員吃盡苦頭。一些去過南極科考的隊員都忍不住感慨，“這比南極環(huán)境都惡劣，南極好歹有避風(fēng)港、雪地車。”在普通人正常站立都非常困難的環(huán)境中，他們一連工作10多個小時；為了節(jié)約時間，他們還自帶干糧上山，餓了就簡單應(yīng)付一下；周身寒風(fēng)凜冽，雪大如席，研究人員經(jīng)常身上掛滿了冰碴，一個個像冰雪世界的“野人”。

　　5年后，這個團(tuán)隊成功突破冬奧會雪務(wù)保障的核心技術(shù)，形成“中國方案”，和北京冬奧組委場館運(yùn)營團(tuán)隊一起確保北京冬奧會“用雪自由”，給世人奉獻(xiàn)了一場綠色、安全、簡約的冰雪盛會。與此同時，因冬奧而興，中國冰雪技術(shù)也支撐冰雪產(chǎn)業(yè)迎來前所未有的發(fā)展。

　　迎難而上 瞄準(zhǔn)“卡脖子”技術(shù)

　　歷屆冬奧會，雪上項目都是“重頭戲”，會產(chǎn)生近三分之二的金牌；可與此同時，雪上項目也最容易出問題。因天氣突變，需要臨時調(diào)運(yùn)人造雪、整修賽道，這就會導(dǎo)致比賽延期或取消。2010年溫哥華冬奧會、2014年索契冬奧會、2018年平昌冬奧會雪上項目都有狀況出現(xiàn)。

　　北京冬奧會是首次在溫差較大、少雪的大陸性季風(fēng)氣候區(qū)舉辦的冬奧會，面臨著氣象條件不利、冬春交替期容易出現(xiàn)極端天氣等不利情況；而賽事舉辦時間又在北京氣溫回暖的2月至3月，有可能出現(xiàn)雪道融化、造雪機(jī)工作難度大等問題。這些都對賽事雪務(wù)保障提出了更高要求。

　　5年前，接到雪務(wù)保障攻關(guān)的科研任務(wù)時，團(tuán)隊主要成員、中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院研究員王飛騰還在野外開展冰川研究工作。對于冬奧會雪務(wù)保障這個全新領(lǐng)域，他了解得并不多。

　　科研人員進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，此前國內(nèi)應(yīng)用的人工造雪系統(tǒng)都由國外設(shè)備主導(dǎo)、儲雪方案多在高緯度地區(qū)開展、“冰狀雪”賽道制作的技術(shù)更是被國外一些公司“封鎖”。雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊的所有嘗試都要從“零”做起。

　　王飛騰坦言，我國冰雪科研起步晚，像他這樣長期從事冰川研究和保護(hù)的科技工作者，都鮮少聽說“冰狀雪”賽道一類的概念。而國外專家只需在賽道上踩一踩、捏一捏，就能判斷出合格或不合格。

　　受雪務(wù)保障技術(shù)制約，教練團(tuán)隊難以及時掌握雪道關(guān)鍵參數(shù)，這也會影響運(yùn)動員技戰(zhàn)術(shù)水平、比賽成績，無疑會讓北京冬奧會為全世界運(yùn)動員提供良好賽事體驗的承諾大打折扣。

　　踏雪前行 攻克雪務(wù)保障難題

　　經(jīng)過綜合調(diào)研后，“雪質(zhì)的判定、監(jiān)測和預(yù)報技術(shù)”“冰狀雪賽道制作技術(shù)”“高效儲雪技術(shù)”“智能化造雪集成技術(shù)”成為雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊率先攻克的“堡壘”。

　　科研人員攻關(guān)的第一步，是和冰雪親密接觸起來。2017年年末，王飛騰和團(tuán)隊成員在瑞士考察學(xué)習(xí)時，踩在滑雪板上自由穿梭的當(dāng)?shù)匮芯咳藛T給他們留下了深刻印象。回國后，他們主動學(xué)起了滑雪，“既方便去一些纜車到不了的地方采集數(shù)據(jù)，又能親身感受遠(yuǎn)動員在不同雪道上的體驗”。

　　培養(yǎng)良好“雪感”是基礎(chǔ)，可要服務(wù)冬奧，雪質(zhì)硬度、密度和含水量等關(guān)鍵參數(shù)，不能完全依靠人工觀測，需要探索一套科學(xué)有效的應(yīng)用方案。為此，雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊在北京冬奧會張家口賽區(qū)云頂滑雪公園利用高分辨率的氣象觀測數(shù)據(jù)，結(jié)合研發(fā)了雪質(zhì)監(jiān)測和預(yù)報技術(shù)，構(gòu)建了賽道雪質(zhì)等級判別模型。

　　按照過去的傳統(tǒng)，滑雪場一般到了下午或晚上就要補(bǔ)雪，這樣耗時耗力且不夠精確。經(jīng)過科研團(tuán)隊大膽探索，通過新技術(shù)應(yīng)用，能對未來72小時百米級雪道不同位置的氣象條件，如風(fēng)和溫度，進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)報，也可以模擬和預(yù)報賽道雪質(zhì)隨時間動態(tài)演變過程，獲取數(shù)據(jù)的同時幫助精準(zhǔn)補(bǔ)雪。

　　首戰(zhàn)告捷，大伙兒信心倍增，又向“冰狀雪”賽道制作技術(shù)發(fā)起挑戰(zhàn)。中國氣象科學(xué)研究院研究員丁明虎介紹，“‘冰狀雪’是滑雪場雪質(zhì)的一種形態(tài)，顧名思義，雪道表面上部雪的密度較大、硬度高，有助于減小賽道表面對于滑雪板的摩擦力，使高山滑雪等項目運(yùn)動員的滑行速度大大提升。”此外，這種雪道不易被破壞，選手不論第幾個出場，雪道的狀態(tài)都是一樣，類似于一條雪上“高速公路”。

　　制作“冰狀雪”的過程看似簡單，就是鋪雪、注水，但鋪多少厚度的雪，注多少升的水，隔多久再注水，這些細(xì)節(jié)都沒有可以參考的依據(jù)。

　　研究團(tuán)隊輾轉(zhuǎn)哈爾濱、北京、張家口、阿勒泰等地的滑雪場，兼?zhèn)涑柵c背陰的賽道段，選擇不同高度、厚度、水量、時間、水壓，一次次做試驗，精心打磨。為了讓雪道的各項條件與國際接軌，他們還特意請來一些運(yùn)動員、冰雪專家進(jìn)行測試，確保雪道雪質(zhì)、含水密度、表面平整度及坡度比全面合格。

　　凌風(fēng)起航 實現(xiàn)綠色“用雪自由”

　　經(jīng)歷了成百上千次的試驗后，好消息不斷傳來：“冰狀雪”制作試驗在亞布力滑雪場成功，在云頂滑雪公園成功，在國家高山滑雪中心成功……一套屬地化的“冰狀雪”賽道制作技術(shù)趨于成熟，這讓大伙兒吃下了“定心丸”。

　　其間，科研團(tuán)隊還制定出雪質(zhì)判定量化標(biāo)準(zhǔn)，研發(fā)的“冰狀雪”賽道專業(yè)監(jiān)測設(shè)備相較進(jìn)口儀器，成本更是大大降低。

　　天氣轉(zhuǎn)暖，大伙兒又將目光投向儲雪工藝，在張家口萬龍滑雪場和崇禮滑雪場、哈爾濱帽兒山滑雪場和延慶石京龍滑雪場啟動儲雪試驗。

　　經(jīng)過反復(fù)研究，科研人員發(fā)現(xiàn)，儲雪地點要選在遮陽、低風(fēng)速的位置，以降低外界氣象條件對雪堆融化的影響。在符合經(jīng)濟(jì)性原則的基礎(chǔ)上，可以選擇導(dǎo)熱系數(shù)較小的材料，或增加各材料層的厚度來減小雪堆融化的速率。當(dāng)外界氣象具備一定條件時，相同體積下，雪堆表面積與體積的比例越小，雪堆的融化速率越小。

　　有了科學(xué)原理支撐，儲雪方案應(yīng)運(yùn)而生。科研人員舉一反三，設(shè)計出儲雪堆智能設(shè)計系統(tǒng)，根據(jù)場地的地貌屬性，以影響雪堆設(shè)計的主要要素和當(dāng)?shù)氐臍庀髼l件為輸入?yún)?shù)，模擬預(yù)測雪堆的形態(tài)、質(zhì)量和雪質(zhì)（密度、溫度、粒徑、含水量等）等變化，推薦出一套“屬地化”的儲雪堆最優(yōu)化設(shè)計方案。

　　北京延慶石京龍滑雪場室外試驗表明，采用該套儲雪技術(shù)，大雪堆度過一個夏天后，儲雪率在60%左右。去年5月，該技術(shù)在新疆阿勒泰市舉辦的“2021-2022國際雪聯(lián)越野滑雪FIS積分系列賽”中“上陣演練”。這是國內(nèi)首次在0攝氏度以上溫度條件下舉行的專業(yè)比賽，現(xiàn)場四周綠草如茵，雪道依然“冰清玉潔”。

　　雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊還開發(fā)了智能造雪集成技術(shù)，并在哈爾濱帽兒山滑雪場進(jìn)行了示范。哈爾濱體育學(xué)院副研究員王東海介紹，通過在滑雪場建立蓄水池，造雪用蓄水池里的水，夏天雪融化后水又流進(jìn)了水庫，實現(xiàn)了水平衡，確保冰雪產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

　　筑夢冬奧 助力冰雪產(chǎn)業(yè)勃興

　　2月4日，北京冬奧會盛大開幕。

　　作為一支特殊的“無名英雄”團(tuán)隊，在此之前，攻關(guān)組在2021年的奧運(yùn)測試賽中，利用賽道雪質(zhì)等級判別模型，發(fā)布一系列雪質(zhì)分析報告。賽事啟動后，為應(yīng)對冬奧會期間首鋼大跳臺和國家跳臺滑雪中心場館可能出現(xiàn)的高溫、沙塵和降雨等極端天氣事件，保障賽道雪質(zhì)，科研團(tuán)隊還歷經(jīng)20天，聯(lián)合北京冬奧組委場館運(yùn)行中心等造出約7000立方米的雪，做到有備無患。

　　在體驗了國家高山滑雪中心的賽道后，國際雪聯(lián)高山滑雪委員會主席伯恩哈德·魯西感嘆：“滑雪賽道上的雪況非常完美。這里的場館、賽道、雪，可以說是我們滑雪運(yùn)動員的天堂。”

　　雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊的收獲也超過預(yù)期，除了突破“卡脖子”的核心關(guān)鍵技術(shù)，冬奧會期間，團(tuán)隊80多個人中，有12名成員以顧問、技術(shù)官員、競賽場裁判長的身份參與賽事輔助工作。而作為我國第一批雪務(wù)方向的研究生、滑雪場技術(shù)骨干，這些年輕人同樣會在“后冬奧時代”大顯身手。

　　中國雪務(wù)保障技術(shù)將走向更加廣闊的應(yīng)用前景。目前，“高效儲雪技術(shù)”已經(jīng)被應(yīng)用于冰川保護(hù)。2020年8月，王飛騰等人就在位于四川省阿壩藏族羌族自治州黑水縣境內(nèi)的達(dá)古冰川消融區(qū)建立了500平方米的試驗區(qū)，通過給冰川消融區(qū)“蓋被子”，阻擋了太陽輻射和冰面的熱交換。實驗數(shù)據(jù)顯示，“蓋被子”的地方比不“蓋被子”的地方冰的厚度高了1米。

　　對于一般經(jīng)營性的雪場，雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊的成果同樣有效。比如，一些南方城市就可以在沒有充足天然降雪的情況下，通過人工手段對雪質(zhì)雪量進(jìn)行調(diào)控，讓雪場提早開放，帶動更多游客參與冰雪運(yùn)動。

　　秦大河院士表示，雪務(wù)研究為冰凍圈科學(xué)的應(yīng)用研究打開了突破口，下一步，團(tuán)隊?wèi)?yīng)當(dāng)向“應(yīng)用冰學(xué)”進(jìn)發(fā)，包括為各類冰上體育競技運(yùn)動和群眾活動等提供技術(shù)支撐。

　　“我國冰雪產(chǎn)業(yè)剛起步，取得一定進(jìn)展，但核心技術(shù)的掌握仍需一定時間的消化吸收。”雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊表示，未來，將繼續(xù)深挖雪務(wù)科研領(lǐng)域，為我國冰雪運(yùn)動產(chǎn)業(yè)“南展西擴(kuò)東進(jìn)”的戰(zhàn)略提供科技支撐。

　　中青報·中青網(wǎng)記者 王豪 馬富春 來源：中國青年報