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)研究團隊（以下簡稱“雪務(wù)保障攻關(guān)團隊”），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營團隊一起確保北京冬奧會“用雪自由”，給世人奉獻了一場綠色、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，教練團隊難以及時掌握雪道關(guān)鍵參數(shù)，這也會影響運動員技戰(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雪，這樣耗時耗力且不夠精確。經(jīng)過科研團隊大膽探索，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，這些細節(jié)都沒有可以參考的依據(jù)。

　　研究團隊輾轉(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動員、冰雪專家進行測試，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”團隊，在此之前，攻關(guān)組在2021年的奧運測試賽中，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)，科研團隊還歷經(jīng)20天，聯(lián)合北京冬奧組委場館運行中心等造出約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動員的天堂。”

　　雪務(wù)保障攻關(guān)團隊的收獲也超過預(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。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)雪量進行調(diào)控，讓雪場提早開放，帶動更多游客參與冰雪運動。

　　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，團隊?wèi)?yīng)當(dāng)向“應(yīng)用冰學(xué)”進發(fā)，包括為各類冰上體育競技運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，為我國冰雪運動產(chǎn)業(yè)“南展西擴東進”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