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为什么冬奥会要用人造雪?

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出品:科普中国

制作:郝建盛(中国科学院地理科学与资源研究所)

监制:中国科学院计算机网络信息中心

最近,网络上有人说,人造雪是对水资源的浪费,会影响生态和生活用水,甚至质疑,为什么冬奥会不能用自然雪?一定要用人造雪?

在感受到大家对冰雪运动和冬奥会的关注的同时,作为一名专职和“雪”打交道的科研工作者,今天就来聊聊为什么现代的冬奥会一定要用人造雪。


中国选手宋祺武在跳台滑雪比赛中(新华社记者 牟宇 摄)

冬奥会用雪量大,自然雪量难以满足

国际雪联文件《2022年冬奥会自由式滑雪和单板滑雪场地设计要求》指出,滑雪障碍追逐赛道需1.07×10^5立方米的雪量;即使是面积较小的滑雪大跳台赛道,也需维持至少1.1×10^4立方米雪量。

很明显,丰裕的积雪是保障冬奥会开展的最基本条件,但在过去依靠自然雪的年代,就出现过老天“不给面子”,让冬奥会无法顺利举行的情况。比如1928年的瑞士圣莫里茨冬奥会,由于主办地降雪少,导致许多比赛项目直接取消,甚至越野滑雪50公里比赛因为缺雪,使得冠军到达终点的时间比上届冠军慢了一个多小时。

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,也使竞技比赛更加安全可靠。


2021年11月16日拍摄的正在造雪中的国家高山滑雪中心雪道(无人机照片)。(图片来源:新华社记者张晨霖摄)

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。

人造雪让奥运会竞技比赛更公平公正

随着奥运会各项赛事的公平公正化和标准化,竞技场地的雪量和雪质的要求更高,为保证质量,人造雪逐渐扮演起了冬奥会中的“关键先生”角色。

首先,人造雪场的积雪性状单一并且稳定。对于大众而言,自然雪场环境优美、雪质松软,不仅可以滑雪嬉戏,而且非常适合观光游玩。但对于奥运会而言,最基本的要求是运动员在公平、公正的条件下展开竞技。

因此,为满足赛事的公平性,雪场的积雪性状要单一并且保持稳定,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。

雪道在赛前必须用压雪机反复把雪压实和平整,尽量减缓积雪发育和变质过程,让积雪性状保持稳定。在《从形成到堆积,人造雪与天然雪有哪些不同?》一文中,我们已经说到,自然积雪的物理特性多变,对运动员的成绩及滑雪的舒适感等都有影响,而人造雪的雪层单一、性状稳定,因此在被压雪、平整、注水后,更容易成为物理性质一致的雪道。


压实、平整的滑雪比赛场(图片来源:作者自制)

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,影响来自世界不同地区运动员的公平竞技。

比如,我国新疆天山和阿勒泰山地区气温低、雪密度低、含水率低、孔隙率高、温度梯度高,属于典型的大陆性雪气候。该雪气候条件下,积雪发育变质明显,直径相对大的雪颗粒(深霜等)在雪场中的占比高。

而海洋性雪气候的日本北海道、加拿大东海岸等地区,气温相对高、雪密度高、含水率高、孔隙率低、温度梯度低,深霜等大颗粒雪晶体发育变质缓慢。此外,属于过渡性雪气候的阿尔卑斯山积雪特性介于大陆性和海洋性雪气候之间,也别具一格。

如果将经常在积雪含水率低、大颗粒雪晶体多的大陆性雪气候区训练的运动员放置到积雪含水率高、小颗粒雪晶体多的海洋性雪气候区进行滑雪比赛,肯定会影响运动员的发挥和竞技的公平性。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。

冬奥会用雪要求高,雪场积雪要有抗高压和抗高冲击力性能

奥运会的口号是“更快、更高、更强”,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。


单板滑雪中的高速转弯冲击(图片来源:作者自制)

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。这是因为自然积雪底部由于梯温变质,易形成孔隙率高但抗压能力强的凝聚态深霜,这就会在跳台滑雪等高冲击运动中,雪场中出现塌坑和冲击坑,影响比赛。


凝聚态深霜(图片来源:作者自制)

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。

由此可见,对于冬奥会雪场客观要求而言,无论是从雪量控制,积雪性状稳定还是雪场抗压抗冲击力强等哪个方面,人造雪都十分符合冬奥会对于雪场积雪的要求,是国际重大赛事保障用雪质量的客观需求。

人造雪将在2022北京冬奥会中发挥不可替代的作用,成为公平、公正的保障之一。

就让我们一起期待冬奥会中,运动健儿们在雪场上矫健的身姿和优秀的成绩吧!

参考文献:

  1. Mock C J, Birkeland K W. Snow avalanche climatology of the western United States mountain ranges[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2000, 81(10): 2367-2392.
  2. Jiansheng H, Richard M J E, Yang Liu, et al. Characteristics and hazards of different snow avalanche types in a continental snow climate region in the Central Tianshan Mountains[J]. Journal of Arid Land, 2021, 13(4): 317-331.
  3. Shandro B, Haegeli P. Characterizing the nature and variability of avalanche hazard in western Canada[J]. Natural Hazards and Earth System Sciences, 2018, 18(4): 1141-1158.
  4. Abe O, Xu J, Liu J, et al. Shear strength of natural and artificial depth hoar layers[J]. ISSW 2006 proceedings, Marmot, CO, 2006: 7-14.



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