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僅僅五六年的時間，一批研究冰川和凍土的中國科學家成為冬奧會雪務保障專家。

他們研發(fā)了經濟高效的儲雪技術，實現(xiàn)冬奧會“用雪自由”;成功造出“冰狀雪”賽道，為高山滑雪提供國產“高速公路”;建立雪質模擬預報模型，賽道雪質變化第一次有了科學依據……

中國科學院冰凍圈科學國家重點實驗室副主任、北京冬奧會賽事用雪保障關鍵技術研究團隊骨干成員王飛騰研究員在接受南方日報記者專訪時說，“通過冬奧會，我們掌握了一整套雪務保障技術，填補了國內研究的空白。”

更重要的是，冬奧會的雪務研究，給這些從事冰凍圈基礎研究的科學家提供了走向應用研究的契機。

挑戰(zhàn)

雪務保障“從零開始”

2015年夏天，北京申辦冬奧會成功。當年冬天，中科院冰凍圈科學國家重點實驗室名譽主任秦大河院士帶領幾個年輕人到張家口的崇禮萬龍滑雪場做雪質觀測。

當時的中國沒有一條合格的“冰狀雪”賽道，這種高山滑雪專用的“高速公路”如何鋪設，技術掌握在外國人手中。

“2015年之前，國內在雪務保障關鍵技術的研究方面十分薄弱，可以說是沒有一篇論文。”王飛騰感慨道，“就連我們這些長期從事冰川研究和保護的科技工作者，對‘冰狀雪’等很多概念也很陌生。”

雪務保障，成為舉辦冬奧會必須突破的挑戰(zhàn)。

2017年，在秦大河的帶領下，我國正式組建北京冬奧會賽事用雪保障關鍵技術研究團隊(下稱“雪務保障團隊”)。中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、北京師范大學、中國氣象科學研究院、哈爾濱體育學院、河北省氣候中心等科研院校和相關企業(yè)參與其中。

“雪務保障工作是歷屆冬奧會最核心的工作。”王飛騰說。

教訓比比皆是：2010年溫哥華冬奧會遭遇暖冬，降雪量銳減，雪務保障短板使得比賽問題連連。當年1月平均氣溫較往年偏高3攝氏度，臨近比賽時，組委會不得不動用多種大型設備遠距離調雪，然而“遠雪難解近渴”，高山滑雪賽事5次改期，速度滑冰、單板滑雪等9次推遲。緊接冬奧會的冬殘奧會更是全部日程重排，沒有一個項目按原定計劃舉辦。

2014年索契冬奧會，吸取溫哥華教訓，提前制定雪務保障計劃，提前一年儲存45萬立方米積雪，確保了賽事所需雪資源。但仍然有2次改期，8次推遲，5次提前。

王飛騰告訴記者，北京和張家口屬于大陸性季風氣候區(qū)，溫差大、少雪;冬奧會和冬殘奧會比賽時間又在氣溫回暖的2—3月，雪道可能融化，造雪機工作難度大;同時，高溫和降雨等極端天氣概率增加，賽道雪質需要一整套的保障方案。

特別是，包括人工造雪、“冰狀雪”賽道制作、儲雪方案等雪務保障的核心技術均被國外壟斷，而且還面臨技術封鎖，無法拿到賽道雪的參數標準。

“此外，受雪務保障技術制約，我國教練團隊難以及時掌握雪道關鍵參數，主要憑借個人經驗指導，技戰(zhàn)術水平科技含量低，影響比賽成績。”王飛騰說，雪上項目是北京冬奧會的“重頭戲”，占金牌總數的70%，關系重大。

為此，從2017年開始，雪務保障團隊開始了新的挑戰(zhàn)。而對于王飛騰來說，這意味著他的科研方向由冰川，部分轉向到冬奧雪場。

突破

成百上千次現(xiàn)場試驗

王飛騰介紹，世界上90%的滑雪場都使用人工造雪;特別是在冬奧會的高山滑雪項目里，幾乎全部要依賴人工造雪。

高山滑雪的回轉、大回轉、跳臺加速等競技滑雪場地，需要“冰狀雪”賽道。

王飛騰介紹，“冰狀雪”的表面保持結晶狀態(tài)，能夠減少摩擦力，是高山滑雪的“高速公路”。“運動員速度非?？?，時速可以達到120至130千米。所以要求雪比較硬，但如果過硬也會帶來安全隱患。”

合適的密度是0.65克/立方厘米。而造雪機造出來的雪密度通常為0.4克/立方厘米，這就需要對雪層進行注水。但怎么注水，誰也不清楚。

為此，中國氣象科學研究院牽頭，在張家口云頂滑雪場、黑龍江亞布力滑雪場和國家高山滑雪中心開展了大量的“冰狀雪”制作試驗，并開展不同氣候條件下，不同注水技術與壓實方法的現(xiàn)場試驗和定量分析。

在成百上千次的現(xiàn)場試驗中，雪務保障團隊獲得了一組又一組數據，通過對比，確定了最適合當地的“冰狀雪”制作方案。

測試結果顯示，國產“冰狀雪”符合國際雪聯(lián)的要求。它鋪設在賽道上，運動員在高速轉彎情況下也能保證雪道表面平整光滑。參賽選手不論第幾個出場，雪道都處于相對完美狀態(tài)，確保了比賽的公平性。

此外，雪務保障團隊還同國內企業(yè)合作，設計出“人工造雪系統(tǒng)智能控制模塊”，確保比賽無論何時出現(xiàn)需求，智能控制模塊都能夠立即調動資源生產出“冰狀雪”。

“這種智能控制模塊，與國內滑雪場常用供水系統(tǒng)和水處理系統(tǒng)是兼容的。這意味著，我們研究的‘冰狀雪’技術不僅能服務于冬奧，也能為國內冰雪運動提供長期支持。”王飛騰說。

團隊成員還發(fā)現(xiàn)，采用國內技術生產的“冰狀雪”，較使用國外常規(guī)技術的運行成本還要低10%以上。

“國外的人工造雪技術壟斷，主要依靠企業(yè)多年來的技術和經驗累積。而我們是建立在大量的研究和測試工作上，研究出一套雪務保障的科學體系。”王飛騰認為，雪務保障團隊在技術研發(fā)和降低成本上堅持精益求精的態(tài)度，是研究能夠獲得成果的關鍵，這也符合北京冬奧組委會“低碳辦奧”的理念。

吸取歷屆冬奧會經驗教訓、規(guī)避用雪風險，冬奧會需要提前儲雪。這也是雪務團隊攻關的重點。

儲雪原理很簡單，就是給雪堆蓋“被子”，把太陽輻射能量反射出去。但“被子”選擇什么材料，需要大量測試。根據不同的氣象條件，結合太陽光照射率等參數，最終，團隊選用了土工織布加聚氨酯泡沫材料，在經濟型和實用性上取得較好的效果。

同時，雪堆堆成什么形狀利于儲雪，團隊也進行了研究，最后開發(fā)出儲雪堆智能設計系統(tǒng)，能夠結合外界條件給出具體應對方案。

利用這些技術，團隊在延慶石京龍滑雪場參與儲雪試驗。2017年，經過一個夏季的“考驗”，60%左右的雪被成功儲存。由雪務保障團隊打造的儲雪方案，也已在國內多個滑雪場進行了技術示范。2021年5月在新疆阿勒泰市舉辦的國際滑雪積分系列賽，正是應用了這一儲雪技術，使得國內首次在0℃以上溫度條件下成功舉辦國際專業(yè)滑雪賽事。

儲雪技術自主研發(fā)成功后，北京冬奧組委會才有底氣放棄昂貴的國外方案。

應用

成果“反哺”冰川研究

2月13日，原定于當日10時和11時進行的北京冬奧會自由式滑雪女子坡面障礙技巧資格賽第1輪和第2輪比賽因遭遇大雪，比賽被迫延期。

雪上項目對氣象條件有特殊的要求，氣溫高于5℃或低于-20℃、強風、過高相對濕度和過大降雪等惡劣天氣，會導致比賽延期甚至取消。近幾日，王飛騰等雪務保障團隊成員都在北京冬奧會張家口賽區(qū)忙前忙后。

雪務保障團隊在本屆冬奧會雪上項目主要的舉辦地——云頂滑雪公園，建立了雪場雪質綜合觀測體系。通過賽道雪質等級判別模型、氣象場降尺度技術和雪質演變模型，團隊能夠根據賽區(qū)內設置的自動氣象站等觀測設備收集數據，模擬和預測雪質因氣候和人為因素影響出現(xiàn)的動態(tài)演變過程。

“除了風力、氣溫等因素外，人為因素也會對雪質產生影響。人工造雪倒在賽道上，需要壓雪車等設備進行進一步加工。壓雪車需要壓幾趟、壓多長時間，模型都能給出準確數據。”王飛騰表示，“這一技術在國際上是首創(chuàng)的。”

在冬奧組委會場地運行團隊和雪務公關團隊的共同努力下，本屆冬奧會滑雪賽道的雪況獲得了國際雪聯(lián)和各國運動員的稱贊。國際雪聯(lián)高山滑雪委員會主席伯恩哈德·魯西日前表示，賽道雪況很好，“甚至可以說沒有辦法更好了來形容”;2月8日衛(wèi)冕高山滑雪男子超級大回轉比賽的奧地利名將邁爾日前也表示，雪道質量“非常優(yōu)秀”，能夠在本屆冬奧會上獲得獎牌“是我職業(yè)生涯的重大一步”。

“2017年期間，國內幾乎沒有一條能夠符合國際滑雪比賽要求的賽道。如今，國內雪務保障關鍵技術不僅實現(xiàn)零的突破，近年來還培養(yǎng)了多名掌握相關技術的碩士和博士，在期刊上發(fā)表了多篇文章，獲得了多項技術專利。”王飛騰感慨。

王飛騰還告訴記者，雪務保障團隊的多項技術突破，不僅能夠對我國冰雪運動的發(fā)展提供有效支持，還能夠“反哺”團隊成員的專業(yè)研究。

2020年和2021年夏季，由王飛騰帶領的科研團隊將本屆冬奧會期間采用的儲雪技術，應用到四川達古冰川的保護工作中。

科研團隊在500平方米的試驗區(qū)冰面上蓋上一層“被子”，有效阻擋太陽輻射和冰面的熱交換，達到阻擋冰川消融的目的。實驗結果顯示，在2個月時間內，“蓋被子”的地方較附近冰面的厚度高出1.2米左右。(記者泠汐王詩堃 實習生鄭濤)