◆ 北京冬奥会是首次在温差较大、少雪的大陆性季风气候区举办的冬奥会，比赛时间又在气温回暖的2月至3月，对赛道雪质及应急保障方案提出了更高的要求
◆ “我们不仅掌握了开展不同气候条件下属地化的冰状雪赛道制作技术，而且还研发了冰状雪赛道专业监测设备。”
◆ 反复试验后，团队确定“土工布+泡沫塑料”储雪方案的经济性和实用性最好
◆ “很少有人能想到原来雪还能够储存起来。我们的高效储雪技术不仅能够直接服务于北京冬奥会，而且这一技术还有效减缓冰川消融，延长了冰川‘寿命’。”
冰与雪是历届冬奥会的“灵魂”。有这样一批科技工作者，五年来，他们踏雪逐梦，造雪、保雪、储雪……不断用科技创新，持续为北京冬奥会服务，成功打造了属于中国人自己的冰状雪赛道，研发了高效储雪技术，实现了绿色环保的“用雪自由”。这些新技术不但为“后冬奥时代”实现三亿人参与冰雪运动提供了技术支撑，且为我国的冰川保护提供了新的可能。
国际竞赛尤其是冬奥会的比赛中，造雪工作是保障滑雪竞技项目顺利进行的关键。但这些比赛用雪目前主要依靠人工造雪。一方面，人工造雪可控性强，只要温度低于零摄氏度，造雪机就可以正常工作且时间可控。另一方面，人工造雪适用场景丰富，可满足不同比赛场地需求，适合大多数雪上比赛项目。因此，雪务保障工作是历届冬奥会最核心的工作之一，决定着赛事质量。2010年温哥华冬奥会遭遇暖冬，雪务保障短板使得比赛问题连连。当年1月温哥华平均气温较往年偏高3摄氏度，临近比赛时，组委会不得不动用多种大型设备远距离调雪，然而“远雪难解近渴”，高山滑雪赛事改期，速滑、单板滑雪等比赛不得已推迟。我国冰雪科研起步晚，举办国际高水平冰雪赛事可供借鉴的经验少，尤其此次又是我国首次举办冬奥会，秉持为全世界运动员提供良好赛事体验的初衷，雪务保障难题成为不得不突破的挑战。为应对这一挑战，2017年，在中国科学院院士、中国科学院冰冻圈科学国家重点实验室名誉主任秦大河带领下，我国正式组建北京冬奥会赛事用雪保障关键技术研究团队（以下称“雪务攻关团队”）。中国科学院西北生态环境资源研究院、北京师范大学、中国气象科学研究院、哈尔滨体育学院和云顶滑雪公园等科研院校和相关滑雪行业企业均参与其中。雪务攻关团队骨干、西北研究院研究员王飞腾介绍，北京冬奥会是首次在温差较大、少雪的大陆性季风气候区举办的冬奥会，面临气象条件不利、冬春交替期容易出现极端天气等不利情况。比赛时间又在气温回暖的2月至3月，有可能出现雪道融化、造雪机工作难度大等问题，加之高温和降雨等极端天气概率增加，这些都对赛道雪质及应急保障提出了更高的要求。
▲ 2021年12月，王飞腾（后排左四）和团队成员在国家高山滑雪中心做冰状雪赛道制作试验 受访者供图
长期以来，雪务保障核心技术被国外垄断，国外技术团队虽在储雪等工作上拥有成熟的方案，但其方案聚焦于高纬度地区，缺乏中低纬度的实践探索。“我国冰雪科研起步较晚，就连我们这些长期从事冰川研究和保护的科技工作者，包括冰状雪赛道等在内的很多概念也是第一次听说。”王飞腾告诉《瞭望》新闻周刊记者，受雪务保障技术制约，我国教练团队难以及时掌握雪道关键参数，这也会影响运动员技战术水平、比赛成绩。同时，雪上项目是北京冬奥会的重头戏，关系到本届冬奥会的成败，对我国建设体育强国战略目标具有重大意义，雪务保障工作可谓压力巨大。我国科研团队不惧挑战，自2017年起，雪务攻关团队开始进行造雪、保雪、储雪等研发工作。他们立下“军令状”，为本届冬奥会提供风险防范和不利气象条件下的赛道雪质和雪源保障预案，并服务于技战术训练。同时，抓住冬奥会举办机遇，跟踪学习国际先进技术，以雪务保障关键技术突破为基础，研发适合中国冰雪产业发展的雪务保障一体化解决方案。
由于滑雪场赛道有阳坡、阴坡之分，一旦遭遇高温天气，阳坡雪道融化加速，将直接影响比赛体验和质量，因此历届冬奥会赛场都高度重视雪道状况预测和雪质风险防范。雪务攻关团队骨干、北京师范大学教授效存德介绍，雪质硬度、密度和含水量等参数同样会影响比赛。过去，滑雪场依靠雪上巡视员进行人工观察，一般到了下午或晚上就要补雪，但这样耗时耗力且不够精确。如今，雪务攻关团队在北京冬奥会张家口赛区云顶滑雪公园建立了密集的气象观测网络，结合雪道雪质数据等关键参数，研发了雪质监测和预报技术，构建了赛道雪质等级判别模型。北京师范大学副教授殷水清表示，以前能预测到公里级分辨率的雪道情况就很不错了，现在利用他们的技术，可以对未来72小时百米级的雪道不同位置的气象条件如风和温度进行准确预报，也可以模拟和预报赛道雪质随时间动态演变过程。该模型在2021年测试赛赛道雪质风险等级评估中得到应用，并发布了一系列雪质分析报告，完成的“滑雪场赛道雪质模拟预报软件”的研发，已获得软件著作权。雪质监测和预报技术的成功研发，不仅为雪务攻关团队后续工作打下坚实的基础，给大家吃上了“定心丸”，也让该团队更有信心应对从未听说过的冰状雪赛道挑战。中国气象科学研究院研究员丁明虎介绍，冰状雪赛道指的是滑雪场雪质的一种形态，其表面有一层薄的硬冰壳，用于减小赛道表面对于滑雪板的摩擦力，相当于高山滑雪、大回转等项目的“高速公路”。国外冰状雪赛道比较多且技术相对成熟，但国内较少。据了解，造雪机造出来的雪密度通常在0.1克至0.4克每立方厘米，而冰状雪密度需要达到0.65克每立方厘米，大于这个密度雪就会变成冰。高质量的冰状雪赛道对提高运动员的成绩及滑雪的舒适感、保护运动员的身体十分重要。冰状雪的制作过程看似简单，铺雪、注水就行。但铺多少厚度的雪，隔多长时间注水等都没有具体参数。为了成功打造属于中国人自己的冰状雪赛道，在北京冬奥会组委会协调下，雪务攻关团队于2019年至2021年，在黑龙江亚布力滑雪场、云顶滑雪公园和国家高山滑雪中心等场地进行冰状雪制作试验。试验区气温一度达到零下二十多摄氏度，寒气摄人，王飞腾和丁明虎等20多名团队成员奋战在一线，一干就是10多个小时。“身体寒冷，但心里是热的，”王飞腾说，“想想我们从事的点滴工作都直接服务于北京冬奥会，吃多少苦、受多少累都值得。”克服了巨大的心理压力、顶住了恶劣的气候环境，雪务攻关团队所有成员心往一处想，劲往一处使。铺雪、注水、压实、测量、分析……在成百上千次不同注水技术与压实方法的现场试验中，团队获得了一组又一组数据，通过对比，确定了最适合当地的冰状雪制作方案。当首次成功制作出冰状雪赛道时，团队成员欢呼鼓掌的样子王飞腾至今难忘。王飞腾告诉记者：“我们不仅掌握了开展不同气候条件下属地化的冰状雪赛道制作技术，而且还研发了冰状雪赛道专业监测设备，如冰雪硬度测量仪和冰雪粒径测量仪。”本刊记者了解到，冰雪硬度测量仪和冰雪粒径测量仪是检测冰状雪赛道最重要的仪器，用于检测人工造出来的冰雪硬度是否达标、雪粒是否均匀。过去，这些专用仪器以进口为主，且价格昂贵。雪务攻关团队创新的技术不仅大幅压缩了成本，还有助于不断完善冰状雪赛道技术要求规范，为“后冬奥时代”的滑雪赛道提供可供借鉴的范式。
五年来，在秦大河院士带领下，雪务攻关团队争分夺秒，研发了高效储雪技术，实现了绿色“用雪自由”。雪还能被储存下来？雪务攻关团队用实践给出肯定答案：是的！吸取历届冬奥会经验教训，雪务攻关团队决定用储雪技术来防范气温升高导致的用雪风险。王飞腾告诉本刊记者，他们尝试冬天气温低时，提前造好雪，并通过相关工艺将雪储存起来，以备不时之需。在“赛事用雪保障关键技术研究与应用示范”专项支持下，团队在延庆石京龙滑雪场开展储雪试验。2017年，经过一个夏季的“考验”，60%左右的雪被成功储存。王飞腾介绍，他们将自然雪堆放到一起，形成山丘的形状。根据不同的气象条件，结合太阳光照射率等参数，利用“土工布+秸秆”“土工布+锯末”“土工布+泡沫塑料”等进行储雪覆盖。反复试验后，团队确定“土工布+泡沫塑料”储雪方案的经济性和实用性最好。目前，该团队打造的技术成熟的储雪方案已在国内多个滑雪场进行了技术示范，并有力保障了去年5月在新疆阿勒泰举办的国际雪联越野滑雪积分系列赛。这是国内首次在零摄氏度以上温度条件下举行的专业比赛。此次储雪方案的成功尝试也宣告着冬奥会的“提前演练”顺利完成。在气温高达二十多摄氏度情况下，雪道依然“冰清玉洁”，环绕在白色雪道周边的大山绿意盎然。“很少有人能想到原来雪还能够储存起来。我们的高效储雪技术不仅能够直接服务于北京冬奥会，而且这一技术还能有效减缓冰川消融，延长了冰川‘寿命’。”王飞腾表示。当前全球很多国家对冰川研究主要集中在变化过程、机理和未来变化预估等方面，而在应对冰川消融的工程措施方面，研究相对较少。中国面积小于1平方公里的小冰川很多。一旦小冰川呈现全面消融态势，不加以人工干预，则很难逆转，因此需要科技工作者不断探索新办法，以减缓气候变化对冰川带来的影响。2020年8月，王飞腾和团队成员利用成功研发的储雪方案，在位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内的达古冰川消融区建立了500平方米的试验区。他们利用人工措施，为试验区覆盖了土工布，起到了良好的隔热效果。这一措施能够在冰面阻挡太阳辐射和冰面的热交换，起到减缓冰川消融的作用。试验发现，“盖被子”的地方比不“盖被子”的地方冰的厚度高了一米。王飞腾介绍，高出来的一米就是“盖被子”的效果，说明“盖被子”区域的冰体消融速度减缓。记者了解到，雪务攻关团队今年1月为首钢滑雪大跳台、国家跳台滑雪中心也提供了储雪技术支持。该团队已在首钢滑雪大跳台成功储雪5000立方米，以应对突发天气变化，可以说已为追求精彩、非凡、卓越的北京冬奥会做了万全准备，但该团队更希望冬奥会举办期间“天公作美”，用不上这些储雪。在冬奥会契机下，雪务攻关团队不但储备了核心技术，还培养了我国第一批雪务方向的研究生、滑雪场技术骨干，也为“后冬奥时代”我国冰雪产业发展按下快进键。比如储雪等技术在南方滑雪场可以“大显身手”，延长营业时间，带动更多游客参与冰雪运动。但雪务攻关团队也坦言，我国冰雪产业刚起步，取得一定进展，但核心技术的掌握仍需一定时间的消化吸收，建议从“科技冬奥”项目遴选关键技术继续支持，并组建以“科研院所+企业”为主体的冰雪产业科技创新项目，设置专项经费，持续推动三亿人参与冰雪运动。
原题丨北京冬奥冰雪保障之秘
刊于《瞭望》2022年第4期