中國科技方案造出冬奧會(huì)滑雪天堂
實(shí)現(xiàn)北京冬奧會(huì)“用雪自由”
中國科技方案造出冬奧會(huì)滑雪天堂
北京冬奧會(huì)賽場,條條雪道如白色蛟龍,運(yùn)動(dòng)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(huì)賽事用雪保障關(guān)鍵技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)(以下簡稱“雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊(duì)”),踏雪逐夢。
在不計(jì)其數(shù)的實(shí)驗(yàn)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(duì)員吃盡苦頭。一些去過南極科考的隊(duì)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?!痹谄胀ㄈ苏U玖⒍挤浅@щy的環(huán)境中,他們一連工作10多個(gè)小時(shí);為了節(jié)約時(shí)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(gè)個(gè)像冰雪世界的“野人”。
5年后,這個(gè)團(tuán)隊(duì)成功突破冬奧會(huì)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(duì)一起確保北京冬奧會(huì)“用雪自由”,給世人奉獻(xiàn)了一場綠色、安全、簡約的冰雪盛會(huì)。與此同時(shí),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(huì),雪上項(xiàng)目都是“重頭戲”,會(huì)產(chǎn)生近三分之二的金牌;可與此同時(shí),雪上項(xiàng)目也最容易出問題。因天氣突變,需要臨時(shí)調(diào)運(yùn)人造雪、整修賽道,這就會(huì)導(dǎo)致比賽延期或取消。2010年溫哥華冬奧會(huì)、2014年索契冬奧會(huì)、2018年平昌冬奧會(huì)雪上項(xiàng)目都有狀況出現(xiàn)。
北京冬奧會(huì)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(huì),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(shí)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(duì)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(shí),團(tuán)隊(duì)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(duì)于冬奧會(huì)雪務(wù)保障這個(gè)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(chǔ)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(duì)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(duì)難以及時(shí)掌握雪道關(guān)鍵參數(shù),這也會(huì)影響運(yùn)動(dòng)員技戰(zhàn)術(shù)水平、比賽成績,無疑會(huì)讓北京冬奧會(huì)為全世界運(yùn)動(dòng)員提供良好賽事體驗(yàn)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(bào)技術(shù)”“冰狀雪賽道制作技術(shù)”“高效儲(chǔ)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(duì)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(duì)成員在瑞士考察學(xué)習(xí)時(shí),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(dòng)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(dòng)員在不同雪道上的體驗(yàn)”。
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(duì)在北京冬奧會(huì)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(bào)技術(shù),構(gòu)建了賽道雪質(zhì)等級(jí)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(shí)耗力且不夠精確。經(jīng)過科研團(tuán)隊(duì)大膽探索,通過新技術(shù)應(yīng)用,能對(duì)未來72小時(shí)百米級(jí)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(bào),也可以模擬和預(yù)報(bào)賽道雪質(zhì)隨時(shí)間動(dòng)態(tài)演變過程,獲取數(shù)據(jù)的同時(shí)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(duì)于滑雪板的摩擦力,使高山滑雪等項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)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(gè)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(duì)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(shí)間、水壓,一次次做試驗(yàn),精心打磨。為了讓雪道的各項(xiàng)條件與國際接軌,他們還特意請(qǐng)來一些運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)綠色“用雪自由”
經(jīng)歷了成百上千次的試驗(yàn)后,好消息不斷傳來:“冰狀雪”制作試驗(yàn)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(duì)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(chǔ)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(dòng)儲(chǔ)雪試驗(yàn)。
經(jīng)過反復(fù)研究,科研人員發(fā)現(xiàn),儲(chǔ)雪地點(diǎn)要選在遮陽、低風(fēng)速的位置,以降低外界氣象條件對(duì)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(shí),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(chǔ)雪方案應(yīng)運(yùn)而生??蒲腥藛T舉一反三,設(shè)計(jì)出儲(chǔ)雪堆智能設(shè)計(jì)系統(tǒng),根據(jù)場地的地貌屬性,以影響雪堆設(shè)計(jì)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(chǔ)雪堆最優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
北京延慶石京龍滑雪場室外試驗(yàn)表明,采用該套儲(chǔ)雪技術(shù),大雪堆度過一個(gè)夏天后,儲(chǔ)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(duì)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(shí)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(huì)盛大開幕。
作為一支特殊的“無名英雄”團(tuán)隊(duì),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(jí)判別模型,發(fā)布一系列雪質(zhì)分析報(bào)告。賽事啟動(dòng)后,為應(yīng)對(duì)冬奧會(huì)期間首鋼大跳臺(tái)和國家跳臺(tái)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(duì)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(yàn)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(huì)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(dòng)員的天堂?!?/p>
雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(huì)期間,團(tuán)隊(duì)80多個(gè)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(huì)在“后冬奧時(shí)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(chǔ)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(yàn)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(shí)驗(yàn)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(duì)于一般經(jīng)營性的雪場,雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(duì)雪質(zhì)雪量進(jìn)行調(diào)控,讓雪場提早開放,帶動(dòng)更多游客參與冰雪運(yùn)動(dòng)。
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(duì)?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(dòng)和群眾活動(dòng)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(shí)間的消化吸收。”雪務(wù)保障攻關(guān)團(tuán)隊(duì)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(dòng)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(bào)·中青網(wǎng)記者 王豪 馬富春 來源:中國青年報(bào)
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