踏雪逐夢，我國如何實現(xiàn)“用雪自由”

作為一支特殊的“無名英雄”團隊——北京冬奧會雪務(wù)保障攻關(guān)團隊，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)，科研團隊歷經(jīng)20天，聯(lián)合北京冬奧組委場館運行中心等造出約7 000立方米的雪，做到有備無患。

然而，很少有人知道，由于我國在人造雪方面的研究起步較晚，國內(nèi)賽道雪務(wù)技術(shù)幾乎空白，同時國外在這方面對中國進行技術(shù)封鎖，使得中國無法拿到賽道用雪的參數(shù)標準。在2016年以前，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)標準都無從得知。

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，北京冬奧會雪務(wù)保障攻關(guān)團隊正式組建，誓要制造出中國人自己的冰狀雪。

5年前接到冬奧會雪務(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，他只有“這很重要”的模糊認知，了解并不多，所有嘗試都要從“零”做起。

“這里面的奧秘，需要我們花大力氣去破解。”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。

隨著北京冬奧會籌備工作的有序推進，各方的期待讓雪務(wù)保障攻關(guān)團隊感受到了沉甸甸的壓力，他們選擇迎難而上。

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”。

科研人員的第一步，首先要和冰雪親密接觸起來。2017年末，王飛騰和團隊成員在瑞士考察學(xué)習(xí)時，當(dāng)?shù)匮芯咳藛T踩在滑雪板上自由穿梭的身影，給他們留下了深刻印象。回國后，他和團隊不少成員主動學(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)，又能親身感受運動員在不同雪道上的體驗”。

每天早出晚歸，足跡遍及國內(nèi)大大小小的滑雪場，經(jīng)歷了一次次的跌打損傷，科研人員很快就練就了一身拿得出手的滑雪技術(shù)，“有人都能背著設(shè)備、倒著滑雪”。

和雪親密接觸，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。

依過去的傳統(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)演變的過程，獲取數(shù)據(jù)的同時幫助精準補雪。

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)。

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)都是一樣相對完美，類似于一條雪上“高速公路”。

研究團隊輾轉(zhuǎn)在哈爾濱、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。

在不計其數(shù)的實驗中，低于-20 ℃的氣溫，高達20米/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。”

盡管條件艱苦，研究團隊還是咬牙堅持了下來。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”。

經(jīng)歷了成百上千次的試驗后，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)判定量化標準，研發(fā)的冰狀雪賽道專業(yè)監(jiān)測設(shè)備、冰雪硬度測量儀和冰雪粒徑測量儀等，相較進口儀器，成本更是大大降低。

之后，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。

按照以往歐洲的做法，在春天的時候，把雪盡可能地堆到一起，然后覆蓋起來，這樣可以把上一個雪季30%～50%的雪保留下來，提前用于下一個雪季。這顯然不夠經(jīng)濟，雪務(wù)保障攻關(guān)團隊希望得到一個性價比更高的方案。

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降低雪堆融化的速率。當(dāng)外界氣象條件一定時，相同體積下，越小的雪堆表面積意味著越少的雪堆熱量，即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，想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。

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。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。

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