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【中国科学报】从“零下”开始打造雪界“冰墩墩”

2022-02-14 中国科学报 卜叶 甘晓
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王飞腾(左二)在首钢大跳台储雪堆监测雪质变化。中科院西北生态环境资源研究院供图

  北京冬奥会期间,运动员在国家高山滑雪中心展现了高难度动作的魅力,冰状雪赛道功不可没。

  冰状雪赛道用的可不是普通的雪,它们是雪界的“冰墩墩”——被一层薄薄冰壳包裹住的雪,以减小赛道对滑雪板的摩擦。

  雪界“冰墩墩”出自中科院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室雪务保障关键技术攻关团队。同时,他们还历经20天,联合北京冬奥组委等造出约7000立方米的雪,以应对本届冬奥会期间首钢大跳台和国家跳台滑雪中心场馆可能出现的高温、沙尘和降雨等极端天气事件,保证赛道雪质。

  “与往届冬奥会举办国不同,中国所处纬度较低,以往的造雪、储雪技术不能照搬,必须研发一套适合中国国情和气候特征的新技术。”中科院院士秦大河告诉《中国科学报》。

  临危请命

  2015年,中国刚成功申办冬奥会的那个冬天,秦大河就带领团队对中国的滑雪场进行深入调研。

  结果并不乐观,中国没有一条合格的冰状雪赛道。由于商业原因,国际上对相关技术进行封锁,我国无法拿到赛道雪质的参数标准。这可愁坏了秦大河。

  国家需要,主动请缨。秦大河立即给北京冬奥组委和国家体育总局写信,希望能够参与此次冬奥会雪冰实用技术的研发。

  2017年,在秦大河带领下,北京冬奥会赛事用雪保障关键技术研究团队正式组建。团队集合了中科院西北生态环境资源研究院、中国气象科学研究院、北京师范大学和哈尔滨体育学院等国内有一定冰雪研究基础的科研力量。

  接到雪务保障攻关任务时,冰冻圈科学国家重点实验室副主任王飞腾还在野外工作,这项攻关任务也改变了他的科研和生活轨迹。夏季来临时,他像候鸟一样“飞”向高山冰川,探索地球上的现代冰川变化;天气转冷时,他又飞向北京冬奥雪场,研制冬奥赛事专用的“冰状雪”。

  给雪穿上冰外衣

  造雪、储雪任务并不是“用造雪机把雪造出来,往雪道上一铺”那样简单,赛事用雪有弹性、湿度、密度要求。

  以雪道“高速公路”——冰状雪赛道为例,王飞腾介绍,冰状雪赛道的表面有一层薄薄的冰壳,用于减小赛道对滑雪板的摩擦力,冰状雪密度需达到0.65克/立方厘米,而造雪机造出来的雪密度小于这一要求。

  因此,冰雪专家就需要给“初雪”穿上一层冰衣,让它变成冰状雪,就像穿透明外壳的冰墩墩那样。冰状雪的制作过程需要铺雪注水,铺多少雪、隔多长时间注水,是王飞腾的攻关关键所在。这可是一项技术活,稍不留神,雪就会变成冰。

  为解决实际应用中的难题,连续3年,研究团队辗转哈尔滨、北京、张家口、阿勒泰等地的滑雪场,进行冰状雪制作试验。

  让雪穿上冰外衣有上百种方法,团队一遍又一遍检测冰雪硬度是否达标、冰雪颗粒是否均匀。

  最终,不同气温条件的冰状雪赛道制作技术被攻克,中国自主打造出冰状雪赛道,从造雪到储雪的技术全部达到国际赛事标准,摆脱了靠天比赛的局限,实现用雪“自由”。

  造一座雪山

  面对逐渐变暖的天气,团队还研究了储雪技术。到底储存多少雪合适?存多了浪费,存少了不够用。“从落地那一刻,雪粒粒径、形状等就时刻变化,雪质变化将对雪道造成致命影响。”中科院西北生态环境资源研究院在读博士生王兴说。

  然而,国内外储雪的研究非常少,涉及文献不超过10篇,国内相关人才也匮乏。研究团队要模拟雪质变化、估算储雪量……可以说,储雪研究在“零下”起步。

  大陆性季风气候、场馆建设工期等的限制并不允许雪长期储存,储雪必须在赛事将近之时进行。随着一座人工雪山屹立在赛道旁,团队又根据不同的气象条件,结合太阳光照射率等参数,选取经济性和实用性俱佳的土工布方案,给雪山盖上“被子”,阻隔热量交换,延长雪的使用寿命。

  “以前团队研究给冰川盖‘被子’,防止冰川消融,如今给雪山盖‘被子’,保障国家和赛事需要。”王飞腾说。

  “我国冰冻圈科学研究有很好的基础和传统,雪务研究为冰冻圈科学的应用研究撕开了一道口子。下一步,团队应当向‘应用冰学’进发,包括为各类冰上体育竞技运动和群众活动提供技术支撑。”秦大河说。

  (原载于《中国科学报》 2022-02-14 第3版 综合)

打印 责任编辑:阎芳

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