朱志强, 王 飞, 王东海, 刘 石, 贾春佳, 赵晨琼, 吕克宁

(1.哈尔滨体育学院 学院办公室,黑龙江 哈尔滨 150008;2.哈尔滨体育学院 休闲与社会体育学院,黑龙江 哈尔滨 150008;3.哈尔滨体育学院 冰雪体育产业发展设计研究中心,黑龙江 哈尔滨 150008;4.哈尔滨体育学院 科学研究中心,黑龙江 哈尔滨 150008;5.哈尔滨体育学院 人事处,黑龙江 哈尔滨 150008;6.哈尔滨体育学院 体育健康与人文学院,黑龙江 哈尔滨 150008)

1 研究缘起

2016年,习近平总书记分别视察了北京冬奥会的张家口赛区和北京赛区,对有序做好赛会运行保障等提出了明确要求[1]。不同的温度、湿度、风速和风向等气象因素对冬奥会和冬残奥会的不同场地、比赛项目均会形成挑战,因此,气象资料分析对顺利举办2022年北京冬奥会及冬残奥会的作用巨大。目前,国内外相关研究一直比较关注气象与冬季赛事的关系,如天气对奥运会的影响范围包括奥运会准备、开幕式、闭幕式、户外比赛、观众舒适度、交通和电视广播等[2]。赛场气象条件是决定冬奥会举办成功与否的关键因素之一[3]。滑雪场建设中涉及的气候因子包括积雪、水资源和自然灾害[4]。在索契冬奥会中,降水的强度、类型和开始与结束时间,云的基础高度、能见度,跨越0 ℃的空气温度和阵风等都是关键性气象因子[5]。2010年温哥华冬季奥运会和冬残奥会举行期间,天气对场馆构成了严重威胁,而天气状况的预测能帮助奥运会组织者减轻可能的不利后果[6-7]。因此,应增加滑雪场地等相关气象要素和积雪参数的观测[8]。实际上,奥运赛事的天气预报强烈依赖于复杂的地理、地形等[9],而人工造雪应适应水和温度条件[10],在此情况下,获得的高分辨率造雪相关数据可为制定相关政策提供参考[11]。此外,由于冬奥会期间需要大量人工造雪,因此,需要警示相对的高温对人工造雪雪质的影响[12]。综上,相关研究揭示了奥运会赛事与气象条件的内在关系,诠释了奥运会筹办期间进行相关气象数据分析的重要作用。

2022年北京冬奥会雪上项目涉及3大场地:①延庆赛区,将主要举办高山滑雪和雪车雪橇比赛;②崇礼古杨树赛区,将举办冬季两项、越野滑雪、跳台滑雪和北欧两项的比赛;③云顶赛区,A场地将承担自由式滑雪和单板滑雪比赛项目,B场地将举办自由式雪上技巧项目和自由式空中技巧项目[13]。结合冬奥会和冬残奥会场地具体情况,本文首先根据赛事要求及气象规律特点,将整个冬季的有效工作时间划分为不同的“窗口期”,再针对各气象站点数据进行分析,最终形成针对不同“窗口期”和比赛项目的应对建议,为今后各雪季正确分析冬奥会相关气象数据奠定基础,为我国成功举办2022年冬奥会及有效应对气象风险提供参考。

2 资料来源、研究方法与条件设定

2.1资料来源研究所需气象资料来源于冬奥会场地的相关气象监测点,选择时主要依据2个条件:①2016—2017年雪季已设气象监测站点的有效数据;②不同比赛项目所属代表性气象站点的特定时期气象数据。具体气象资料涉及14个站点,相应分析条件及海拔站点位置分布如表1、图1～3所示。

表1 各“窗口期”与场地对应气象资料选择

图1 小海坨气象站点位置Figure 1 Location map of meteorological stations in Xiaohaituo

需要说明的是:①2016年相关部门才开始陆续对相关场地进行气象监测,因此,2016—2017年雪季之前的气象数据未形成,并且2016—2017年雪季的气象数据也存在个别场地缺失的情况,但重点位置都已设立气象站,不影响对赛区整体气象数据的分析与判断;②延庆赛区现有气象数据站点为高山雪场1、2、4、7号站,但由于现有4个气象站点为新建站,气象数据仅从2016年2月7日开始采集,因此,本文无法进行造雪时期等相关条件的气象数据分析,但可参考小海坨1站数据进行判断。

图2 古杨树和太舞气象站点位置

Figure 2 Location map of meteorological stations in Guyangshu and Taiwu

图3 云顶气象站点位置Figure 3 Location map of meteorological stations in Yunding

2.2研究方法

2.2.1 实地调查法 先后对延庆奥运会高山雪场、石京龙雪场和崇礼太舞滑雪场、云顶滑雪场等场地进行实地调研,了解滑雪场地及周边区域的实际情况,形成对滑雪场地与气象站点分布的区位关系判断,尤其掌握2022年冬奥会中相关场地的实际建设情况以及相关气象站点的数据监测类别。

2.2.2 数据分析法 对各站点的大量数据进行筛选与分析,具体分析依据研究中设定的不同条件,如不同窗口期与不同区域比赛项目所需的温度、湿度、风速及风向等。此外,在风速和风向上因各站点采集数据不同,将根据不同站点的具体数据(如2 min风速或极大风速等)进行相应分析。

2.2.3 系统分析法 由于相关气象数据分析较复杂,不仅涉及一个赛场的不同时间,还涉及不同比赛项目所限定的不同气象条件,整体分析难度和系统性更强。因此,本文从系统角度,对冬奥会及冬残奥会场地、比赛、气象及最终应对措施形成判断。

2.3研究条件设定

2.3.1 “窗口期”设定 根据2022年冬奥会及冬残奥会具体举办时间,并结合赛事的运行准备,本文划定2021年10月—2022年3月为冬奥会的“窗口期”,具体分为5个部分:“造雪窗口期”“运行窗口期”“冬奥会竞赛窗口期”“竞赛间隔期”“冬残奥会竞赛窗口期”,其相应时间如图4所示。由于冬奥会各“窗口期”中,造雪窗口期主要会受到风速、温度和湿度的组合因素影响,其中,在一定风速的限定下,造雪需要达到一定的温度与湿度的组合性匹配;“运行窗口期间”“竞赛间隔期”主要涉及保雪工作和赛前准备工作,会受到温度的影响,如温度过高雪道融化等;“冬奥会竞赛窗口期”“冬残奥会窗口期”主要会受到风速、风向和温度的影响,如飓风及具体方向会影响比赛,温度对雪道雪质产生影响等。因此,本文将针对各窗口期的主要气象影响因素进行重点分析。

图4 2022年冬奥会雪务保障工作“窗口期”

Figure 4 “Window period” for snow service in 2022 Winter Olympic Games

2.3.2 造雪条件设定 人工造雪是保障冬奥会场地条件的重要手段。人工造雪与气象条件的关系比较复杂,目前已形成的造雪条件判断主要涉及温度与湿度的匹配[12-14]。因此,本文结合已有研究及实践调研,设定4种适合造雪的条件(表2)。对该造雪条件的设定主要以保证造雪质量为前提,同时也是对造雪成本综合考虑后形成的条件判断。其中,当风速小于10 m/s时对造雪将不会产生不利影响[15-18],此时在各温度条件范围内,满足相应的湿度约束条件即可以进行造雪。

表2 适宜人工造雪的气象条件

3 结果与分析

3.1延庆小海坨1站相关气象数据分析延庆赛区高山雪场将承担高山滑雪的相关赛事,赛场主要包括6条雪道,分别为速降雪道、超级大回转雪道、回转雪道、大回转雪道、连接雪道和热身雪道[19]。小海坨1站位置是距离高山雪场雪道较近的气象站点,是目前延庆赛区拥有气象资料最早、最完整的气象站点。

3.1.1 各窗口期基本温度、湿度情况 根据小海坨1站的相关气象资料,各窗口期的基本温度、湿度情况如表3所示。其中,“造雪窗口期”温度在-5 ℃以下的时间居多,高温主要集中在造雪期开始的短时间内。“运行窗口期”温度都已在0 ℃以下,对赛事运行准备工作具有有利条件。“冬奥会竞赛窗口期”温度虽然已存在超过0 ℃情况,但时间较短不会对比赛造成较大影响。“竞赛间隔期”中,温度存在超过0 ℃情况,对冬残奥会保雪工作形成一定影响。“冬残奥会竞赛窗口期”温度超过0 ℃情况显著增加,对保雪工作形成一定挑战。相对湿度多聚集在20%以上,主要是由于一天中温度的变化引起相对湿度变化。

表3 小海坨1站基本温度、湿度情况

3.1.2 “造雪窗口期”造雪条件及各窗口期风速 冬奥会造雪期间,风速大于10 m/s时将不适宜造雪,小海坨1站点“造雪窗口期”中适合造雪的时间为373 h,占总时间的25%。在整体上,该“造雪窗口期”中适宜造雪的时间相对充足。虽然造雪时间零散分布,但具体时段倾向于白天。

该站点各窗口期2 min风速都超过25 m/s,其中,“造雪窗口期”适宜造雪的时间仅占总时间的48%,不适宜风速时间多分布在9:00之前和18∶00以后,风向以西北风为主。“运行窗口期”中,2 min风速在10 m/s左右的时间基本相同。“冬奥会竞赛窗口期”2 min风速大于10 m/s的时间主要聚集在夜间和凌晨,风向以西北风为主。“竞赛间隔期”中2 min风速普遍集中在5～10 m/s。“冬残奥会竞赛窗口期”当风速大于9 m/s并且温度低于-15 ℃时,或在不考虑风速仅温度低于-20 ℃时不适宜进行比赛,具体不适宜时间主要集中在夜间和早晨,风向以北东北风和西北风为主。

3.2延庆长虫沟1站相关气象数据分析该站点处于高山雪场滑雪赛道下方,对其进行分析将对高山雪场举办相关比赛有一定的借鉴意义,尤其是对冬残奥会期间的相关气象风险应对有重要的参考价值。

3.2.1 各窗口期基本温度、湿度情况 根据长虫沟1站的相关气象资料,各窗口期间的基本温度、湿度情况如表4所示。

表4 长虫沟1站基本温度、湿度情况

其中,“造雪窗口期”整体温度在-10～5 ℃的范围居多。“运行窗口期”温度已存在超过0 ℃情况,但未形成较大影响。“冬奥会竞赛窗口期”温度超过0℃情况明显增多,应考虑0℃以上情况对竞赛产生的影响。“竞赛间隔期”温度整体升高明显,对冬残奥会保雪工作形成一定挑战。“冬残奥会竞赛窗口期”温度超过0 ℃情况增多,应充分考虑0 ℃以上气温的不利影响,做好雪务保障工作。相对湿度在10 %～99 %,主要是由于1天中温度的变化引起了相对湿度的变化。

3.2.2 造雪窗口期造雪条件与各窗口期风速 该站点造雪期间,2 min风速都小于10 m/s,适宜造雪的温度、湿度时间为480 h,占总时间的32%,略大于小海坨1站。适宜造雪的时间分布在1天中不同时段,造雪时间整体上基本均衡。

“造雪窗口期”2 min风速最大未超过10 m/s,风速整体适宜造雪。在“运行窗口期”,2 min风速都在8 m/s以内,对保雪工作影响不大。“冬奥会竞赛窗口期”2 min风速最大在6 m/s以下,整体对竞赛不会产生较大影响。“竞赛间隔期”2 min风速最大在8 m/s以内,风速普遍集中在1～5 m/s。“冬残奥会竞赛窗口期”2 min风速都在7 m/s以内,对冬残奥会比赛影响不大。

3.3延庆高山雪场站相关气象数据分析

3.3.1 各站点窗口期基本温度、湿度情况 根据高山雪场1、2、4、7号站的已有气象资料,各窗口期的相应温度、湿度情况如表5所示。

表5 高山雪场基本温度、湿度情况

其中,“冬奥会竞赛窗口期”1、2、4、7号站温度变化都已存在超过0 ℃情况,1、2号站温度在0℃以下情况较多,对竞赛运行影响不大;而4、7号站温度超过0 ℃时间较长,对竞赛将产生一定影响。“竞赛间隔期”4个站点的温度都存在超过0 ℃情况,对冬残奥会保雪工作形成一定挑战。7号站在“冬残奥会竞赛窗口期”中温度超过0 ℃情况显著增加,要充分考虑0 ℃以上气温的不利影响,做好雪务保障工作。4个站点各窗口期的相对湿度变化范围分布较广,湿度都随温度升高逐渐升高。

3.3.2 各站点窗口期风速情况 “冬奥会竞赛窗口期”中,1、2、4、7号站点极大风速整体上普遍都超过10 m/s,其中1号站极大风速超过10 m/s比例较多,属于不适宜风速,个别时段风速超过30 m/s属于暴风,该不适宜风速在1天中分布较均匀,风向以西北风为主。2号站极大风速超过20 m/s,极大风速大于10 m/s时间主要聚集在夜间和凌晨,风向以西北风为主。4号站极大风速超过12 m/s,极大风速大于10 m/s时间仅分布在个别时段,影响不大。7号站极大风速大于10 m/s的时间也仅分布在个别时段,影响不大;同时该站点“冬残奥会竞赛窗口期”极大风速存在大于9 m/s并且温度低于-15 ℃情况,对冬残奥会比赛将形成不利影响,但时间不长,仅分布在个别时期的夜间和凌晨,风向以西西北风为主。

3.4张家口太舞站相关气象数据分析太舞气象站点属于崇礼赛区,该赛区将举办冬季两项、越野滑雪、跳台滑雪和北欧两项4个分项的比赛,太舞站相关气象分析将主要针对5个窗口期分别进行。

3.4.1 各窗口期基本温度、湿度情况 根据太舞站的相关气象资料,各窗口期的基本温度、湿度情况如表6所示。

表6 太舞站基本温度、湿度情况

其中,“造雪窗口期”温度在-15～5 ℃的时间居多,高温主要集中在“造雪期初期”。“运行窗口期”温度大部分时间都在0 ℃以下,整体温度波动较大。“冬奥会竞赛窗口期”温度已存在超过0 ℃情况,应考虑0 ℃以上温度的不利影响。“竞赛间隔期”温度也存在超过0 ℃情况,对冬残奥会保雪工作形成一定要求。“冬残奥会竞赛窗口期”温度超过0 ℃情况显著增加,应充分考虑0 ℃以上气温的影响,做好雪务保障工作。相对湿度多聚集在20%以上,主要是由于1天中温度变化引起相对湿度变化。

3.4.2 “造雪窗口期”造雪条件与各窗口期风速 该站点“造雪窗口期”适宜造雪时间为517 h,占总时间的35 %,不适合造雪时间为955 h,占总时间的65 %。其中,满足适宜条件的可造雪时间主要倾向于夜间及凌晨。

各窗口期极大风速都存在超过10 m/s的情况,但该风速最大未超过20 m/s。其中,太舞站“造雪窗口期”不适宜风速较少,且以零星单日出现情况较多,风向以西北风为主。“冬奥会竞赛窗口期”极大风速大于10 m/s的时间多呈现单日多时段分布特征,风向以西北风为主。“冬残奥会竞赛窗口期”极大风速大于10 m/s的时间分布多呈连续时段,风向以西北风为主。

3.5张家口云顶站相关气象数据分析云顶赛区将分别承担自由式滑雪和单板滑雪比赛项目,根据具体场地项目情况,研究主要针对山顶站的5个窗口期、山腰站和山底站的3个窗口期:(“冬奥会竞赛窗口期”“竞赛间隔期”和“冬残奥会竞赛窗口期”)分别进行分析。

3.5.1 山顶站

(1)各窗口期基本温度、湿度情况。根据山顶站的相关气象资料,各窗口期间的基本温度、湿度情况如表7所示。

表7 山顶站基本温度、湿度情况

其中,“造雪窗口期”高温主要集中在造雪期开始的一段时间内。“运行窗口期”温度都已在0 ℃以下,对赛事运行准备有利。“冬奥会竞赛窗口期”温度已存在超过0 ℃情况,但时间较短,影响不大。“竞赛间隔期”温度都在0 ℃以下,对冬残奥会保雪工作形成一定挑战。“冬残奥会竞赛窗口期”温度基本在0 ℃以下,应考虑0 ℃以上气温对冬残奥会的影响,做好雪务保障工作。在相对湿度上,该站点整体相对湿度变化范围分布较广,主要是由于1天中温度变化引起相对湿度变化。

(2) “造雪窗口期”造雪条件与各窗口期风速。在极大风速限定为10 m/s以下时,该站点“造雪窗口期”可造雪时间为237 h,占总时间的15%,适宜造雪条件的时间多出现在夜间,凌晨次之,整体天数分布基本均衡。

各窗口期极大风速普遍较大,都超过20 m/s。其中,“造雪窗口期”适宜造雪时间主要集中在9∶00—18∶00,风向以南南西风、西南风为主。“冬奥会竞赛窗口期”风速大于10 m/s或温度低于-25 ℃时,不适合进行比赛,山顶站该情况不适合比赛的时间主要聚集在夜间和凌晨,风向以西南西风为主。山顶站“冬残奥会竞赛窗口期”不适宜比赛情况则集中在夜间和早晨,风向集中在西北西风和南风之间。

3.5.2 山腰站和山底站

(1) 相应温度、湿度情况。根据相关气象资料,山腰站和山底站各窗口期的基本温度、湿度情况如表8所示。

表8 山腰站和山底站基本温度、湿度情况

其中,山腰站和山底站“冬奥会竞赛窗口期”温度都已存在超过0 ℃情况,但时间较短,对竞赛运行影响不大。“竞赛间隔期”2个站点的温度也存在超过0 ℃情况,对冬残奥会保雪工作形成一定挑战。2个站点“冬残奥会竞赛窗口期”温度超过0 ℃情况增多,要充分考虑0 ℃以上气温对冬残奥会的影响,做好雪务保障工作。相对湿度中,山腰站湿度普遍在40 %以上,山底站湿度普遍在30 %以上,都是由于温度变化引起了相对湿度的变化。

(2) 相应窗口期风速情况。山腰站“冬奥会竞赛窗口期”极大风速大于10 m/s的时间主要出现在个别日期,风向主要在北北西风和西北西风间。“冬残奥会竞赛窗口期”不适宜气温、风速的时间并不多,整体时段分布基本均衡,风向集中在北北西风和西北西风间。山底站“冬奥会竞赛窗口期”不适宜比赛时间多分布在白天,风向集中在北风和北北西风间;“冬残奥会竞赛窗口期”不适宜比赛时间主要分布在9:00—17:00,风向集中在北北西风和北风间。

3.6张家口古杨树站相关气象数据分析古杨树赛区主要进行冬季两项、越野滑雪、跳台滑雪和北欧两项4个分项的比赛。“冬奥会竞赛窗口期”该站点气象监测时仅对风速、风向进行了数据采集,具体数据如表9所示。

表9古杨树各站点2min风速和极大风速

Table9MinutesofwindspeedandmaximumwindspeedateverysiteofGuyangshu

古杨树气象站点2 min风速超过4 m/s极大风速超过4 m/s比例/%时间/h比例/%时间/hK站点1355161起跳点站31569299山顶站6628693403山顶中站2859254

其中,K点站2 min风速主要集中在1～4 m/s,但极大风速超过了12 m/s。个别日期极大风速全天超过4 m/s,对竞赛将造成一定影响,风向多集中分布在西北西风至北北西风间。起跳点站2 min风速最大值超过4 m/s,极大风速超过了14 m/s,对竞赛将造成一定影响,极大风风向多集中分布在西南风及西北风间。山顶站2 min风速最大值超过4 m/s,接近15 m/s,极大风速超过了20 m/s。该站点极大风速大于4 m/s时间较多,对竞赛将造成严重影响,风向多集中分布在西北风及西风之间。山顶中站2 min风速最大值超过4 m/s,接近7 m/s,极大风速超过了13 m/s,对竞赛将造成一定影响,风向集中分布在西北风至北风间。

4 结论与建议

(1) 延庆小海坨1站适宜造雪时间占总时间的25%,在风速影响下造雪有一定压力;“运行窗口期”“冬奥会竞赛窗口期”“竞赛间隔期”温度都较理想,但应采取必要的防风和覆盖措施;采取错时造雪、避开不利时间比赛等办法应对不利风速。

(2) 延庆长虫沟1站适宜造雪时间占总体的32%,造雪时间间隔出现,应充分利用;“冬奥会竞赛窗口期”“竞赛间隔期”“冬残奥会竞赛窗口期”温度升高,温度整体高于小海坨1站,对赛场雪道形成一定影响,应采取制冷保雪或覆盖赛道等措施;风速对各窗口期的影响不大,但不排除极大风速会对各窗口期产生不利影响。因此,应根据后期监测数据进行有效判断。

(3) 针对延庆高山雪场 1、2、4、7 号站已有气象资料分析发现,极大风速将是该赛区的重要影响因素。其中,1号站和2号站因海拔较高,受极大风速影响最严重,风向以西北风为主。为防止侧风、顺风对竞赛产生的不利影响,应形成挡风措施或选择傍晚等风速较低时段进行比赛;为避免大风天气对造雪产生影响,应考虑在造雪区域形成必要的阻拦。

(4) 太舞站适宜造雪时间占总体时间的35%,具体分布倾向于夜间和凌晨,应充分利用造雪时间。“冬奥会竞赛窗口期”“竞赛间隔期”“冬残奥会竞赛窗口期”温度逐渐升高,对雪道形成一定影响,应采取增加雪道铺雪厚度、局部储雪等措施。该站点极大风速对造雪及竞赛影响不大,但仍应监测并系统判断。

(5) 云顶赛区山顶站适宜造雪时间占总体时间的15%,极大风速较高,对造雪将产生不利影响;山顶站、山腰站和山底站在“冬奥会竞赛期”“冬残奥会竞赛期”都存在“极端风速”和“低温”情况,将对技巧类项目和单板类比赛等产生严重影响,需要形成防风遮挡措施。山腰站和山底站在“冬奥会竞赛期”“冬残奥会竞赛期”温度超过0 ℃情况增多,应采取增加雪道铺雪厚度、局部储雪等有效应对举措。

(6) 古杨树赛区整体受大风影响严重,其中山顶站受极大风速影响最大,起跳点站、山顶中站和K点站受风速影响依次降低。为保障比赛应形成持续性风速监测,并采取防风遮挡或种植防风灌木、树木等应对措施。为防止极大风速对跳台比赛的影响,可考虑选择夜间或风速适宜时段进行比赛。

(7) “造雪窗口期”的相关湿度、温度等气象条件对造雪能力及效率会形成一定挑战,造雪中可以在赛道采用“梯度造雪”,但应以各气象站点气象数据为依据,并充分考虑赛道小环境的具体限制。由于各赛区“山顶”区域风速较大,对索道运行也会产生不利影响并间接影响比赛,因此,在索道设计及安装时应充分考虑不利风速的影响。