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全球變暖，冰雪消融，冬季運動是否隨之融化？| 圖源：pixabay.com 導 讀 2022年北京冬奧會賽程接近尾聲，即將在2月20日閉幕。四年之后的2026年，奧運健兒們將相聚意大利米蘭。再四年之后，又會在哪兒呢？放眼全球，氣候變暖，冰雪正在消融，冬季運動的未來將會怎樣？冬奧會又將何去何從？ 2022年北京冬奧會賽程接近尾聲，即將在2月20日閉幕。 在這場精彩絕倫的冰雪盛宴上，從一 “墩” 難求的冰墩墩到憨態可掬的雪容融；從 “絲帶飛揚，連通世界” 的冰絲帶到蜿蜒起伏、靠山靜臥的雪如意，無不令人感到驚艷。作為歷史上首個同時舉辦夏季奧運會與冬季奧運會的城市，北京吸引了全世界的目光。 與此同時，北京也要回應一些爭議問題，比如，關于北京冬奧會大量使用的人工造雪，人們對此有兩個疑問： 1.需要人工造雪的北京，是否滿足舉辦冬季奧運會的氣象指標？ 2.人工造雪的弊端，是否有被充分納入考慮？ 人工造雪是人們應對不同的天氣狀況不得已而采取的技術型適應性舉措，類似的措施還有例如采用室內人工滑冰場、使用帶內置制冷系統的雪橇軌道等等。然而，由于其用水量巨大、能耗高、極大影響當地生態系統等弊端，人工造雪受到更多質疑。但實際上，目前國際重要賽事（尤其是冬奧會滑雪競技項目）使用的幾乎都是人工造雪 [1]。 在全球變暖的大環境下，未來雪場可能會更加依賴人工造雪、人工降雪等措施。由此也引發了另外兩個問題：全球變暖冰雪消融，冬季運動是否會被影響？冬奧會又將何去何從？ 1.冬奧主辦城市需要滿足什么氣象指標？ 首先我們來回答開篇的第一個問題——北京是否滿足舉辦冬奧會的氣象條件？ 根據國際奧委會的規定，冬奧主辦城市需要達到兩個核心的氣象指標：一是2月份平均氣溫低于0℃；二是2月份積雪深度大于30厘米 [2]。其中，氣溫屬于自然條件的硬指標，而積雪深度則更可能通過人工技術手段達到標準。 北京冬奧會共有三個賽區，北京賽區、延慶賽區，以及張家口賽區。北京賽區地處北緯40度左右，為典型的北溫帶半濕潤大陸性季風氣候，冬季寒冷干燥，2月平均氣溫大約在零下4~6°C [3]。延慶賽區位于北京市西北部，平均海拔500米左右，山區面積為70%，受海拔與地形的影響，延慶是北京平均氣溫最低的地區，冬季平均氣溫比北京城區低5°C左右 [4]，2月平均氣溫在零下10.7°C [5]。張家口賽區所在的河北張家口市崇禮縣，2月平均氣溫為零下4.7°C [5]。三個賽區均滿足冬奧會的溫度指標。 延慶賽區聯合張家口賽區承辦本次冬奧會所有的雪上項目。歷史氣象數據顯示，延慶和崇禮縣2月的平均降水量分別為0.14和0.22毫米/天，最大積雪深度分別為3.6和5.1厘米，積雪日數分別為4.6天和13.9天左右，積雪日數不足 [5]。由于滑雪場處于高山區，積雪深度比氣象站點的觀測數據大15厘米左右 [6]。但是，兩個賽區還是沒有達到 “積雪深度大于30厘米” 的指標，且遠小于冬奧場館50-60厘米雪深的要求。因此，氣象學者早在2016年就預計，延慶、崇禮難以形成足夠深度的雪，并得出 “可能60%-95%的賽事用雪將來自人工造雪，以應對可能的積雪不足” 的結論 [5]。 總體來說，北—張符合冬奧城市的溫度指標，但積雪條件略顯不足，需人工造雪加以輔助。需要指出的是，氣象指標只是奧運會主辦城市的決定因素之一，北京冬奧會的主要目標是讓3億人參與冬季運動，從而促進全球的冬季運動，這也是北京聯合張家口能夠成功申辦2022年冬奧會的關鍵[1]。 2.冬奧主辦城市需要怎樣的氣象風險管理？ 每屆冬奧會閉幕后，主辦方需要向國際奧委會提交一份官方總結報告，其內容涵蓋了對舉辦奧運會整個過程——計劃、準備、舉辦以及運營——的經驗總結。一項針對自1924年至2010年冬奧會官方總結報告的統計研究顯示，冬季奧運會賽事的順利舉行通常部分依賴于良好的天氣條件；而惡劣的天氣是主辦方面臨的巨大挑戰之一 [7]。 例如，1976年因斯布魯克冬奧會報告中提到，“主辦方意識到，奇妙的天氣對于賽普拉斯山上舉辦賽事的成功起到了相當大的作用” [8]。而2010年溫哥華冬奧會報告中則提到，“有記錄以來最暖的天氣…… 挑戰了我們準備比賽場地的能力” [9]。 2022年北京冬奧會也受到了惡劣天氣的影響：2月13日張家口賽區迎來降雪，由于雪大、能見度低，賽道表面的黏稠程度受到影響，原計劃13日上午10點舉行的自由式滑雪女子坡面障礙技巧資格賽不得不推遲至14日進行（本項目也因我國奧運選手谷愛凌而廣受關注）。
圖1 谷愛凌在個人社交平臺上發聲稱：“糟糕，太多雪了！明天再試試吧！” | 圖源：twitter.com 上世紀50年代之前的冬奧會賽事往往在室外舉辦——面臨的天氣風險尤高 [7]。例如，1928年瑞士圣莫里茨冬奧會遭遇了暴風雪，許多賽事如冰球、速度滑冰和高山滑雪等都因此被推遲 [10]。1932年的普萊西德湖冬奧會由于過于溫暖，冰雪場條件不佳，雪橇、速度滑冰等個別比賽不得不延期舉行 [11]。這一階段的天氣風險管理仍停留在應急調整階段 [7]——即出現惡劣天氣之后再進行調整，這種天氣風險管理明顯具有滯后性。 如何提前預見可能出現的天氣風險？上世紀40年代末，數值天氣預報之父馮·諾伊曼開始將目光轉向計算機對天氣預報的應用，數值天氣預報橫空出世 [12]，1950年，首個24小時天氣預報產品誕生 [13]。 1952年奧斯陸奧運會首次嘗試通過分析歷史氣候數據（例如溫度和降水量）來確定奧運會舉辦的最佳日期 [14]。在此之后，隨著計算機的快速迭代，數值天氣預報模式的模擬能力逐步增強，精度逐步提高；與此同時，氣象觀測站數量的增加也為預報提供了良好的數據支持，從1980年普萊西德湖奧運會開始，天氣預報服務開始在冬奧會中發揮著起舉足輕重的作用 [15]。 2022年北京冬奧會的雪上項目主要在張家口舉行，由于張家口賽區海坨山以及崇禮的山勢地形復雜、天氣多變，針對該地區的天氣預報以及天氣風險管理是一個很大的挑戰。而對復雜地形進行天氣預報目前仍是世界公認的難題，準確預報既需要高精度的數值天氣預報模式和氣象觀測系統，還依賴預報員的經驗積累。 北京冬奧會的天氣風險管理中提到了五個重點：加強氣象觀測、短時臨近預報、中短期預報、關鍵地點和賽事的無縫預測和早期風險預警、智能氣象服務支持 [16]。前文提及的2月13日北—張地區的降雪，北京冬奧組委在9天前就收到了降雪預報，并準備了相應的應急預案 [17]。 3.人工造雪——替代方案利弊幾何？ 自上世紀60年代開始，冬奧會逐步開展應對天氣風險的適應性技術舉措，例如將冰球、花樣滑冰、以及冰壺等冰上項目從室外轉移至室內，采用人工制冷冰場、帶內置制冷系統的雪橇軌道等[7]。究其原因，一方面是人們對冰雪項目場地質量的要求越來越高，僅依靠 “老天爺賞臉” 不能確保場地的穩定與賽事的正常進行，而技術的變革能夠滿足人們日益增長的需求；另一方面也反映出人們應對天氣風險、以及全球氣候變暖不得不做出的適應性改變。從這個角度看，人工造雪就是一項十分重要的舉措。 自1980年美國普萊西德湖冬奧會首次采用人工造雪以來，在溫哥華（2010年）、索契（2014年）以及平昌（2018年）等地舉行的冬奧會均使用了人工造雪 [18]。為了保證雪上項目的順利開展，2022年北京冬奧會也采用了人工造雪的技術。相比于天然雪，人造雪的可控性更高，具有雪層單一、性狀穩定的優點 [19]。在經過壓雪、平整、注水等工序之后，人造雪的物理性質更為一致，從而保證了比賽的公平性和安全性 [20]。 但人工造雪的弊端也不容小覷。首先，人工造雪需要大量的水。造雪機的原理是：將水注入一個專用噴嘴或噴槍（俗稱雪槍或雪炮），利用高壓空氣將水流打散成微小的粒子，再將這些粒子迅速冷凝結晶噴射出去，就成為人們看到的雪花。因此，水是人工造雪必不可少的原料，通常1噸水可以造1.7立方米的雪 [21]。本屆北京冬奧會造雪總計劃用水39萬噸，主要來自附近水庫以及人工蓄水池 [22]。 另外，人工造雪的能耗高、價格貴，生產1立方米的雪大約需要3.5-4.3度電 [23]。根據美國國家滑雪場協會2012年的統計報告，協會成員中有88%的滑雪場采用了人工造雪技術，平均每年需要多花費50萬美元或更多用于人造雪，占了度假村總能源成本的50% [24]。 部分科學家指出，人工造雪會給當地生態系統造成影響。一方面，用于供給水源的人工水庫或蓄水池會給當地環境造成影響（移民對社會環境的影響；水庫對生物多樣性的影響，尤其是對水生生物、魚類資源；水土流失等）[25]；另一方面則是人造雪自身給生態系統帶來的影響。例如建人工雪道的 “壓實” 過程有可能會導致土壤霜凍，造成植物的機械損傷以及生長發育緩慢 [26]。而且人工雪比自然雪融化得更慢，對植物生長的阻礙作用也更大。另外，人工雪道往往通過撒鹽來提高雪質，而常見的硝酸鹽有強烈的施肥效果，土壤性質以及植物物種組成的改變會影響當地自然環境 [26]。 為了盡可能減輕人造雪給環境帶來的額外負擔，本次北京冬奧會的造雪設備100%使用可再生能源 [1]，并采用將雪 “循環利用” 的方案——雪場的雪消融后，通過蓄水設備將融化的雪水積蓄起來，經過沉積、過濾等步驟后進行再次造雪，從而實現雪資源的高效利用 [27]。另外，雪季后期融化的雪水會有一部分重新回到蓄水池和景觀湖中，這些水將作為綠化景觀和農業灌溉循環利用 [27]。 4.全球變暖，還有哪些城市適合舉辦冬奧會？ 2022年北京冬奧會給全球觀眾帶來了一場冰雪運動的盛宴，也在城市內外掀起了一波 “冰雪熱”。然而，在全球變暖的大背景下，冰雪運動也首先受到沖擊。 2019年的一項研究通過模型對27個滑雪國家的雪季長度（雪季：積雪深度大于30厘米，適合滑雪的季節）和可靠滑雪區域面積（可靠滑雪區域：該滑雪區每年至少有100天的積雪深度大于30厘米 [28]）進行預測，結果表明，如果不控制溫室氣體排放，到2050年，加拿大魁北克和安大略省滑雪場雪季將至少縮短30%；奧地利蒂羅爾和意大利南蒂羅爾滑雪勝地的滑雪場面積將至少減小50%；如果沒有人工造雪的技術輔助，這兩個地區將有可能完全失去雪季 [29]。 美國學者對全美境內的247處滑雪度假村進行預測，結果顯示到2050年所有度假村可以開展高山滑雪的時間將縮短50%，部分度假村到2090年將縮短80%。這將每年影響百萬至千萬的游客，同時帶來每年上億美元的經濟損失 [29]。 瑞士學者研究發現，如果全球氣溫升高2°C，將造成瑞士境內整體滑雪場地面積減少21%，瑞士東南部格勞賓登州的雪場雖然幾乎不受影響，但是由于人們無法前往其他雪場而集中于該雪場，大量的訪客可能損害當地環境和高山生態系統。另外，著名的汝拉山滑雪勝地，瑞士東、中、西部低海拔地區的冬季旅游業都將遭受重創 [30]。 法國學者對法國阿爾卑斯山129個滑雪度假村不同時期（過去1986-2005年，近未來2030-2050年，本世紀末2080-2100年）的積雪可靠性進行了研究。結果顯示，對于自然雪場（僅通過壓雪作業將天然雪壓實），在全球變暖低于2°C的情況下，使用人工雪（使用面積45%）有助于提高滑雪場的積雪可靠性；但是如果全球變暖超過3°C，滑雪場的積雪條件將經常變得不可靠，而這意味著人們將更多地使用人工雪，從而導致更高的用水需求 [32]。
圖2 在溫室氣體高排放情景下（第3列上下兩張圖），2080-2010年法國境內阿爾卑斯山脈129個滑雪場的自然雪場（上）的積雪可靠性大大降低；而人工雪場的積雪可靠性雖然降低，但是降低幅度沒有自然雪場大。在溫室氣體低排放情境下（第4列上下兩張圖，橘色虛線框），自然雪場（上）與人工雪場（下）的積雪可靠性均大于高排放情景。圖中的餅狀分布圖藍色越多代表積雪可靠性越高，灰色越多代表積雪可靠性越低。（RCP8.5代表溫室氣體高排放情景。RCP2.6代表溫室氣體低排放情景）| 圖源 [32] 而冬奧會呢，是否也會受到影響？ 一項新的研究 [36] 對自1924年以來曾舉辦過冬奧會的21個城市根據冬奧氣象指標進行分析，評估其到本世紀末是否還是一個可靠的冬奧會主辦城市。結果表明，如果《巴黎協議》的排放目標得以實現（《巴黎協定》：2016年由全世界178個締約方共同簽署的氣候變化協定，協定提出的長期目標是將全球平均氣溫升幅控制在工業化前水平以上低于2°C，并努力將氣溫上升幅度限制在1.5°C以內 [35]），到2080年，21個城市中僅有8個仍可是可靠的主辦城市——溫哥華（加拿大）、卡爾加里（加拿大）、鹽湖城（美國）、普萊西德湖（美國）、利勒哈默爾（挪威）、奧斯陸（挪威）、札幌（日本）和長野（日本）。 而如果全球溫室氣體排放不加以控制，到本世紀末，則僅剩日本札幌是唯一能夠可靠舉辦冬奧會的城市。 作者：程鴿（漢堡大學氣象學系） 參考文獻： [1] https://olympics.com/ioc/news/snow-climate-change-and-the-olympic-winter-games (Accessed on 16.02.2022) [2] http://news.xhby.net/zt/xjbj/yw/202112/t20211220_7354894.shtml (Accessed on 16.02.2022) [3] https://m.tianqi.com/qiwen/city--2/ (Accessed on 16.02.2022) [4] 王佳麗, 張人禾, 王迎春. 北京不同區域表面氣溫的變化特征 以及北京市觀象臺氣溫的代表性[J]. 氣候與環境研究，2012，17（5）：563-573． [5] 肖王星, 效存德, 郭曉寅, 馬麗娟. 北京-張家口地區冬春季積雪特征分析[J]. 冰川凍土, 2016, 38(3): 584-595. 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