全球變暖，冬奧會未來將何去何從？
全球變暖，冰雪消融，冬季運動是否隨之融化？| 圖源：pixabay.com
撰文 | 程鴿（漢堡大學氣象學系）
責編 | 馮灝
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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(tài)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(guān)于北京冬奧會大量使用的人工造雪，人們對此有兩個疑問：
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(shù)型適應性舉措，類似的措施還有例如采用室內(nèi)人工滑冰場、使用帶內(nèi)置制冷系統(tǒng)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?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)等弊端，人工造雪受到更多質(zhì)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(huán)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(fā)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？
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(jù)國際奧委會的規(guī)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(shù)手段達到標準。
北京冬奧會共有三個賽區(qū)，北京賽區(qū)、延慶賽區(qū)，以及張家口賽區(qū)。北京賽區(qū)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(qū)位于北京市西北部，平均海拔500米左右，山區(qū)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(qū)，冬季平均氣溫比北京城區(qū)低5°C左右 [4]，2月平均氣溫在零下10.7°C [5]。張家口賽區(qū)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(qū)均滿足冬奧會的溫度指標。
延慶賽區(qū)聯(lián)合張家口賽區(qū)承辦本次冬奧會所有的雪上項目。歷史氣象數(shù)據(jù)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(shù)分別為4.6天和13.9天左右，積雪日數(shù)不足 [5]。由于滑雪場處于高山區(qū)，積雪深度比氣象站點的觀測數(shù)據(jù)大15厘米左右 [6]。但是，兩個賽區(qū)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(jié)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(lián)合張家口能夠成功申辦2022年冬奧會的關(guān)鍵[1]。
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(jié)報告，其內(nèi)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(jīng)驗總結(jié)。一項針對自1924年至2010年冬奧會官方總結(jié)報告的統(tǒng)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(zhàn)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(zhàn)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(qū)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(guān)注）。
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(diào)整階段 [7]——即出現(xiàn)惡劣天氣之后再進行調(diào)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(xiàn)的天氣風險？上世紀40年代末，數(shù)值天氣預報之父馮·諾伊曼開始將目光轉(zhuǎn)向計算機對天氣預報的應用，數(shù)值天氣預報橫空出世 [12]，1950年，首個24小時天氣預報產(chǎn)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(shù)據(jù)（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(shù)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(shù)量的增加也為預報提供了良好的數(shù)據(jù)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(fā)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(qū)海坨山以及崇禮的山勢地形復雜、天氣多變，針對該地區(qū)的天氣預報以及天氣風險管理是一個很大的挑戰(zhàn)。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(shù)值天氣預報模式和氣象觀測系統(tǒng)，還依賴預報員的經(jīng)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(guān)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(qū)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]。
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(shù)舉措，例如將冰球、花樣滑冰、以及冰壺等冰上項目從室外轉(zhuǎn)移至室內(nèi)，采用人工制冷冰場、帶內(nèi)置制冷系統(tǒng)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(zhì)量的要求越來越高，僅依靠 “老天爺賞臉” 不能確保場地的穩(wěn)定與賽事的正常進行，而技術(shù)的變革能夠滿足人們?nèi)找嬖鲩L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(shù)。相比于天然雪，人造雪的可控性更高，具有雪層單一、性狀穩(wěn)定的優(yōu)點 [19]。在經(jīng)過壓雪、平整、注水等工序之后，人造雪的物理性質(zhì)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(jié)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(chǎn)1立方米的雪大約需要3.5-4.3度電 [23]。根據(jù)美國國家滑雪場協(xié)會2012年的統(tǒng)計報告，協(xié)會成員中有88%的滑雪場采用了人工造雪技術(shù)，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?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)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?shù)丨h(huán)境造成影響（移民對社會環(huán)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(tài)系統(tǒng)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(fā)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(zhì)，而常見的硝酸鹽有強烈的施肥效果，土壤性質(zhì)以及植物物種組成的改變會影響當?shù)刈匀画h(huán)境 [26]。
為了盡可能減輕人造雪給環(huán)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(huán)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(jīng)過沉積、過濾等步驟后進行再次造雪，從而實現(xiàn)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(nóng)業(yè)灌溉循環(huán)利用 [27]。
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(nèi)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?jīng)_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(jié)）和可靠滑雪區(qū)域面積（可靠滑雪區(qū)域：該滑雪區(qū)每年至少有100天的積雪深度大于30厘米 [28]）進行預測，結(jié)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(shù)輔助，這兩個地區(qū)將有可能完全失去雪季 [29]。
美國學者對全美境內(nèi)的247處滑雪度假村進行預測，結(jié)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(jīng)濟損失 [29]。
瑞士學者研究發(fā)現(xiàn)，如果全球氣溫升高2°C，將造成瑞士境內(nèi)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?shù)丨h(huán)境和高山生態(tài)系統(tǒng)。另外，著名的汝拉山滑雪勝地，瑞士東、中、西部低海拔地區(qū)的冬季旅游業(yè)都將遭受重創(chuàng) [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(jié)果顯示，對于自然雪場（僅通過壓雪作業(yè)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(jīng)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]。
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(jù)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(jié)果表明，如果《巴黎協(xié)議》的排放目標得以實現(xiàn)（《巴黎協(xié)定》：2016年由全世界178個締約方共同簽署的氣候變化協(xié)定，協(xié)定提出的長期目標是將全球平均氣溫升幅控制在工業(yè)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(nèi) [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。
制版編輯 | 姜絲鴨
