■“强省会·兰州绝技”系列报道
中国科学院西北研究院 让我国冰雪运动实现“用雪自由”
在国家高山滑雪中心开展冰状雪试验 本版图片由王飞腾提供
在首钢大跳台对储雪堆的质量进行监测
在首钢大跳台开展储雪保障工作
编者按
省会强则全省强，“强省会”必须依靠“强科技”赋能助力。全市强省会大会强调， 科研“新四军”和广大创新人才是强省会的重要力量，我们要倾力服务创新、服务人才，努力锻造更多支撑国家高水平科技自立自强的兰州“独门绝技”。
或创造了巨大的经济社会效益，或在各自领域内居于“领跑”地位，在全市综合科技进步水平指数飙至81.38%的兰州，究竟有多少令兰州人引以为傲的独门绝技？《兰州晚报》自即日起推出“强省会·兰州绝技”系列报道，为您讲述兰州科研人追求卓越、昂扬向上的拼搏故事，为您展示兰州极致的科技之美……
3月末的春寒未褪，中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学与冻土工程重点实验室副主任王飞腾研究员团队的青年学子，已再赴青藏高原东北缘的四川达谷冰川，连续第五年采取行动保护这一冰川。今年启程早于往年，王飞腾说，在冰川覆雪保存最厚时去“盖被子”，而不是在它开始消融的时候才行动，或许更利于保护冰川。
中国境内的48000多条冰川，在过去50年间，已经消失了8000多条。“你们做冰川研究，能不能想想办法留住冰川？”面对天山乌鲁木齐河源1号冰川的年年退缩，当地老百姓这样发问，而王飞腾也在这样问自己。是以，有了5000米高山上，给千年冰龄的冰川“盖被子”的实验。而20年专注于冰雪基础研究的经历，让王飞腾对冰雪应用研究亦有深刻思考。这其中，由秦大河院士牵头、王飞腾带领团队为北京冬奥会造出合格“冰状雪”赛道，实现绿色“用雪自由”，可算最为华彩的一章。“我庆幸自己所学对国家、对社会是有用的！”王飞腾说。
“中国造”合格冰状雪赛道问世
2016年以前，中国还造不出一条合格的冰状雪赛道。
国际高山滑雪赛事使用的是人造冰状雪，粒径、密度和硬度均明显有别于自然降雪，冰状雪赛道类似于雪上“高速公路”。由于国外技术封锁，我国拿不到赛道用雪参数标准。2017年，“中国徒步横穿南极大陆第一人”、全国政协委员、冰冻圈科学国家重点实验室名誉主任秦大河院士为国筹谋，致信国家体育总局，建言应借2022年举办北京冬奥会这一千载难逢的良机，培养起我国自己的冰雪保障队伍。
“我们团队的目标是要建立起符合我国大陆性季风气候区雪务保障的技术体系。”早在2015年即已开始相关观测工作的王飞腾带领团队接了这一重任，承担了“科技冬奥”国家重点研发专项“赛事用雪保障关键技术研究与应用示范”项目，团队集合了中国科学院西北研究院、北京师范大学、中国气象科学院、哈尔滨体育学院和云顶滑雪公园等国内冰雪方面的骨干科研力量，为北京冬奥会每个滑雪场提供“一场一策”的雪务保障。
“造雪机造出的雪密度最大为每立方厘米0.45克，而冰状雪密度要求每立方厘米0.65克。制作冰状雪看似简单，就是铺雪注水，但铺多厚雪、隔多久注水，没有具体参数。”团队辗转于哈尔滨、北京、张家口、阿勒泰等地的滑雪场，兼备朝阳与背阴的赛道段，选择不同高度、厚度、水量、时间、水压，一次次调整测试。为了让雪道的各项指标与国际接轨，王飞腾他们还特意请运动员、冰雪专家来测试，确保雪道雪质、含水密度、表面平整度及坡度比全面合格。屡败屡战，最终，不同气候条件下的冰状雪赛道制作技术被攻克，中国人也打造出了合格的冰状雪赛道。冰雪硬度测量仪和冰雪粒径测量仪等冰状雪赛道专业监测设备也实现国产化，成本大幅压缩。
“造雪机在气温高于-2℃时造雪效率低下，而北京冬奥会、北京冬残奥会分别在2月中上旬和3月举办，气温渐暖、风速大，如何储雪成为又一道需要攻克的难题。”王飞腾说，按照欧洲以往的做法，最多仅能存留上一个雪季三到五成雪，而他们希望找到“性价比更高”的方案。团队随即在张家口万龙滑雪场和崇礼滑雪场、哈尔滨帽儿山滑雪场和延庆石京龙滑雪场启动了储雪试验，从储雪方位、储雪材料、雪堆大小等方面不断测试、反复研究，并根据研究结果设计出储雪堆智能设计系统，它可以根据输入参数的变化，推荐一套“个性化”的储雪堆最优设计方案。
王飞腾他们在北京延庆石京龙滑雪场进行了这套储雪技术的室外试验，结果喜人：大雪堆度夏之后，储雪率在60%左右。2021年5月，该技术在新疆阿勒泰市举办的“2021—2022国际雪联越野滑雪FIS积分系列赛”中“首演”，作为国内首次在0℃以上温度条件下举行的专业赛事，四周绿草如茵，雪道“冰清玉洁”。
为应对北京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，科研团队历经20天，联合北京冬奥组委场馆运行中心等造出约7000立方米雪，有备无患。在王飞腾他们的不懈努力下，北京冬奥会从造雪到储雪的技术全部达到国际赛事标准，实现了“用雪自由”。
“后冬奥时代”的技术畅想
“为北京冬奥会开展雪务攻关这几年，应该说实现了从‘0’到‘1’的突破，填补了国内空白。”“科技冬奥”的项目结题了，王飞腾反倒更忙了：冬赴滑雪场，夏季上冰川，主打一个“淡季不淡，全年无休”。
王飞腾2004年读硕士时参加到导师李忠勤研究员的项目中，研究雪冰转化过程。从那时起，每周上一次天山乌鲁木齐河源1号冰川趴雪坑观测雪冰物理、化学变化成为日常。起初，如此单调的观测研究令他不解：这与社会经济发展一点没关系嘛。然而，恰恰是这样的经历，让王飞腾对雪冰的研究精细化，“从雪到冰的过程中，到底有多少变成冰？”“物理损失不等于化学损失，比如硫酸根随雪化会流走，而钙和镁在雪化时反而会富集。”……导师的项目做了8年，王飞腾的观测则持续了5年多，他的博士论文正是据此而来。
“基础科学做好了，到应用需求出现的时候，自然而然就能融会贯通。”王飞腾说，乌鲁木齐河被当地人视作母亲河，冰川的年年退缩引起他们担忧。他们想要“留住冰川”的想法，王飞腾一直记着，直到作北京冬奥会高效储雪技术研究的时候，他忽然想到可以将其应用于冰川保护啊！
2020年8月，王飞腾等人就在位于四川省阿坝藏族羌族自治州黑水县境内的达古冰川消融区建立了500平方米的实验区，通过给冰川消融区“盖被子”，阻挡了太阳辐射和冰面的热交换。实验数据显示，“盖被子”的地方比不“盖被子”的地方冰的厚度高了1米。之后每年团队都去达谷冰川“盖被子”，“此前考虑成本，我们选择了白色土工布做‘被子’，未来或许会使用疏水性更好的新型材料，同时增强反照率。”
“给冰川‘盖被子’，仅适用于消融面积小于1平方公里的小冰川。”所以，对于乌鲁木齐河源1号冰川的保护，当地采取了人工增雪的方式。王飞腾团队的跟进研究发现，人工增雪只有在气温低于-2℃时才有效，否则降下来的是雨，反而会加速冰川的消融。这些正是基础研究成果为应用提供理论支撑的最好体现。
我国冰雪资源丰富，其冰雪融水因其水分子中氘的含量远低于普通的水分子，被誉为“天然低氘水”，有抗肿瘤、提高人体免疫力、延缓衰老等益处。为将这一得天独厚的水资源优势转化为经济优势，助力西部乡村振兴，王飞腾自2009年开始，不断宣传科普低氘水的相关知识。目前低氘水受到越来越多的关注，新疆阿勒泰市政府也开始建设天然低氘水工厂，有序开发低氘水资源，开启低氘水产业发展之路。
秦大河院士在很多个场合都表示，雪务研究为冰冻圈科学的应用研究打开了突破口，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等提供技术支撑。
而这支因北京冬奥会而凝聚起来的年轻攻关团队正努力将这一切变为现实。“未来，我们将继续加强冰雪科学基础研究，并进而带动相关应用研究，深挖雪务科研领域，研发出适合中国冰雪产业发展的一体化解决方案，为我国冰雪运动产业‘南展西扩东进’的战略提供科技支撑，为‘后冬奥时代’我国冰雪产业的发展以及3亿人参与冰雪运动作出贡献。”王飞腾说。
兰州日报社全媒体记者 何燕
