冬奥会必不可少的元素是什么？是憨态可掬的冰敦敦还是英姿飒爽的运动员？实际上，冬奥会得以成功举办的先决条件是降雪。
但是， 在全球气候变化的作用下，世界范围内符合天然条件的冬奥会举办地，正在逐渐减少。如果没有了自然降雪，冬奥会将有怎样的未来？
人造雪的诞生
最初，冬奥会几乎所有的项目都是在户外进行的。但到了 20 世纪 80 年代，冰球、花样滑冰、速滑和冰壶等运动已经转移到室内冰场。对于保留在户外的各项竞技类运动，各国开始用人工降雪来弥补天然降雪的不足。
其实，如魔法一般漫天喷洒雪花的造雪机诞生于电影业。1934 年，华纳兄弟技术总监 Louis Geib 在伯班克（Burbank）发明了第一台造雪机原型，由三个旋转的叶片和一个大功率的风扇组成。这些叶片可以从 400 磅的雪块上刨冰，而大功率的风扇可以把产生的冰雪颗粒吹到空中。
图 | 1938 年，在洛杉矶纪念体育馆，人们将冰块送入造雪机中。（来源：Smithsonian Magazine）
这个本为了电影设计的造梦机，器在滑冰场上也受到了热烈欢迎。1934 年冬天，多伦多滑雪俱乐部根据同样的原理重新设计了一个造雪机。而且当时俱乐部对外表示，人造雪“比真雪要好得多”。
已知的第一台商用造雪机，是由康涅狄格州一家滑雪公司（Tey Manufacturing Corporation）发明的。1949 年冬季降雪的减少让这家公司的滑雪板销量暴跌。于是 Art Hunt、Wayne Piells 和 Dave Riceh 三个合伙人一合计，用喷漆压缩机、喷嘴和橡胶软管创造了一台造雪机。1954 年 4 月，这台造雪机获得了美国 2676471 号专利。
近年来，受气候变化的影响，冬季降雪变得越来越难以预测。据 Times 报道， 自 1980 年纽约 Lake Placid 冬奥会以来，人造雪在冬奥会上的占比在一路蹿升。2014 年俄罗斯索契冬奥会中约有 80% 使用了人造雪，2018 年韩国平昌奥运会时，这一数字高达 90%。在今年的北京冬奥会上人造雪覆盖了绝大多数的比赛场地，造雪机则由意大利公司 TechnoAlpin 提供。
图 | TechnoAlpin 造雪机 TR10（来源：TechnoAlpin 官网）
人造雪，是可以接受的未来吗？
首先，人造雪对用水的需求是巨大的。北京奥委会估计， 为冬奥会的高山运动造雪需要 4900 万加仑的水，足够填满 3600 个后院游泳池，相当于近 1 亿人一天的饮用水。今年的冬奥会至少需要 120 万立方米的雪来覆盖大约 80 万平方米的比赛场地。
英国拉夫堡大学（Loughborough University）的最新调查显示， 目前全球 95% 的滑雪场在某种程度上依赖人造雪。要么是为了确保滑雪质量，要么是为了延长滑雪季节，又或者兼而有之。人造雪的制造和维护对温度和湿度都有着一定要求。在小于 30% 的湿度条件下，它可以在 3°C 左右的温度下生产。但在大于 60% 的湿度条件下，人造雪就需要在冰点或更低的温度下进行生产。
为了突破这些生产条件的限制， 造雪者常常在水中添加化学或生物添加剂。2010 年温哥华冬奥会的主办方曾在人造雪中添加杀虫剂，使水在更高的温度下冻结。雪固化剂也可能被添加到水中使雪场的雪更加持久。这些添加剂不可避免地会给水资源和土壤资源带来一定环境风险。
从物理性质上来说，人造雪和自然降雪也有着很大的分别。物理学家Ken Libbrecht 在接受Vox采访时说，自然降雪在开始结晶时是只有几微米宽的一个小水滴，它像空气中的一粒灰尘一样围绕着一个核形成。雪花通常需要大约一个小时才能从内到外生长，因为它的核心吸收了周围空气中的水蒸气，形成了完美对称的六边形。机械制造的人造雪则是瞬间冻结的，不是在大气中自然生长。因此天然降雪只有 5%-10% 的冰，空气的比例占到 90%-95%。而人造雪中有近 30% 的冰和 70% 的空气，表面也更加粗糙和坚硬。这种特点可能会对运动员带来更多挑战。
图| 天然降雪（左）和人造雪（右）在显微镜下的区别（来源： Kenneth G. Libbrecht）
对比 2010 年温哥华冬奥会和 2014 年索契冬奥会的数据可以发现，高山滑雪、自由式滑雪和单板滑雪项目的参赛者受伤人数增加了 9%，完成率下降了 5%。英国布莱顿大学（University of Brighton）学者 Derman, W., Blauwet 等人的研究也显示，索契冬季残奥会高山滑雪项目运动员的受伤率较之前增加了六倍， 约有三分之一的运动员在这个项目中受伤。这些数据的背后反映了气候和人造雪的负面因素。
如果气候变化继续，冬奥会去哪办？
近年来，以加拿大滑铁卢大学学者 Daniel Scott 为代表的科学家们一直在追踪气候变化对冬奥会可能产生的影响。
上世纪以来， 21 个冬奥会主办城市 2 月份白天的平均温度一直在稳步攀升。从 20 世纪 20-50 年代的 0.4 摄氏度，到 60-90 年代的 3.1 摄氏度，再到 21 世纪的 6.3 摄氏度（包含对北京冬奥会温度预测）。在平均 6.3 摄氏度的温度下创造一片符合竞技运动要求的冰天雪地实属不易。
然而，全球变暖的趋势还在继续。根据遵守《巴黎气候协定》的情况，联合国政府间气候变化专门委员会的第五次报告把气候变化分为 PCP2.6，PCR4.5，PCR6 和 PCR8.5 四个档次，以 RCP2.6 为最佳预期，RCP8.5 为最差预期。
根据 Daniel Scott 等的最新报告，在低排放路径（RCP 2.6）下，21 个冬奥会主办城市在本世纪中期 2 月份的平均气温将升高 1.9°。而在高排放路径（RCP 8.5）下，主办城市在本世纪中期的 2 月份平均温度将升高 2.1°C。
这意味着如果不能及时对气候变化采取行动的话， 到了本世纪末，21 个曾经的东道主中将只有日本札幌有条件再次举办冬奥会，其他城市将全军覆没。而北京将在 2050 年就失去举办冬奥会的气候条件。
（来源：Slippery Slope）
在如此严峻的形式下，全球的科学家们一直在努力创造更多的天然雪。其中一种方法是在云中播撒碘化银，目的是促进云中的水分转化为飘落的雪晶。另一种方法听起来更加神奇，是在实验室里种雪花，模仿自然晶体形成的过程。但到目前为止，这两种方法都无法满足冬奥会所需的天然雪的需求。
自 1924 年在法国夏莫尼克斯（Chamonix）举办首届冬奥会以来，天气和降雪条件一直是奥运会成功的关键决定因素。1984 年南斯拉夫的主办方曾写道：“即使是超人的努力也无法征服自然”。
用人造雪来弥补天然降雪的不足举办冬奥会似乎是战胜了自然，但是在不远的将来，当日均温再升高 2.1°C 时，我们还是否能在冰雪世界里近期欢呼呢？人造雪也许是冬奥会未来答案的一部分，但它绝不是答案的全部。
参考资料：
https://edition.cnn.com/2022/02/04/weather/artificial-snow-beijing-olympics-climate/index.html https://time.com/6146039/artificial-snow-2022-olympics-beijing/ https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13683500.2021.2023480?src=& https://www.sportecology.org/_files/ugd/a700be_9aa3ec697a39446eb11b8330aec19e30.pdf https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/13683500.2018.1436161 https://www.vox.com/2022/2/10/22926270/artificial-snow-beijing-2022-olympics-climate-change
本文来自微信公众号 “学术头条”（ID：SciTouTiao），作者：刘芳，36氪经授权发布。
