在本次北京冬奥会中有一个可能让不少人感到奇怪的现象：很多雪上项目反而“怕下雪”。这是因为天然雪的松软质地会增大赛道的摩擦力，下雪天的升温则会影响赛道的雪温和雪质，同时，降雪天气造成的能见度降低也会影响运动员和裁判的视线。昨日，我国选手谷爱凌参加的自由式滑雪坡面障碍技巧比赛就因大雪而延迟。

为了克服天然雪的阻碍，人工雪成为冬奥赛事的选择。本次北京冬奥会的冰雪正是采取了人工造雪技术制造出来的。根据含水量不同，造雪机可以制作出九种雪，“越野场地使用较干燥的5号雪，而跳台着陆坡造雪则使用6、7号雪。”张家口古杨树场馆群造雪负责人魏庆华说。

“通过改变粒径、含水量和硬度，人造雪能够满足不同赛事的需求，形成更加稳定、状态一致的雪道，有力地保障了比赛的公平。”北京冬奥组委新闻发言人严家蓉说。冬奥会雪上项目正在进行中，这些项目中无可避免地要使用到人工造雪技术。人工造雪和天然雪有什么区别？如何科学使用人工造雪技术？今天，小编就来为大家揭开冬奥会“冰雪”那些事！

冬奥会，好雪这样造

由于现在冬奥会赛场对雪质雪量的要求较高，人工造雪是非常必要的手段。包括对一般经营性的雪场，可以在没有充足天然降雪的情况下，通过人工手段对雪质雪量进行调控，让雪场能够提早开放。

“对奥运会而言，不同的赛道、不同的赛场对雪质雪量有不同的要求。比如古杨树场馆群，越野滑雪场、冬季两项滑雪场和跳台滑雪场，对雪质雪量的要求都是不同的，需要有针对性地进行造雪。”魏庆华说。

高山滑雪的雪道需要在自然雪的基础上再加盖一层人工雪，以达到比赛要求的硬度。人工造雪会使赛道上的雪比较紧致，运动员在上面可以更好地滑行。那是不是自然雪就没用了？事实上并不是，因为在造雪前，如果自然雪多的话，就可以少造一些。不过，当人工造雪完成后，就不希望有自然雪了，因为完全的自然雪是不适合高强度比赛的。

如何储存雪也是当前世界各国发展冰雪产业面临的一个共性问题。伯恩哈德·鲁西介绍，欧洲近年来的做法是在春天的时候，把雪尽可能地堆到一起，然后覆盖起来，这样可以把上一个雪季30%至50%的雪保留下来。在下一个雪季到来的时候，就可以使用存储下来的雪，尽早开始新的雪季。

中国在储存雪的方面也有一些积极的实践。比如，河北承德冬季项目训练基地，就把冬季制作的冰雪用于非雪季的使用，保障场馆全年都能进行滑雪训练。

关于水的循环利用，魏庆华说，现在的造雪技术是简单的由水到雪的物理过程，由水制成雪，雪消融后又变成水，再把水回收到雪场的蓄水池里。在古杨树场馆群，大蓄水池有20万吨，还有5个景观湖共5万吨，把这些融雪水蓄积起来，不仅可以供雪场重复使用，也可以在没有雪的季节用作绿化、景观、下游农业生产灌溉等。

音乐可以帮助冰结晶

2014年索契冬奥会上，制冰大师迪米特里•格里戈里耶夫（Dimitri Grigoriev）在铺设冰道的时候就播放了维尔瓦第的《四季》：“这样冰会用更合适、更硬实的方式结晶化。”他告诉美国公共广播电视台（NPR）。

等一下！如果这事儿是真的，那在听到《四季》里《夏》乐章的时候，冰不会融化吗？NPR的记者可能也有同样的疑惑，所以他们回去后仔细查阅了资料。结果他们没找到任何科学依据，只能把这事归结为制冰界的民间传说。

奥运用冰，没那么简单

同为制冰大师的特雷西·塞茨（Tracy Seitz）就对这种迷信嗤之以鼻。“如果我们要做些什么，那我们很可能会播点重金属音乐。”这样，他的员工就可以在艰苦的工作时间里“保持清醒并且努力工作”。

塞茨之所以用艰苦来形容这项工作，是因为制造冰块需要做的事情比人们想的要复杂得多。

在分子水平上，奥运会项目上的冰雪和用来堆雪人的、堵在你门前的和让没准备的人在车道上打滑的东西完全一样。但是，所有制冰的水，都是在比赛前经过几个月精心调整的，以使这些结冰形态的水达到最优状态。

“这不仅仅是一块巨大的冰，跟你通常想到的，比如家里冰箱中冰块的那种不一样。”在犹他大学研究冰结构的数学家肯尼思•戈尔登（Kenneth Golden）说，“这是一种比人们通常以为的要有趣、复杂得多的物质。”

制冰，水的纯度超重要

制作任何滑冰场或冰道需要的冰的第一步是提纯水，去除溶解在其中的固体，比如盐和矿物质。在滑冰场或者冰道中，杂质会聚集在晶体之间或者被挤到表面，造成冰中的多处微小脆弱点。水越纯净，冰面就越平滑稳固。

制冰大师们把冰塑造成了地球上最了不起的结构之一。在距奥运会至少一年前，他们就在混凝土赛道或者滑冰场上喷了上百层极薄的超纯水，再用一个内置的快速冰冻系统进行冷冻。供有舵雪橇比赛使用的冰道，需要花费大约5天的连续作业才能铺好，塞茨说。

湿润的空气冻结在冰面时，会形成霜层，而这个过程可以防止霜层的形成。霜层会捕捉冰里的空气泡，而这些气泡向外移动时会形成小凹痕。

冰是固体，但也在“流动”

“我们不把冰当成液体，但是它们的流动性非常好，无时无刻不在流动。”塞茨说，“这些冰里的空气层会造成薄弱点，可以逃出去让冰面变得不再稳定。”对于有舵雪橇比赛来说，一个小小的凹痕就可能导致颠簸，加深事故风险。“一次撞击变成两次撞击，两次撞击再变成三次撞击，然后一直持续下去。”

其他冰上项目比如像冰球、滑冰以及冰壶使用了相似的精细构层法。但是对于每一项运动来说，理想的冰的温度和厚度是不一样的。比如滑冰需要最厚和最暖的冰：大约5厘米的冰面及温和的-4℃的温度。这让滑冰者们可以将冰鞋钩在冰上，完成对抗重力的跳跃、旋转。

这些魔力并不仅仅来自于人的改造，还来自于冰本身的性能。在冰的边缘，冰中的水分子不是像中心部分的水分子一样牢牢固定成蜂巢状，而是形成了类似于液体的层。这种“预融层”可以润滑冰面，同时赋予冰独特的溜滑质地。冰鞋或冰刀施加在一道冰面上的尖锐压力，可以略微降低冰的融点，有助于光滑水层的形成。冰面上因为冰刀摩擦力造成的轻微融化，也为这种冰水混合物添加了液体。

雪花，会减缓运动员速度

在冰雪运动中让速度最慢的环境，也是休闲滑雪爱好者们最喜欢的东西：刚落下来的雪末。

与因水冻结而形成的冰不同，雪是在“过冷”或是刚好在冰点以下时候，由大气中的水分或者水蒸气结晶形成的。水蒸气必须与其他物体相接触，才能开始结晶，比如说一些灰尘的微粒。否则，造雪就需要极度的寒冷——在-30℃以下，冰晶体才能单独形成雪花。

一旦成雪开始，晶体就会吸引其他过冷的水蒸气组成错综复杂的雪花。但雪花美丽的棱角对滑雪板来说太过粗糙，会减缓奥运选手的速度。“它的表面不均匀，即使在显微层面上讲也是如此。”萨拉•康纳德（Sarah Konrad）说。她是冰川学博士，也是美国历史上首个获得两项不同冬季赛事参赛资格的女性。

那么，冬奥会上的冰面是如何被快速修复的呢?

每次比赛后，冰面都被划得千疮百孔，如何快速修复冰面而不影响其他选手的发挥，可以说是非常重要的一件事。所以在赛后，工作人员会立刻上去进行修冰、补冰等工作。对了，还有浇冰车也会一起上阵。

运动员在冰场滑冰时，冰刀与冰面接触会融化接触面上的冰，以达到"滑动"的效果。这冰既然会融化成水，那么在冰场低温的条件下，必然会再次结冰形成凹凸面，或者成为冰渣。

那么修复冰场就是做两件事，清除冰渣和修复凹凸面，以使其表面变得再次平整。

早期的修复过程，说起来其实蛮原始的。就是用一个简单的雪橇装上两个轮子，前端配一个刀片就完成了。然后两三个人在前边拉动绳索，后边一个人引导雪橇方向，这样冰面上的冰屑就会被清除，冰面上的凹凸部分也会被填充整平。后来随着科技的进步，人们就发现原先的办法有点费力，于是就发明了全自动浇冰车。这玩意就厉害多了，现在一个操作员就可以在很短的时间内，轻松完成磨冰工作。

浇冰车

别看这些车只是在冰面上不停地转圈圈，事实上这里面的门道有很多。首先车辆前部有个冰铲装置，它可以均匀地刮除表层的冰，刮多少合适？这就不用担心了，相关精度都是由车辆内部计算机控制好的，只需要人工进行操作即可。

刮完冰后会喷出清洁剂，可以对任何松动部分进行基本清洁，产生的废冰也会由刷子集中收集。并由一个螺旋输送器收送至废水储存槽，收入储存槽的冰融为水后，经一定的过滤送至热水罐以再利用。然后由车辆尾部的毛刷，再刷一遍冰面确保平整一致。最后位于车辆后部的洒水管，会在冰上均匀地喷洒出一层热水，大概是50度-60度左右，用来弥补细小的冰面裂痕。

干嘛要用热水？

一是为了放慢水凝结的过程，因为如果用冷水容易凝结成小颗粒，影响平整度。

二是防止冰面炸裂，因为温度过低会导致冰面变脆，增加新冰面的耐用度与安全性。

不仅水温要控制好，制冰时的冰温也要配合好，要尽量控制在零下12度左右，最后制冰的水量也要严格控制，不然容易产生气泡，影响冰的质量。浇冰车修复冰面的过程，其实就像修补家里墙壁上的破洞一样，先清除破洞旁的灰渣，然后使用腻子将破洞填满，最后再用刮子反复刮擦，直至其表面光滑平整。

当然了，能用于国际级别赛事的冰面，其光滑度、平整度的要求都异常严格。制冰过程也是相当繁琐，底冰就要铺十一二层，一层层往上铺完后还需要埋线，再进行喷漆画线等等工作。

有朋友可能不理解，干嘛要喷漆？

举个简单的例子，场馆里的冰为什么那么白，并不是冰本来的颜色，而是因为刷了漆。不同的运动对冰的要求也不一样，速滑类项目需要冰平整滑顺，而冰壶、雪车、雪橇等项目还需要在顶层冰上进行修整打点，平整度精确到毫米。好的冰面对于运动员来说是非常重要的。

以花样滑冰为例，如果冰面温度太低，运动员起跳、下落时，冰面就容易崩裂；如果温度高了，冰面就会变软，运动员就会感觉冰刀"拔不出来"，影响起跳。速度型的短道速滑等项目，冰温低，这样冰面会变硬，能给运动员提供更好的力度支撑，也便于提速。而冰上打点一旦出了问题，会影响到运动员的发挥，影响比赛成绩，甚至会造成运动员受伤。

本文来源：52赫兹实验室，经济日报，果壳Guokr