“冬奧會(hui) 皇冠上的明珠”指的就是高山滑雪，這項比賽項目有著極強的速度感、競技性與(yu) 觀賞性。高山滑雪賽道大部分采用的是冰狀雪賽道，冰狀雪指的是滑雪場的一種雪質形態，冰狀雪的狀態下雪花的密度基本保持在0.65g/cm³，在雪表麵有一層薄薄的硬冰殼，能夠用來減小賽道表麵和滑雪板之間的摩擦力，使賽道不宜被破壞，運動員即便是在高速轉彎的情況下，雪道依舊能保持表麵不變形。

　　冰狀雪賽道的製作並不簡單，將雪道翻開，並把雪塊破碎成40厘米左右的疏鬆層之後才能用水泡往裏麵注水，一邊注水的同時還要反複去將濕雪攪拌均勻，以確保賽道內(nei) 的雪層厚度保持一致並且沒有大氣泡時能夠迅速將其亞(ya) 平。再經過一段時間的低溫板結和下沉，雪道內(nei) 就會(hui) 由下而上的在最上層形成硬冰殼。

　　冰狀雪賽道既然如此高難度且困難的製造步驟，那麽(me) 怎樣才能判斷滑雪賽道是否合格?以往來說，通常是采用人工判斷的方法，讓一些有經驗的裁判員利用探針安裝在電鑽上進行一些觸探工作，通過觸探工作反饋的手感從(cong) 而判斷冰狀雪賽道的建造質量，全憑經驗作出判斷的這種“直覺”性檢測往往會(hui) 使結果幾乎不具有任何科學性，同時也無法保證運動員的人身安全。

　　新型冰狀雪測量儀(yi) 器為(wei) 賽道增添合格“證書(shu) ”

　　中國科學院南京天文光學技術研究所南極團隊和中國氣象科學研究院為(wei) 了助力2022年的北京冬奧會(hui) ，共同合作研發了能夠用於(yu) 判斷冰狀雪賽道質量的冰雪粒徑自動測量儀(yi) 和冰雪硬度自動測量儀(yi) 。團隊充分考慮了不同於(yu) 自然雪的人工造雪的特殊情況，並結合了冰狀雪賽道的特點，將冰狀雪質量的人工主觀判斷，變成了客觀、清晰的科學指標，為(wei) 冰狀雪賽道製作標準的透明化提供了參考依據。

　　積雪顆粒的形狀及大小是影響雪的力學性質的主要因素，不同大小雪粒之間在自然狀態下空隙不斷變小，雪中含有的空氣降低，使得雪粒間的化學鍵合力增強，從(cong) 而影響雪的硬度。科研人員采用了漫散射原理來測量積雪的顆粒：近紅外光經過粗糙的表麵會(hui) 被無規律的向各個(ge) 方向反射，會(hui) 造成光強度減弱，光減弱的大小跟表麵的粗糙相關(guan) ，而積雪表麵的粗糙程度是由粒徑決(jue) 定的。通過測量光減弱的比例，間接地測量出積雪的顆粒大小。

　　雪的硬度測試是反映冰雪強度的重要指標之一，冰雪硬度測量儀(yi) 的原理是通過電機帶動滑軌驅動探頭打入冰狀雪賽道內(nei) 部，並通過讀取探頭所收到的反作用力的大小，從(cong) 而判斷冰雪的硬度條件。冰雪硬度測量儀(yi) 能夠做到基本無損地對賽道進行冰雪硬度的測量，並且不影響賽道的後續使用，同時可以通過讀取力和冰狀雪深度的曲線了解冰狀雪賽道的均勻性。由於(yu) 高山滑雪的賽道坡度較陡，人工攀爬十分困難，科研人員在一起的便攜性上還做了特殊的設計，設計出了一款折疊式的硬度測量儀(yi) ，方便攜帶，可以從(cong) 坡頂沿雪道一直測量到坡底，實現了儀(yi) 器的“就地展開”和“指哪測哪”的功能。

　　新儀(yi) 器保障南極天文觀測地基穩定

　　冰雪粒徑自動測量儀(yi) 和冰雪硬度自動測量儀(yi) 不僅(jin) 可以應用於(yu) 滑雪相關(guan) 的體(ti) 育運動中，在未來的極地工程建設上也能發揮作用。這兩(liang) 款儀(yi) 器的研製初衷便是用於(yu) 檢測我國南極昆侖(lun) 站地區的冰雪地基承載力。

　　在南極地區安裝大型望遠鏡本身就存在著很多實際的困難，普通的大型望遠鏡的基墩都是直接安裝在地球的基岩上，這樣基墩比較紮實穩固，能保證望遠鏡在觀測時不會(hui) 因為(wei) 地基不穩產(chan) 生晃動，但昆侖(lun) 站的雪層厚度近4000米，自然雪的密度、強度如果不經過處理的話，是無法滿足望遠鏡假設地基要求的。並且，南極冬夏季溫差較大，夏季的冰麵地基因溫度上升會(hui) 鬆動。

　　因此，在架設望遠鏡前，研究團隊需要對地基進行特殊的加固和隔熱處理，以保證地基穩定，使其能夠滿足基墩的設計要求。在加固處理完成後，雪粒徑和硬度測量儀(yi) 就可以對加固後的冰雪強度進行測量，通過科學的數據檢驗其是否能夠滿足南極大型望遠鏡的需求。

　　在未來，冰雪粒徑自動測量儀(yi) 和冰雪硬度自動測量儀(yi) 還將進一步應用在南北極、凍土圈，比如極地機場修建、雪的光反射率測算等。

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