高山滑雪比赛及运动学特征研究

何 卫，束 洋，李海鹏，娄彦涛

高山滑雪（alpine skiing）起源于19 世纪50 年代，该项目以极强的观赏性和速度感被称作“冬奥会皇冠上的明珠”，也是冬季奥运会技术难度大、运动速度快、危险系数高、对运动员体能和心理等要求极高的运动项目。影响高山滑雪运动表现的因素有很多，从技术层面来说，包含滑雪板与雪面之间的摩擦力，滑行姿势与空气阻力的影响，转弯技术、滑行技术以及跳跃技术等（Gilgien et al.，2014；Spörri et al.，2018）。而从外部环境来说，比赛机制、比赛路线、赛道地形特征以及天气等，对运动员表现也会产生较大的影响（Gilgien et al.，2015a，2015b）。

我国高山滑雪运动起步晚，训练场地少、竞技水平低和科技保障落后等因素导致该项目是中国代表团的弱项。此外，国内对于高山滑雪项目研究开展比较晚，数量较少。基于此，本文结合冬奥会高山滑雪项目发展，分析探究近3 届冬奥会比赛特征、赛道地形特征以及运动学参数特征等内容。

1 冬奥会高山滑雪比赛特征

1.1 比赛项目的发展

高山滑雪项目于1936 年德国加米施-帕滕基兴（Garmisch Partenkirch）冬季奥运会上首次亮相，当时比赛设置男、女全能（滑降和回转）两个项目。随着冬奥项目的发展（表1），1948 年在瑞士圣莫里茨举办的第5 届冬奥会上增设男、女回转和滑降。1952 年在挪威奥斯陆举办的第6 届冬奥会上取消了男、女两项全能，增设了男、女大回转项目。1988 年在加拿大卡尔加里举办的第15 届冬奥会上恢复了男/女全能，并增设了超级大回转项目，共设置男/女滑降、超级大回转、大回转、回转和全能5 个大项10 个小项。2018 年韩国平昌冬奥会首次增加了男、女混合项目团体赛，共计6 个大项11 个小项。2022 年北京冬奥会将延续这11 个高山滑雪比赛项目，总奖牌数33 枚，是展现一个国家雪上竞技能力的重要比赛之一。

表1 冬奥高山滑雪比赛项目发展Table 1 Alpine Skiing Event Development of the Winter Olympic Games

根据比赛场地和滑雪技术特点，高山滑雪6 个大项可以分为技术类项目和速度类项目。其中，回转与大回转属于技术类，超级大回转和滑降属于速度类。全能项目是滑降（因天气原因也可换成超级大回转）和回转的两项成绩之和，由于其要使用速度项目的场地，所以也被归为速度类项目。团体项目采用淘汰制，从高度落差、滑行距离、旗门设置来看，团体项目可视作为技术类项目。

1.2 冬奥会高山滑雪参赛人数特征

统计分析近10 年3 届冬奥会高山滑雪各国参赛运动员信息发现，美国及欧洲多个国家（地区）每年都会派出接近满额数量的运动员参赛，并且人数不断增多（表2）。在2018 年平昌冬奥会，美国、瑞士、奥地利、法国均派出22 人参赛，用满国际滑雪联合会（International Ski Federa‐tion，FIS）为各个会员国的奥运会参赛配额。通过参赛人数也可以窥见不同国家在高山滑雪项目上的实力。我国高山滑雪运动在近几届冬奥会均是依靠FIS 分配给各会员国的1 男、1 女两个基数名额（basic quota）参加技术类项目比赛，且主要的参赛目标就是能够完成比赛。

根据FIS 最新公布的2022 年北京冬奥会高山滑雪项目参赛配额说明文件，北京冬奥会高山滑雪项目参赛运动员配额总数为306 人，参赛资格争夺周期为2020 年7 月1 日—2022 年1 月16 日。运动员获得冬奥会参赛资格，必须先在FIS 排名和积分（FIS Points）上达标。根据2020—2021 赛季第8 次积分排名名单显示（表3），除了高山滑雪强国，日本近年在该项目发展很快，目前获得FIS 有效积分的人数达到1 145 人，占总人数百分比超过12.08%。相较于2018 年平昌冬奥会周期，只有47 名男运动员和32 名女运动员获得有效的FIS 积分，目前我国共204 名高山滑雪运动员拥有FIS 有效积分，占总人数的2.15%，其中男子121 人，女子83 人，一定程度上改善了我国高山滑雪人才储备不足的局面。

表2 2010—2018年冬奥会参赛国家运动员人数Table 2 The Number of Athletes from Different Countries Participating in the Winter Olympic Games from 2010 to 2018

表3 2020—2021赛季不同国家FIS积分人数分布特征Table 3 Distribution Characteristics of FIS Points of Different Countries in 2020 to 2021 Season

1.3 冬奥会高山滑雪奖牌榜分布

通过分析冬奥会奖牌分布特征可以看出（图1），2010—2018 年3 届冬奥会一共产生94 枚奖牌（2014 年索契冬奥会女子滑降两名运动员并列获得金牌，男子超级大回转两名运动员并列获得铜牌），但是奖牌榜只有13 个国家，且具有明显的地域特征。欧洲冰雪运动强国尽管人口基数小，获得FIS 有效积分的人数也相对较少，但是该项目发展和竞技水平很高，奥运会获得奖牌的效率极高，特别是奥地利，近3 届奥运会以7 金、7 银、6 铜在奖牌榜遥遥领先。虽然加拿大每年也派出一定数量的运动员参赛，但奖牌数量并不多，这也许是加拿大连续3 届参赛人数下降的原因之一（表2、表3）。

2 冬奥会高山滑雪赛道特征

FIS 每年都会修订推出《国际滑雪比赛规则》，其中一个重要内容就是规定国际高山滑雪各项赛事的场地标准。由于高山滑雪项目比赛场地依赖于各个国家赛道地理特征而建，因此每条赛道的线路设计和地形特征都不同，不同比赛的线路设置也不一样（Haaland et al.，2016）。一般来说，按照滑降、超级大回转、大回转、回转4 个项目顺序，赛道海拔垂直高度差和比赛路程依次递减，赛道坡度和旗门数量则依次递增，这也是区分高山滑雪不同项目的典型比赛场地特征。

图1 2010—2018年冬奥会奖牌榜国家分布特征Figure 1.Distribution Characteristics of Medal Table of Different Countries in Winter Olympic Games from 2010 to 2018

2.1 赛道海拔垂直高度差

2020 年7 月最新颁布的《国际滑雪比赛规则》对于冬奥会等高山滑雪国际比赛各项目海拔垂直高度差再次进行了调整（图2）。

图2 2010—2018年冬奥会高山滑雪垂直高度差及2020年FIS标准对比Figure 2.Comparison of Altitude Drop in Winter Olympic Games from 2010 to 2018 and FIS Standard in 2020

男子项目除了滑降垂直高度波动较大外，其余项目垂直高度差并没有显著变化，维持在FIS 标准内（图2）。2018 年平昌冬奥会大回转及超级大回转垂直高度差相比于前两届有所提高。近3 届冬奥会滑降赛道垂直高度差基本上略高于FIS 最低标准800 m，而回转和超级大回转则明显较高甚至接近FIS 上限。女子项目中，2014 年索契冬奥会超级大回转垂直高度差为615 m，高于2020 年FIS标准的上限600 m。不同于男子，女子滑降项目垂直高度差接近FIS 上限800 m，而大回转与超级大回转的垂直高度差同样较高。

2.2 比赛路线距离和坡度

对FIS 官网提供的比赛信息统计分析得到2010－2018 年冬奥会各单项比赛总距离和平均坡度（表4）。滑降项目路程最长，男、女均约为3 000 m，对运动员体能要求较高。回转项目虽然路程较短，但平均坡度较大，对运动员技术要求更高。有研究通过分析回转阶段的生物力学特征发现，不同赛道的坡度越大速度越慢，但加速度更快，能量消耗也更大（Supej et al.，2015）。比较近3 届冬奥会平均坡度可以看出，尽管女子比赛路程小于男子，但除了滑降项目外，超级大回转、大回转和回转项目平均坡度却高于男子，这也意味着相较于男子，女子运动员需要更多的体能储备。

表4 2010—2018年冬奥会赛道平均距离及坡度Table 4 Average Course Length and Gradient of the Trail for the Winter Olympic Games from 2010 to 2018

2.3 比赛旗门设置变化

在旗门设置方面，不同项目的旗门设置数量或者密度、旗门样式、颜色配置也不同。通过比较近10 年3 届冬奥会各个项目旗门数据（表5），发现滑降项目通过旗门数最少，但总距离最长，回转项目旗门数量最多，约为滑降的1.5～1.7 倍，但总距离却不到滑降项目的20%，需要运动员快速进行较短距离的方向变化，对于运动员技术水平要求较高。

表5 2010—2018年冬奥会旗门数量Table 5 The Number of Gates in the Winter Olympic Games from 2010 to 2018 M±SD

一项关于高山滑雪世界杯比赛赛道和地形对速度的影响研究发现，滑降赛道设计较为平坦，大回转旗门的水平间距随着地形倾斜角度增加，但在超级大回转和速降比赛中则不存在这种变化（Gilgien et al.，2015a，2015b）。此外，由于转弯或者跳跃后落地阶段损伤发生率较高（Haaland et al.，2016），回转、大回转和超级大回转中旗门常设置在地形起伏变化的位置，以此控制运动员滑行中的速度，进而减少比赛受伤风险。

3 高山滑雪比赛运动学特征

3.1 高山滑雪速度特征

尽管高山滑雪是一项以比赛时间判定胜负的运动，但不同于室内项目，高山滑雪项目赛道的线路设计和地形特征随着比赛场地不同而有所差异，因此速度就成为评价运动员比赛水平的重要指标之一。分析近3 届冬奥会高山滑雪项目获得奖牌运动员决赛平均速度发现（表6），滑降项目速度最快，平均速度达到101.45 km/h，其次依次是超级大回转、大回转和回转项目。相同项目下，男子速度高于女子项目。影响高山滑雪运动表现的生物力学因素有很多，如重力、起始速度、起始加速度、空气阻力和摩擦力、地面反作用力、转弯半径以及雪板轨迹和运动员重心轨迹等（张才成，2000）。在众多要素之中，重力作为基础直接影响高山滑雪速度，起始加速度和起始速度则是整个滑行速度的保证。垂直高度差越大，赛道越长，重力加速度作用时间最长，最终产生的速度也最大。

表6 2010—2018年冬奥会高山滑雪前3名平均速度Table 6 Average Speed of the Top Three Alpine Skiers in the Winter Olympic Games from 2010 to 2018 km·h-1

高速滑行使得高山滑雪项目具有很大的观赏性，但速度也是造成高山滑雪运动员损伤的主要因素之一（王素改 等，2019；Flørenes et al.，2012）。首先，在滑降和超级大回转项目中，当运动员处于技术要求较高的路段时（如跳跃、陡坡和弯道），高速滑行对非预期状况的判断和反应时间减少，容错率低（Petrone et al.，2010）。其次，碰撞情况下速度对损伤程度具有显著性影响。根据动能定理表达式和动量定理表达式Ft=mv2-mv1可知，碰撞中所消耗的能量随速度成倍增加，滑降几乎是大回转的两倍之多（Steenstrup et al.，2018）。值得注意的是，尽管结合高山滑雪项目速度特点来看，从回转、大回转、超级大回转到滑降平均速度依次递增，但各项目损伤发生率却基本保持不变（图3），两者并无相关性，表明速度可能不是造成各项目间损伤率差异的唯一因素（Flørenes et al.，2009）。

3.2 高山滑雪转弯特征

转弯或变向是高山滑雪项目的一个主要技术特点，也是展现运动员技术实力的重要方面之一。特别是对于大回转和回转项目，由于路线短、旗门多，运动员比赛中进行左右盘旋式过门的次数增加，对其技巧和速度相结合的能力要求较高。

图3 高山滑雪运动员滑行速度和损伤发生率Figure 3.Sliding Speed and Injury Incidence of Alpine Skiers

研究表明（Gilgien et al.，2015a），大回转平均将发生51.2±3.5 次转向，超级大回转则为40.8±4.0 次转向。作为速度类项目，滑降和超级大回转转弯速度较快，均超过20 m/s，转弯半径较大，滑降半径平均为61.6 m。技术类项目大回转，虽然转弯速度略慢，但转弯半径较小，平均22.7 m，为滑降和超级大回转的1/2 甚至1/3，但转弯时地面反作用力最大达到3.16 倍体重（表7）。

表7 高山滑雪不同项目转弯特征Table 7 Turning Characteristics of Different Events in Alpine Skiing

高山滑雪运动员的实际表现不仅取决于速度，还取决于其选择的滑行路径，这两个方面是相辅相成的。研究表明，滑行路径的长短会造成10%的时间差异（Supej et al.，2015）。一般来说，选择最短的转弯路径，转弯半径大，入弯的时间越短，成绩越好（Delhaye et al.，2020；Spörri et al.，2018）。选择较长的滑行路径通常能让运动员保持较高的速度，但需更多时间通过弯道，而直接选择接近旗门则会缩短滑行距离，导致转弯更急，转弯半径减小，速度减慢而损失时间。因此，运动员保持高速滑行的能力需要合适的技战术相辅助。通常情况下，更快、更平滑的转弯都是在距离旗门坡度更高或更远的地方开始，在最大化速度的情况下促使转弯完成时身体更加贴近于旗门。较高的出弯加速度使运动员在接近后续旗门时速度更快，滑行轨迹也更接近于直线（Gilgien et al.，2015a）。在许多比赛中，运动员选择的战术策略是赢得比赛的关键，其重要性已不亚于滑行技术。

较小的转弯半径与损伤风险增加有关（Spörri et al.，2012b），转弯半径小会促使运动员将其身体重心向后、内侧倾斜，这种姿势下一旦发生失衡，双下肢的缓冲能力就会降低。有研究发现，近年转弯速度有所提高，同时转弯时运动员身体重心轨迹相比于滑雪板路径更接近直线（Spörri et al.，2012a）。运动员身体通过旗门的路径往往比测量所得的滑雪板路径还要小，意味着越小的转弯半径对运动员的技术水平要求越高，同时伴随更大的损伤风险（Delhaye et al.，2020）。因此，技巧类项目中防止受伤的策略应集中在速度和转弯半径上，运动员必须在滑行时更频繁地控制入弯时的平衡点，适当减速或者寻找适合的转弯速度和转弯半径，是安全通过旗门的关键。

在对阿尔伯托·汤巴（1988 年加拿大卡尔加里冬奥会大回转和回转项目金牌得主）的慢动作录像分析中，发现其转弯时通过对重心的控制，将身体压力从前脚掌（转弯开始时）向足跟（转弯结束时）转移，雪板尾部增加的压力使其弯曲成弓型，通过这种方式立刃过弯连续性极佳且速度较快（Falda-Buscaiot et al.，2017）。后期逐渐流行称其为“卡宾式”（Carving），也是目前主流的高山滑雪技术（Supej et al.，2002）。

3.3 “空中飞行”特征

“空中飞行”（也称跳跃）是高山滑雪比赛一个重要的技术环节，主要是在滑降和超级大回转中，运动员借助雪道自然地形形成的雪包完成约1 s 的飞行过程，在完整的专项比赛中该技术一般会出现2 次以上。起跳时机、空中姿态、飞行时间、落地控制等技术水平对运动最终比赛成绩将会产生很大影响。有研究通过对2010—2011 和2011—2012 赛季世界杯4 场超级大回转（4 次）以及5 场滑降（16 次）中空中飞行参数统计（表8）发现，滑降项目的飞行次数接近超级大回转的两倍，尽管单次飞行时间比较接近（相差6%），但飞行距离滑降却超过超级大回转21%（Gilgien et al.，2014）。

表8 2010—2012年世界杯比赛空中飞行参数Table 8 Flight Parameters in the Alpine Skiing World Cup from 2010 to 2012 M±SD

空中飞行动作惊险刺激，观赏性很高，但是也会产生较大的损伤风险（白鹏等，2020）。起跳过程中身体不平衡会导致运动员在空中飞行时产生角动量，因其受空气阻力的影响，长时间空中飞行会产生更大的身体旋转角，造成落地时失衡、双下肢载荷不对称等损伤因素（Bere et al.，2014）。空气动力学效应是影响运动员空中飞行过程中运动学参数的因素，因此对空中姿态的优化可以提高运动表现（Luethi et al.，1987）。Watanabe 等（1977）研究表明，在滑降和超级大回转项目中，起跳后双臂屈曲贴于躯干，将身体蜷缩成流线型姿势在飞行中的空气阻力最小。然而，在更多的技术环节和项目中，当这样的姿势不可行时，最佳的空气动力学姿势取决于运动员能否在不影响平衡或滑行轨迹的情况下将身体迎风面积最小化（Barelle et al.，2004）。综上所述，对高山滑雪比赛中经常出现的跳跃动作，一方面要尽量降低起跳坡度，增加落地坡度，从而保护运动员安全，同时也要重点加强下肢力和核心力量的训练，以保证落地动作稳定性（Flørenes et al.，2009；Schindelwig et al.，2015）。

4 建议

在备战2022年北京冬奥会的过程中，建议从以下几个方面通过科学化训练手段快速提升运动员综合竞技能力。首先，影响高山滑雪项目技术特征的因素较多，如技战术、体能训练、场地条件和运动装备等。我国在该项目上的理论、实践研究相对薄弱，因此在借鉴欧美国家研究成果的同时，需尽快加强对该项目技术特征方面的理论研究和实践应用，确保与国际接轨，缩小与其他国家的差距。其次，对于高山滑雪运动员损伤的预防应结合该项目的技术特点，深入探讨其内在机制。由于滑雪运动的复杂性，动力学测量较为困难，为此该项目人体内部受力特征仍不明确，建议未来多开展表面肌电结合运动学、动力学的深层次综合研究，利用计算机仿真、有限元分析等技术模拟动力学参数以弥补测量困难，以期为损伤预防和科学训练提供依据。最后，建议结合我国高山滑雪运动员目前亟待解决的技术难点开展分段训练，以增加专项技术训练时间和单位时间效率，并根据运动员个体不同的技术需求有针对性地选择训练的重点，以此达到提高训练效率，提升竞技水平的目的。