張蓉蓉

（南京大學 江蘇 南京 210023）

地球是由大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈構成的統(tǒng)一整體，其中大氣圈（氣象要素）和生物圈（人類）關系最為密切。氣象要素是指表征大氣物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)的各種要素，表明特定時間和特定地點下的大氣狀況，即降水、氣溫、氣壓、風速、風向、大氣濕度等，主要研究大氣中各種物理過程、物理現(xiàn)象及其變化規(guī)律對體育的影響，包括氣象要素的變化對機體機制調(diào)節(jié)、訓練和比賽成績等方面帶來的影響。通過前人的一些研究發(fā)現(xiàn)，一些氣象要素對體育訓練的作用較大，例如，溫度、風場、降水、氣壓和濕度等要素。氣象要素和人體機能的發(fā)揮密切相關，通過探究各氣象要素對運動項目的影響，才能對癥下藥，趨利避害，使運動員創(chuàng)造佳績。

1、氣象和體育的關系

溫度對運動員的比賽和訓練成績影響最為直接和顯著，人體具有完善的身體調(diào)節(jié)機制，在不同的氣溫條件下，身體機能的散熱方式和代謝速率會產(chǎn)生相應的變化，以此來維持體溫的相對恒定，但是這種體溫調(diào)節(jié)能力是非常有限的。針對一些運動量大的體育項目，運動員的血壓、內(nèi)分泌系統(tǒng)都在一定程度上受到氣溫的影響，且氣溫不同產(chǎn)生的影響也不同，不同的體育運動項目對氣溫的響應也不同，不同體質運動員對熱的反應也具有差異性。當處于溫度適宜的環(huán)境中，運動員的體感溫度較為舒適，體能效率高，使肌肉保持一定的溫度，保持較好的新陳代謝效率，增加運動員的韌性和耐力水平，能夠將肌肉功能發(fā)揮到最佳水平，從而可以激發(fā)活力和運動熱情，有利于運動能力的充分體現(xiàn)。當處于高溫環(huán)境中時，由于運動在短時間內(nèi)積聚大量熱量，身體代謝能量消耗更快，易引起體溫急劇升高、中暑、心率加快、呼吸不暢、肌肉痙攣、脫水虛脫、血壓下降、精神活動減弱甚至引發(fā)幻覺或失眠等現(xiàn)象，甚至危及生命，身體更易感到疲勞，降低運動員的訓練和比賽激情。當處在低溫環(huán)境中訓練時，會出現(xiàn)體溫散失過快、肌肉僵硬、粘滯性提高、協(xié)調(diào)能力下降、運動不穩(wěn)、以至引起昏迷甚至死亡等現(xiàn)象，也容易造成運動損傷，暴露于空氣中的身體部位還容易造成凍傷，低溫環(huán)境還會使得神經(jīng)、腺體和肌肉的興奮性降低，酶的活性降低，增強機體的物質代謝過程，耗氧量增加，加劇運動過程中的組織缺氧，這些都會對運動產(chǎn)生不利的影響。據(jù)研究，徑賽類的運動員最適宜發(fā)揮水平的氣溫范圍在17℃-20℃，田賽運動員最適宜發(fā)揮水平的溫度范圍在20℃-22℃。實踐表明，長期在高溫條件下訓練的運動員一旦到低溫地區(qū)比賽會很不適應，同樣長期在低溫條件下訓練的運動員一旦到高溫地區(qū)比賽也會很不適應，因為人體對高溫低溫環(huán)境的適應性非常有限，所以可以在春夏之際進行耐熱訓練，而在秋冬之際選擇耐寒訓練。比賽賽場分布在世界各個地方，由于所處的經(jīng)緯度范圍、海拔位置條件、地形位置都不盡相同，氣候條件有較大的差異性，但對于一個優(yōu)秀的運動員來說，應該具備較強的溫度適應性，這樣才能在自己的體育領域內(nèi)立于不敗之地。

風場對體育訓練和比賽的影響也較大，一方面在于散熱作用，適當?shù)娘L速有利于運動員散熱，可以一定程度上降低運動員的體感溫度，可以使運動員保持良好的競技狀態(tài)，有利于取得好成績；另一方面體現(xiàn)在作用力方面，可以產(chǎn)生助力和阻力，這對運動員訓練和比賽成績會有較大的影響，但是對不同的體育項目產(chǎn)生的效果也不同。對鐵餅、標槍等體育項目而言，小的逆風條件下可以增加器械的抬升力，有利于提高成績，但是風速超過一定的范圍會影響器械的穩(wěn)定性，順風條件下可以提高鉛球、鏈球的成績，而側風會影響射箭、射擊的準確性。順風條件下，徑賽類運動員的運動速度會提高，而逆風條件下，徑賽類運動員的運動速度會降低。除此之外，一定的風速條件也是一些體育項目進行的必要條件，例如，對于帆船運動而言，1h-2h內(nèi)的風向變化不能超過50°，風速要求使2.5m/s-20m/s，否則不能進行該項運動。

濕度對其的影響也不容小覷，主要表現(xiàn)在水鹽代謝和熱代謝方面。當處在空氣濕度大的環(huán)境背景下，運動員會感到濕悶、無精打采，身體容易產(chǎn)生疲勞，會使得體表汗液蒸發(fā)困難，影響人體的散熱過程，加劇身體的不適感，但是有利于短跑運動員爆發(fā)力量，提高其爆發(fā)力，但是影響長跑運動員排汗，不利于其耐力維持，且運動員會因吸入過多的水汽而影響氧氣的攝入，減弱氣體交換的能力，造成體能下降。而在濕度較小的環(huán)境中，大氣中水汽含量低，相對干燥的大氣環(huán)境會加快人體的蒸發(fā)，使得機體失去大量水分，容易產(chǎn)生口干舌燥的不適感，呼吸系統(tǒng)也會受到一定的刺激，但是有利于跳躍運動員的釋放?？諝鉂穸鹊倪^大過小，都有利于一些病毒和細菌的繁殖和傳播，從而加劇大氣污染，誘發(fā)各種疾病。此外，溫度和濕度之間也會產(chǎn)生相互作用，主要表現(xiàn)在機體向外散失的熱量和大氣中水汽含量有關，有研究表示，在相對濕度為50%、氣溫38℃以及相對濕度達85%以上、氣溫為30℃-31℃的環(huán)境下，不利于運動員的身體機制調(diào)節(jié)，在氣溫適宜的情況下，相對濕度處于50%-60%范圍會使得運動員的身體調(diào)節(jié)機能得到充分發(fā)揮。濕度也是影響降水的一個重要因素，濕度越大，越容易形成降水，降水對田徑運動的影響較大。由于雨量大，會使跑道濕滑，水相當于潤滑劑，減小鞋底與地面之間的摩擦力，增加打滑和摔倒的風險，還會導致身體降溫產(chǎn)生不適感，不利于取得好成績，但是如果雨量較小，伴隨微風，會讓長跑運動員感到?jīng)鏊?，身體舒適度提高，還能緩解他們的緊張情緒。

針對2021年的白銀馬拉松事故，就是典型的氣象條件影響體育運動的實例。2021年5月22日，2021年黃河石林山地馬拉松百公里越野賽暨鄉(xiāng)村振興健康跑（第四屆）在白銀市景泰縣黃河石林大景區(qū)舉行，大賽期間突發(fā)降溫、大風、降水等高影響天氣發(fā)生公共安全責任事件，共造成21名參賽選手死亡，8名參賽選手受傷。5月22日，受強冷空氣影響，我國西北地區(qū)出現(xiàn)大范圍的顯著降溫、大風、降水天氣，此時景泰縣氣溫4℃-16℃，其中最低氣溫降幅 4℃-8℃，最大風力達 7-8級（約為 14.9m/s-20.7m/s），最大降溫時刻發(fā)生在9-13時，大風出現(xiàn)在4-19時，降水過程主要發(fā)生在11-14時。體感溫度綜合考慮了人體對氣溫、風場和相對濕度的氣象要素的反應，因此可以利用體感溫度來分析此次大賽過程中參賽選手所感知的冷暖程度。通過對多個氣象要素的綜合分析，本次大賽期 間的天氣過程確實是一次高影響天氣，參賽選手們經(jīng)歷了持續(xù)的長時間的最低體感溫度階段，加上野外高原高海報地形條件和衣物單薄等外在原因，應急處理不到位，最終導致部分參賽選手因急性失溫、保暖不到位而不幸身亡，以往還有很多因為惡劣的天氣環(huán)境而危及運動員的生命安全示例，可見氣象條件對體育運動的影響非常大，應該在社會范圍內(nèi)引起足夠的重視。隨著體育科學的不斷發(fā)展，人們逐漸重視天氣條件對體育運動的影響，為體育賽事提供準確、及時的氣象預報，是氣象服務的重要內(nèi)容之一，在氣象服務的保障下，各大型賽事得以安全順利的開展，避免各類危險事故的發(fā)生。

下面重點分析一下我國近5年 （2016-2020年）以來氣溫、氣壓、風場等氣象要素場的分布，通過氣象要素場的分布差異，能夠讓運動員和教練員自主選擇適合自己最佳的訓練環(huán)境，進一步提高運動員的競技能力。

2、我國近5年氣象條件對體育訓練和比賽的綜合影響

2.1、海拔高度的影響

我國地處亞洲東部，地形千姿百態(tài)、形態(tài)各異，有雄偉的高山、起伏的山嶺、低矮的丘陵、廣闊的平原，還有四周群山環(huán)繞、中間低洼的盆地。如圖1所示，地勢呈現(xiàn)西高東低的特征，呈現(xiàn)階梯狀分布。高海拔對人類的影響較大，首先是體現(xiàn)在人體血液中紅血球的血紅素和氧氣的親密度上，當人體處于海拔約2100m高度時，血紅蛋白的形成比例急劇下降，血紅素不能有效的吸收、輸送氧氣到身體各處；其次，海拔高度越高，大氣越為稀薄，氣壓也越低，如圖2所示，對于青藏高原、云貴高原、內(nèi)蒙古高原等高海拔地區(qū)氣壓較低，運動的強度越大，對氣壓的反應也愈加敏感。但對于運動員而言，他們可以利用高原訓練來適應惡劣的低氧環(huán)境，從而提高耐受缺氧的能力，提高血液中血紅蛋白的含量，改善心臟功能。因此運動員可以選擇海拔高度適宜的地方來進行高原訓練，但是高原訓練的效果還受到運動員的訓練水平、運動量和運動強度的綜合影響。

圖1 全國海拔高度（單位：m）

圖2 2016-2020年全國地表氣壓分布（單位：hPa）

2.2、氣溫的影響

人類屬于恒溫群體，人們的工作、生活等一切活動都時時刻刻受到氣溫的影響，氣溫變化對體育訓練的影響最為直接和顯著。在高溫環(huán)境中，人們要通過蒸發(fā)來散發(fā)熱量，以此來維持體溫的平衡，隨著汗液的排出，身體中的鹽分也會流失，血液濃縮，增加血液粘性，加劇心血管負擔，此外，高溫還會影響人的神經(jīng)活動和運動協(xié)調(diào)。夏去冬來，氣溫逐漸下降，在低溫環(huán)境中，人體為了保持機體的熱量平衡，組織代謝加強，氧氣的需求量增加，氣溫越低，人體的血管會變脆變硬，由于氣溫過低可能造成血管破裂而導致生命危險。此外，氣溫的高低還影響到人體對維生素、食鹽等營養(yǎng)物質的攝入和吸收。對于中國的環(huán)境背景而言，氣溫主要受兩個因素影響，如圖3所示，一是海拔高度，海拔越高，接收的地表輻射越少，氣溫越低，因此高原地區(qū)的氣溫一般較低；二是緯度差異，緯度越高，接收的太陽輻射就越少，因此越往北方，氣溫越低。對于運動員而言，選擇合適的溫度環(huán)境顯得尤為重要，有更好的人體舒適度，夏季訓練可以選擇海拔適宜、或者緯度高的地區(qū)，氣溫稍低，而冬季訓練可以選擇緯度低的地區(qū)，氣溫稍高，更適宜運動訓練。

圖3 2016-2020年全國平均氣溫分布（左：冬季12-2月，右：夏季：6-7月，單位：℃）

2.3、風速的影響

大氣的運動主要是通過風來描述，氣流的水平運動即為風，幾乎所有體育項目都會受到風的影響。世界田徑比賽規(guī)定，如果比賽賽場風速不超過2m／s，則可確認世界記錄，一旦超過，運動員所打破的記錄將不會被認可，因為順風會產(chǎn)生推動力，提高運動速度，逆風會產(chǎn)生阻力，降低運動速度，且影響的效果不僅和風速大小有關，還與風向和運動方向的夾角有關。如圖4所示，我國夏季盛行東南季風，冬季盛行西北季風，冬季風要強于夏季風，西北內(nèi)陸的風速相對較強，體育比賽一般要選擇靜風或者無風的環(huán)境，運動員才能測出最真實的成績。但是對于體育訓練來說，適宜的風速可能會給運動員帶來更好的人體舒適度，風能加強熱的對流和傳導，加快人體散熱，可以降低運動員體溫，但是訓練和比賽的成績必須要考慮風速的影響。

圖4 2016-2020年全國風場分布

2.4、空氣質量的影響

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進步，大氣污染的現(xiàn)象日益嚴重，對于可吸入顆粒物（粉塵）、氮氧化物、二氧化硫、一氧化碳等污染物，對體育訓練會帶來很多不良影響。污染物的濃度主要和兩個因素有關，一是排放源，排放源越多，距離排放源越近，大氣污染物的濃度越高；二是和氣象條件有關，即擴散條件，當近地面空氣較熱，而上層空氣較冷時，暖空氣密度小而上升，冷空氣密度大而下沉，這樣就會形成垂直方向上的對流運動，有利于污染物的擴散，但是在清晨和夜間，特別是在冬天，近地面溫度低，而高層空氣的溫度要高于近地面，這樣就形成了“逆溫層”（溫度隨高度增加而增加），不利于污染物的擴散，這也是為什么早晚污染物濃度高的原因之一。由于在運動過程中人的生理機體反應，攝入的大氣污染物要比靜態(tài)條件下增加很多倍，會造成人的免疫功能降低，作為每時每刻都要進行新陳代謝活動的呼吸系統(tǒng)，面對大氣污染物也會遭受到嚴重的破壞，大氣污染對戶外運動人群的心肺功能慢性毒害作用非常大，長期連續(xù)的作用于人體，患病風險將會增加。在大氣污染日益加劇的情況下，人們進行體育訓練的效果遠遠達不到預期的結果，反而在與大氣污染物的接觸中損害了身體機能的發(fā)展。大氣污染物還會影響大氣能見度，如飛碟、射擊等體育項目受霧霾影響較大，會遮蔽目標物，影響運動員的準確判斷，從而影響成績。因此運動員的訓練場所應選擇污染物濃度較低的地方，要依據(jù)大氣污染指數(shù)的時間、季節(jié)變化來選擇合適的訓練時間和訓練場地，以此來降低其帶來的不利影響。

3、結論與建議

人類的一切活動都離不開氣象這個大背景，體育運動在一定程度上受到各種氣象要素的顯著影響，一些戶外體育項目強烈依賴于天氣環(huán)境，各類氣象要素作用于人體，人體會產(chǎn)生相應的生理生化反應，從而影響運動員的運動能力。氣象條件對體育訓練的影響主要表現(xiàn)在人體舒適度以及人體對環(huán)境的適應性兩方面，人體舒適度主要體現(xiàn)在氣溫、地表氣壓、風向風速、大氣濕度等方面，因此體育訓練和比賽盡量選擇適宜的氣溫、海拔高度、大氣濕度以及風速條件。而人體對環(huán)境的適應性主要是惡劣環(huán)境所激發(fā)的身體機能的提升，對于高原訓練，海拔高、氣溫低、氣壓低，有利于提高耐受缺氧的能力，改善心肺系統(tǒng)功能，增加血液中血紅蛋白含量,提高機體攜帶、傳輸氧氣的能力，此外，對于大氣污染物濃度高的區(qū)域，不利于運動員的身體機能發(fā)展，還會嚴重損害其身體健康。由于不同的運動員具有不同的訓練要求，可以根據(jù)以上給出的近五年的氣溫、氣壓、風場等氣象要素示意圖，利用海拔高度、氣溫、氣壓、風場條件來自行選擇最優(yōu)的訓練場所。對于戶外運動而言，訓練和比賽盡量選擇在日平均氣溫為17℃-22℃、濕度保持在 50%-60%，微風或無風、無雨或小雨的天氣環(huán)境。氣象行業(yè)應為教練員和運動員提供準確的臨近和短時天氣預報，提高氣象為體育服務的能力，讓氣象更好的服務大眾。綜合氣象要素的影響，全面認識其對體育運動產(chǎn)生的影響機制，長善救失，充分利用地理氣象條件的有利因素，避免其不利因素，發(fā)揮自身的潛能，運動員可以充分利用“天時”條件，發(fā)揮“人和”優(yōu)勢，下面對體育訓練給出以下合理化建議，來提高運動員的競技能力，挑戰(zhàn)極限，創(chuàng)造記錄。

（1）選擇合適的訓練地點。

首先，盡量避開污染源，靠近公路以及廢棄排放的工廠的污染物濃度要比植被茂密的地方高很多，如果訓練條件不允許，周圍還是存在污染源，盡量選擇風大的區(qū)域，有利于污染物的擴散；

其次，海拔高度可以提高耐受缺氧的能力，改善心臟功能，有利于氧的傳送，因此可以選擇一些半高原地區(qū)進行高原訓練，低壓缺氧訓練，可以使運動員適應因海報高度不同而產(chǎn)生的氣壓差異，但是海拔高度要依據(jù)運動員的身體素質決定，不能超出身體極限，否則物極必反，事與愿違；

最后，氣溫的影響也較為重要，人類是恒溫物種，時時刻刻都要保持熱量的平衡，適宜的氣溫可以帶來較好的人體舒適度，更適合體育訓練的開展，夏季可以偏向北方和半高原地區(qū)，北方氣溫相對較低，海拔高氣溫也低，而冬季可以偏向南方，南方氣溫相對較高。

（2）選擇合適的訓練時間。

首先，大氣圈是一個動態(tài)持續(xù)變化的系統(tǒng)，為了減少大氣污染帶來的不利影響，選擇一天中污染物較低的時間進行體育訓練。早晚因為“逆溫層”的存在，不利于污染物的對流擴散，當太陽升起后，地表由冷轉暖，逆溫層被打破，污染物通過對流活動擴散，植物進行光合作用，釋放氧氣，因此對于日溫差不大的區(qū)域，一天之中上午9:00-16:00為較好的訓練時間；

其次，對于日溫差較大的區(qū)域，可以較選擇較為涼爽的時刻，因為運動員在運動過程中體溫會不斷升高，不斷向外釋放熱量，如果外界環(huán)境溫度較高，則會增加運動員的疲勞程度，身體也會產(chǎn)生疲勞反應，產(chǎn)生消極的訓練情緒，甚至引發(fā)中暑和暈倒。