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南非各赛场的海拔有高有低,光高原就够球员受了,更痛苦的是,当球员适应后,再回到海平面的环境下踢球时状态反而会下降。南非世界杯,各国参赛队注定要斗智斗勇斗科技。
当西班牙、意大利、英格兰和法国等在内的多数世界 杯参赛球队提前几个星期爬上阿尔卑斯山区进行高 原集训时,墨西哥人则悠闲地享受着德国南部纽伦堡的低海拔。对于长年在墨西哥城或瓜达拉哈拉这样海拔超过1500米的地方训练比赛的墨西哥球员来说,南非的高原球场不仅不会给他们带来任何不利影响,还可能是他们继1986年墨西哥世界杯之后再次闯入八强的天赐良机。
2007年2月,巴西球队的弗拉门戈前往玻利维亚踢一场南美解放者杯的比赛。他们的对手皇家波托西的主场位于海拔接近4000米的安第斯高原上。弗拉门戈队很快就以0比2落后于对手。球员在中场休息时必须借助氧气罐来缓解高原反应。尽管巴西人最终扳平了比分,但弗拉门戈赛后就宣布将不再在如此高海拔的地方参加比赛。
巴西足协为此向国际足联抱怨,认为像安第斯高原这样的地方根本不适合进行足球比赛。2007年5月,国际足联以维护球员健康为由,出台决定禁止在海拔2500米以上的国家和地区进行国际足球比赛。但是这项决定遭到玻利维亚(首都拉巴斯海拔3650米)、厄瓜多尔(首都基多海拔2850米)和哥伦比亚(首都波哥大海拔2640米)等南美高原国家的强烈反对,因为那将意味着在他们的国家级球场里再也看不到国际性比赛了。这些国家的激烈反应以及南美其他国家对他们的声援,迫使国际足联将这一决定的实施计划搁置起来,等待进一步的研究。
南非世界杯让高原比赛问题再次成为争论焦点。这也是时隔24年之后,世界杯的比赛再次在远远高于海平面的地区举行。南非不是喜马拉雅山脉,也不是安第斯高原,但世界杯的九个主办城市中还是有五个城市位于中等海拔高度,这足以对许多球队提出挑战。决赛举办地约翰内斯堡的海拔最高达到1800米,其他四个城市比勒陀利亚、布隆方丹、波罗瓜尼和勒斯滕堡的海拔也都在1150米至1450米之间。
其他三个主办城市开普敦、德班和伊丽莎白港都在海平面的高度,另外一个主办地内尔斯普雷特只高过海平面670米。在开普敦踢完一场比赛,几天之后又到约翰内斯堡踢另一场比赛,这样的行程肯定会让很多球队犯愁。这也是为什么很多球队要么像巴西一样早早来到南非的赛前训练营,要么像西班牙一样在阿尔卑斯山区找个地理条件相似的高原场地进行备战。
国际足联的首席医疗官德沃夏克(Jiri Dvorak)在接受媒体采访时称,球员们最少花上三到四天的时间就可以适应南非的高原环境。不过很多人对此并不认同。去年世界杯预选赛上,阿根廷在客场1比6惨败给玻利维亚的例子足以让各国球队意识到先期进行高原备战的重要性。
除了高原反应,还有“平原反应”
在南美的海拔争议出现之后,国际足联于2007年10月邀请了多位世界知名的医学科学家在瑞士苏黎世举行了一次会议,以讨论与足球有关的高原效应问题。会议代表们发现,关于足球领域的高原效应缺乏足够的对照研究,所以他们必须从其他运动比如跑步、滑雪和登山等的研究成果中寻找可资借鉴的数据。
球员在高原环境下的体能表现是他们首先关注的问题。他们的结论是,海拔在500米以下,运动员的体能几乎不会受到任何影响。海拔超过500米以后,一些负面效应如心跳加速,呼吸困难和体力下降就会变得明显,而且会随着海拔的不断升高变得越来越严重—当然,有些人的状况可能比其他人更糟糕一些。在海拔2000米的地方,高原病开始显现,低氧适应是必需的。超过了3000米,体能表现就会受到巨大的冲击。
高原给身体机能带来负面影响的根源在于空气中的氧气含量减少,它反过来又限制了血液中的氧含量。个人体能表现的下降能够用一种称为最大摄氧量(VO2max,即每公斤体重每分钟的最大氧气吸入量)的标准来进行量化。
一般人的VO2max的相对值为45,运动员经过体能训练可以达到60-70。对耐力运动员的研究表明,在海拔超过300米的情况下,高度每增加1000米,VO2max的值会降低6个百分点,同时氧气能够维持的时间也会减少大约14个百分点。
使体能下降幅度最小化的标准途径是经历一段时期的适应过程。国际足联的建议为三到五天的高原适应期,尽管这不可能让你完全恢复到在海平面高度时的体能水准。即使是长年生活在3600米海拔高度的玻利维亚球员,他们的VO2max值比生活在海平面高度的球员也要低上大约12个百分点。
如果是这样的话,高原的生理效应会影响到世界杯比赛的结果吗?或许不会那么明显。因为南非世界杯的九个主办城市的海拔都在2000米以下,赛事期间32支球队中的大部分球队都将驻扎在高海拔的地方。而那些不会住在高海拔地方的球员们也肯定会使用“缺氧舱”来作赛前准备。
“缺氧舱”模拟了高海拔环境下的空气特点,通过往舱内注入人造氮气来减少其中氧气所占的比例。在这种类似高原的低氧状态下,球员体内的红血球会因为氧气缺乏的刺激而迅速增加。这样一来,人体向肌肉输送氧气的能力也随之增强,血色素和血红蛋白含量也有所提升,球员的耐力与竞技状态会得到显著提高。
不过,对高原的适应带来的并非都是积极的一面。一些研究人员注意到,有些已经适应了高原环境的球员在突然回到海平面高度之后,竞技状态反而会出现下滑。这种情况会让他们在与适应了海平面环境的对手交锋时处于不利局面。这种情况可能会影响到世界杯后期的一些比赛,因为两场半决赛都将在海平面环境下进行,而每场比赛中的对阵双方都将有一支球队是在高原环境下的1/4决赛的胜利者,另一支则是在海平面环境下的晋级队。
更快的球
受高海拔环境影响的并不只是体能表现。国际足联的研究小组得出的另一个结论是,高原海拔很可能会改变足球飞行的空气动力学,这将让球员们措手不及。
造成这种情况的关键在于大气密度的降低,它影响着足球在空气中运行的速度和旋转球体的弧度。通常情况下,海拔每升高1000米,大气压力(空气密度)就会减少大约11个百分点。抛开其他的因素,约翰内斯堡的大气压力只相当于开普敦的81%左右。
温度也会对空气密度产生影响。在垂直方向上,气温每上升10摄氏度,空气密度就会降低3个百分点。因此,开普敦的寒冷夜晚(7摄氏度)与约翰内斯堡的相对温暖的下午(11摄氏度)在空气密度上的差别可能超过20%。这种差别在世界杯期间是极有可能出现的。
为了了解这种差别在实际比赛中会意味着什么,我们来设想一次从禁区外正对球门18米的地方瞄准球门左上角的射门。如果是在海平面环境下,这脚射门完成之后,足球的飞行速度是每秒22.8米,它将在0.817秒之后越过球门线。换成高海拔环境会出现什么结果?由于阻力是与空气密度成比例的,在海拔1700米的高度完成同样的射门之后,球速会超过在海平面环境下的射门,足球会在0.801秒之后过界。但在0.801秒这个时刻,海平面环境下的球体实际上会落后于现在这个球体两个直径的距离。由于少了这段飞行距离,在高原环境下的球体下坠的时间就被缩短,足球最终将被球门横梁给挡住。
在这种情况下,球员就必须了解并适应足球飞行状况的细微变化。为了确保足球能飞入球门横梁下沿,他们必须学习比平时瞄准得更低一些,把足球射出去的角度减小半度。防守球员也同样需要适应。习惯了足球在海平面环境下飞行规律的守门员需要比平时更快地做出反应,否则的话就只能眼睁睁地看着足球从他们张开的手指间飞入网中。
再来看一个从同样地点以不同方式完成的射门。这次的射门要绕过门前排着的防守球员人墙。这需要通过运用侧旋,生成一种力量(所谓的马格努斯力)使球体的运行轨道发生弯曲。在海平面环境下完成射门之后,足球的飞行速度是每秒20米,它会绕过防守人墙的右边,在1.114秒之后飞入球门左上角。在约翰内斯堡,同样一脚射门将会掠过横梁或者击中人墙,这是因为较低的空气密度减少了空气阻力和球体的旋转效果。
经过适应性训练后,球员们将学会踢在球体更低的部位,以制造更强的旋转,使足球能绕过人墙飞入球门顶角。这样射出去的足球会比海平面环境下的足球提前0.03秒的时间或者两个足球直径的距离越过球门线。如果守门员像在海平面环境下作出反应,估计他的扑救动作还没完全展开,对方的射门就已经洞穿网底了。
这种理论上的可能已经说了很多。有没有什么证据证明高海拔的确影响到了足球比赛的结果呢?牛津大学的工程师麦克谢瑞(Patrick McSharry)调查了1900至2004年间在南美洲举行的1460场国际比赛。他发现,真正造成影响的不是海拔本身,而是海拔的变化。在综合考虑了足球技术上的差别之后,来自高原环境的球队在主场对阵来自海平面环境的球队时,取胜的概率大大地增加了。反之亦然,当高原环境的球队来到海平面环境中,他们就不太可能会赢得比赛。
谁来主罚任意球
这种胜负变化既可能是因为球员的体能状况,也可能是因为足球的空气动力特性。当然,战术变化也可能起到了很大作用,球队可能改变他们的踢球方式以弥补足球飞行方式变化带来的影响。为了验证这种假设,研究人员对墨西哥队在2010年世界杯预选赛阶段的八场比赛中的数据进行了研究。其中就包括了在海拔2288米的墨西哥城的阿兹台克体育场举行的四场主场比赛。
英国著名的体育数据分析公司Prozone提供的数据表明,随着海拔的增加,墨西哥人在禁区外完成的远射次数也在增加,同时在禁区内完成的射门次数则相应减少。这就意味着,在高海拔的情况下,教练可能要求球员更多地尝试远距离射门,以利用那种路线更直,速度更快的足球飞行轨道。
类似的战术考虑也可能在南非被采用。设想一场在约翰内斯堡进行的比赛中,出现了一个距离球门18米处的直接任意球的机会。当四名防守球员排成人墙之后,进攻方的队长和队中两名主要的任意球主罚球员讨论主罚方式。这两名球员中,一位是以大力直线射门著称,而另一位则是踢弧线球的专家。队长应该选择谁来操刀?
依据物理学的原则,应该由弧线球专家来主罚。如果守门员没有完全适应高原环境下足球的飞行轨道,弧线球射门会有更大的时间优势。唯一的问题在于,这样的射门方式要求非常精确,因为在高海拔地区弧线球可允许的误差要小得多。
值得一提的是,在1986年的墨西哥世界杯上,最终获得冠军的阿根廷队所有场次的比赛都是在海拔2000米以上的地方进行的。而其他所有的主要竞争对手都或多或少经历了海拔的变化。阿根廷人是否因此得益了呢?就算事实如此,同样的情况将不会出现在南非世界杯上。因为南非各个比赛场地的海拔差异,无论哪支球队最终夺冠,它都会在某个阶段经历从高到低,再从低到高的海拔变换过程。
总之,世界杯的关键启示就是,各参赛球队必须要认真考虑在高原环境下的过渡、适应和战术等问题。球员们将需要适应海拔变化,尤其是这种变化对足球的飞行路线带来的影响。懂得充分利用高海拔因素或者已经习惯从低海拔向高海拔转变的球队将会从中受益。
南非的球场有多高
皇家班佛肯体育场
所在城市:鲁斯腾堡
海拔:1179米
容量:44530人
5场小组赛、第二轮
绿点球场
所在城市:开普敦
海拔:9米
容量:66005人
5场小组赛、第二轮、1/4决赛、半决赛
纳尔逊
当西班牙、意大利、英格兰和法国等在内的多数世界 杯参赛球队提前几个星期爬上阿尔卑斯山区进行高 原集训时,墨西哥人则悠闲地享受着德国南部纽伦堡的低海拔。对于长年在墨西哥城或瓜达拉哈拉这样海拔超过1500米的地方训练比赛的墨西哥球员来说,南非的高原球场不仅不会给他们带来任何不利影响,还可能是他们继1986年墨西哥世界杯之后再次闯入八强的天赐良机。
2007年2月,巴西球队的弗拉门戈前往玻利维亚踢一场南美解放者杯的比赛。他们的对手皇家波托西的主场位于海拔接近4000米的安第斯高原上。弗拉门戈队很快就以0比2落后于对手。球员在中场休息时必须借助氧气罐来缓解高原反应。尽管巴西人最终扳平了比分,但弗拉门戈赛后就宣布将不再在如此高海拔的地方参加比赛。
巴西足协为此向国际足联抱怨,认为像安第斯高原这样的地方根本不适合进行足球比赛。2007年5月,国际足联以维护球员健康为由,出台决定禁止在海拔2500米以上的国家和地区进行国际足球比赛。但是这项决定遭到玻利维亚(首都拉巴斯海拔3650米)、厄瓜多尔(首都基多海拔2850米)和哥伦比亚(首都波哥大海拔2640米)等南美高原国家的强烈反对,因为那将意味着在他们的国家级球场里再也看不到国际性比赛了。这些国家的激烈反应以及南美其他国家对他们的声援,迫使国际足联将这一决定的实施计划搁置起来,等待进一步的研究。
南非世界杯让高原比赛问题再次成为争论焦点。这也是时隔24年之后,世界杯的比赛再次在远远高于海平面的地区举行。南非不是喜马拉雅山脉,也不是安第斯高原,但世界杯的九个主办城市中还是有五个城市位于中等海拔高度,这足以对许多球队提出挑战。决赛举办地约翰内斯堡的海拔最高达到1800米,其他四个城市比勒陀利亚、布隆方丹、波罗瓜尼和勒斯滕堡的海拔也都在1150米至1450米之间。
其他三个主办城市开普敦、德班和伊丽莎白港都在海平面的高度,另外一个主办地内尔斯普雷特只高过海平面670米。在开普敦踢完一场比赛,几天之后又到约翰内斯堡踢另一场比赛,这样的行程肯定会让很多球队犯愁。这也是为什么很多球队要么像巴西一样早早来到南非的赛前训练营,要么像西班牙一样在阿尔卑斯山区找个地理条件相似的高原场地进行备战。
国际足联的首席医疗官德沃夏克(Jiri Dvorak)在接受媒体采访时称,球员们最少花上三到四天的时间就可以适应南非的高原环境。不过很多人对此并不认同。去年世界杯预选赛上,阿根廷在客场1比6惨败给玻利维亚的例子足以让各国球队意识到先期进行高原备战的重要性。
除了高原反应,还有“平原反应”
在南美的海拔争议出现之后,国际足联于2007年10月邀请了多位世界知名的医学科学家在瑞士苏黎世举行了一次会议,以讨论与足球有关的高原效应问题。会议代表们发现,关于足球领域的高原效应缺乏足够的对照研究,所以他们必须从其他运动比如跑步、滑雪和登山等的研究成果中寻找可资借鉴的数据。
球员在高原环境下的体能表现是他们首先关注的问题。他们的结论是,海拔在500米以下,运动员的体能几乎不会受到任何影响。海拔超过500米以后,一些负面效应如心跳加速,呼吸困难和体力下降就会变得明显,而且会随着海拔的不断升高变得越来越严重—当然,有些人的状况可能比其他人更糟糕一些。在海拔2000米的地方,高原病开始显现,低氧适应是必需的。超过了3000米,体能表现就会受到巨大的冲击。
高原给身体机能带来负面影响的根源在于空气中的氧气含量减少,它反过来又限制了血液中的氧含量。个人体能表现的下降能够用一种称为最大摄氧量(VO2max,即每公斤体重每分钟的最大氧气吸入量)的标准来进行量化。
一般人的VO2max的相对值为45,运动员经过体能训练可以达到60-70。对耐力运动员的研究表明,在海拔超过300米的情况下,高度每增加1000米,VO2max的值会降低6个百分点,同时氧气能够维持的时间也会减少大约14个百分点。
使体能下降幅度最小化的标准途径是经历一段时期的适应过程。国际足联的建议为三到五天的高原适应期,尽管这不可能让你完全恢复到在海平面高度时的体能水准。即使是长年生活在3600米海拔高度的玻利维亚球员,他们的VO2max值比生活在海平面高度的球员也要低上大约12个百分点。
如果是这样的话,高原的生理效应会影响到世界杯比赛的结果吗?或许不会那么明显。因为南非世界杯的九个主办城市的海拔都在2000米以下,赛事期间32支球队中的大部分球队都将驻扎在高海拔的地方。而那些不会住在高海拔地方的球员们也肯定会使用“缺氧舱”来作赛前准备。
“缺氧舱”模拟了高海拔环境下的空气特点,通过往舱内注入人造氮气来减少其中氧气所占的比例。在这种类似高原的低氧状态下,球员体内的红血球会因为氧气缺乏的刺激而迅速增加。这样一来,人体向肌肉输送氧气的能力也随之增强,血色素和血红蛋白含量也有所提升,球员的耐力与竞技状态会得到显著提高。
不过,对高原的适应带来的并非都是积极的一面。一些研究人员注意到,有些已经适应了高原环境的球员在突然回到海平面高度之后,竞技状态反而会出现下滑。这种情况会让他们在与适应了海平面环境的对手交锋时处于不利局面。这种情况可能会影响到世界杯后期的一些比赛,因为两场半决赛都将在海平面环境下进行,而每场比赛中的对阵双方都将有一支球队是在高原环境下的1/4决赛的胜利者,另一支则是在海平面环境下的晋级队。
更快的球
受高海拔环境影响的并不只是体能表现。国际足联的研究小组得出的另一个结论是,高原海拔很可能会改变足球飞行的空气动力学,这将让球员们措手不及。
造成这种情况的关键在于大气密度的降低,它影响着足球在空气中运行的速度和旋转球体的弧度。通常情况下,海拔每升高1000米,大气压力(空气密度)就会减少大约11个百分点。抛开其他的因素,约翰内斯堡的大气压力只相当于开普敦的81%左右。
温度也会对空气密度产生影响。在垂直方向上,气温每上升10摄氏度,空气密度就会降低3个百分点。因此,开普敦的寒冷夜晚(7摄氏度)与约翰内斯堡的相对温暖的下午(11摄氏度)在空气密度上的差别可能超过20%。这种差别在世界杯期间是极有可能出现的。
为了了解这种差别在实际比赛中会意味着什么,我们来设想一次从禁区外正对球门18米的地方瞄准球门左上角的射门。如果是在海平面环境下,这脚射门完成之后,足球的飞行速度是每秒22.8米,它将在0.817秒之后越过球门线。换成高海拔环境会出现什么结果?由于阻力是与空气密度成比例的,在海拔1700米的高度完成同样的射门之后,球速会超过在海平面环境下的射门,足球会在0.801秒之后过界。但在0.801秒这个时刻,海平面环境下的球体实际上会落后于现在这个球体两个直径的距离。由于少了这段飞行距离,在高原环境下的球体下坠的时间就被缩短,足球最终将被球门横梁给挡住。
在这种情况下,球员就必须了解并适应足球飞行状况的细微变化。为了确保足球能飞入球门横梁下沿,他们必须学习比平时瞄准得更低一些,把足球射出去的角度减小半度。防守球员也同样需要适应。习惯了足球在海平面环境下飞行规律的守门员需要比平时更快地做出反应,否则的话就只能眼睁睁地看着足球从他们张开的手指间飞入网中。
再来看一个从同样地点以不同方式完成的射门。这次的射门要绕过门前排着的防守球员人墙。这需要通过运用侧旋,生成一种力量(所谓的马格努斯力)使球体的运行轨道发生弯曲。在海平面环境下完成射门之后,足球的飞行速度是每秒20米,它会绕过防守人墙的右边,在1.114秒之后飞入球门左上角。在约翰内斯堡,同样一脚射门将会掠过横梁或者击中人墙,这是因为较低的空气密度减少了空气阻力和球体的旋转效果。
经过适应性训练后,球员们将学会踢在球体更低的部位,以制造更强的旋转,使足球能绕过人墙飞入球门顶角。这样射出去的足球会比海平面环境下的足球提前0.03秒的时间或者两个足球直径的距离越过球门线。如果守门员像在海平面环境下作出反应,估计他的扑救动作还没完全展开,对方的射门就已经洞穿网底了。
这种理论上的可能已经说了很多。有没有什么证据证明高海拔的确影响到了足球比赛的结果呢?牛津大学的工程师麦克谢瑞(Patrick McSharry)调查了1900至2004年间在南美洲举行的1460场国际比赛。他发现,真正造成影响的不是海拔本身,而是海拔的变化。在综合考虑了足球技术上的差别之后,来自高原环境的球队在主场对阵来自海平面环境的球队时,取胜的概率大大地增加了。反之亦然,当高原环境的球队来到海平面环境中,他们就不太可能会赢得比赛。
谁来主罚任意球
这种胜负变化既可能是因为球员的体能状况,也可能是因为足球的空气动力特性。当然,战术变化也可能起到了很大作用,球队可能改变他们的踢球方式以弥补足球飞行方式变化带来的影响。为了验证这种假设,研究人员对墨西哥队在2010年世界杯预选赛阶段的八场比赛中的数据进行了研究。其中就包括了在海拔2288米的墨西哥城的阿兹台克体育场举行的四场主场比赛。
英国著名的体育数据分析公司Prozone提供的数据表明,随着海拔的增加,墨西哥人在禁区外完成的远射次数也在增加,同时在禁区内完成的射门次数则相应减少。这就意味着,在高海拔的情况下,教练可能要求球员更多地尝试远距离射门,以利用那种路线更直,速度更快的足球飞行轨道。
类似的战术考虑也可能在南非被采用。设想一场在约翰内斯堡进行的比赛中,出现了一个距离球门18米处的直接任意球的机会。当四名防守球员排成人墙之后,进攻方的队长和队中两名主要的任意球主罚球员讨论主罚方式。这两名球员中,一位是以大力直线射门著称,而另一位则是踢弧线球的专家。队长应该选择谁来操刀?
依据物理学的原则,应该由弧线球专家来主罚。如果守门员没有完全适应高原环境下足球的飞行轨道,弧线球射门会有更大的时间优势。唯一的问题在于,这样的射门方式要求非常精确,因为在高海拔地区弧线球可允许的误差要小得多。
值得一提的是,在1986年的墨西哥世界杯上,最终获得冠军的阿根廷队所有场次的比赛都是在海拔2000米以上的地方进行的。而其他所有的主要竞争对手都或多或少经历了海拔的变化。阿根廷人是否因此得益了呢?就算事实如此,同样的情况将不会出现在南非世界杯上。因为南非各个比赛场地的海拔差异,无论哪支球队最终夺冠,它都会在某个阶段经历从高到低,再从低到高的海拔变换过程。
总之,世界杯的关键启示就是,各参赛球队必须要认真考虑在高原环境下的过渡、适应和战术等问题。球员们将需要适应海拔变化,尤其是这种变化对足球的飞行路线带来的影响。懂得充分利用高海拔因素或者已经习惯从低海拔向高海拔转变的球队将会从中受益。
南非的球场有多高
皇家班佛肯体育场
所在城市:鲁斯腾堡
海拔:1179米
容量:44530人
5场小组赛、第二轮
绿点球场
所在城市:开普敦
海拔:9米
容量:66005人
5场小组赛、第二轮、1/4决赛、半决赛
纳尔逊