氣象條件對馬拉松成績影響的研究

武雪蓮

馬拉松比賽時長為2～5h，屬于高強度運動。整個運動過程是對人體極限的挑戰，除了對體質和技能要求很高，其成績受天氣影響也很大。Trapasso L M[8]分析了1957—1987年波士頓男子馬拉松特異成績與氣象條件關系，認為陰天并伴有微量降水的天氣較容易破紀錄，Timo Vihma[9]分析了1980—2008年斯德哥爾摩馬拉松成績與天氣的關系，表明氣溫、風速、濕度與日光照射都可以影響未完成比賽的人數比例。Ely等[5]研究了10～36年間美國和加拿大馬拉松賽，認為濕球溫度與馬拉松成績有很大相關。Zhang Suping[11]，趙國 雄[3]，葉 殿 秀 等[2]研 究 了 北 京馬拉松比賽成績與天氣條件的影響，從不同角度做出不同的結論。以上研究大都是針對具體地區進行研究，有必要對世界所有馬拉松賽事進行研究，以從整體上把握天氣條件對馬拉松賽事的影響。本研究通過研究世界優秀馬拉松賽事與天氣的相互關系，以及不同性別、不同競技能力水平的人群所受的影響，探尋不同氣象因子在不同范圍內對運動成績的影響規律，以期為運動訓練計劃和比賽狀態調整、提高運動成績提供理論依據和預防措施。

1 研究對象與方法

馬拉松的比賽成績分別從國際田聯網站和各城市馬拉松的網站獲得的官方數據，選取了10年內各賽次的前3名平均成績、前8名平均成績、第25名、第50名、第100名成績代表不同競技能力水平的群體作為數據統計依據，其中世錦賽和奧運會8場賽事的參賽運動員成績不足百人，故取其余43場賽事第100名平均值代替。所查閱的比賽有世界錦標賽（6）、奧運會馬拉松比賽（2）、倫敦馬拉松賽（8）、紐約馬拉松賽（11）、巴黎馬拉松賽（3）、柏林馬拉松賽（12）、東京馬拉松賽（5）、芝加哥馬拉松賽（4）等51場比賽（以上括號內的數字為所參閱的比賽場次），所選賽次皆為近幾年來世界著名的馬拉松賽事，無論從比賽規模和比賽成績都是世界頂尖級的。

氣象數據來自世界氣象組織網站對當時當地氣候情況的官方數據記載，其數據精確到每半小時天氣情況。因為所選賽次的運動員比賽成績在2～3h之間，為此，統計比賽時段的氣象要素時，如鳴槍時間不為正點或正半點，則以之前正點或正半點和之后兩個整點觀測值進行統計，如鳴槍時間為正點或正半點，則以之后3h觀測值進行統計。分別從賽中平均氣溫、濕度、風速、海平面壓等4個氣象因子分析天氣對馬拉松比賽成績的影響。人類的實際冷熱感不僅取決于單個氣象指數，人體生物氣象綜合指數，例如風冷指數（Ko）、不適指數（Ic）、有效溫度（有風，ETv）等對機體產生影響的因子也在分析之列。其公式如下：

所有數據采用SPSS 13.0統計軟件進行分析處理，顯著性水平為P＜0.05，非常顯著性水平為P＜0.01。

2 研究結果與分析

在過熱或過冷氣候下進行馬拉松賽事是具有爭議性的[7]，大部分馬拉松賽事也大都是在比較涼爽的天氣條件下進行的[4]。根據田徑競賽規則，公路賽跑在4月或5月，或者9月至12月，故而氣象值少有極端值出現。然而，競賽中的天氣變化常常是難以預測，甚至是一個競賽過程中的溫差，風速等都會有不同變化。例如，2011年巴黎馬拉松在比賽過程中的前3h內溫差變化7℃，競賽日的溫差變化為15℃，因此，天氣變化的不確定性無法讓競賽者給自己充分的準備。只能是盡可能了解氣象的信息，使其能在訓練中做好足夠的適應。天氣對運動員的影響主要反應在環境對體熱的控制。馬拉松運動過程中的體熱變化主要反應在熱平衡調控，即能量代謝所產生的熱量與環境的交換。熱平衡方程可以描述熱能與環境交換過程：

S是指機體所儲存的熱量，M即機體代謝所產生的熱能，W代表用于做體外工作的小部分熱量，對流（C）和輻射（R）主要是熱能交換，E是蒸發丟失的熱量。通過公式可知，馬拉松運動過程中環境對機體的影響主要是熱能交換。其方式主要是以皮膚為媒介，通過輻射、對流和蒸發等方式進行熱交換。

2.1 氣象條件與比賽成績的關系

2.1.1 氣溫與運動成績

從表1、表2中可看出，氣溫與運動員成績的相關性具有性別差異。男子優秀運動員前3名與前8名平均成績都與氣溫呈正相關，表明氣溫越高，比賽耗時越多，成績越差。女運動員的相關統計結果有所不同，第25名 、第50名、第100名 的比賽成績與氣溫都呈負相關，表明氣溫越高，比賽耗時越少，成績越好。從男、女對比中發現，男子優秀馬拉松運動員對高溫反應比較敏感，而非優秀女運動員對冷較為敏感，高溫未能影響優秀女運動員創造優異成績，這與葉殿秀等研究結果一致[2]。

從個別賽事、運動員個體角度依然可以看出明顯的氣溫與運動成績，以及男、女差異的關系，2007年大阪國際男子馬拉松賽事，早晨7：00鳴槍時，當地氣溫就已達28℃，濕度則高達81%；至比賽結束時，濕度下降到67%，溫度則上升到33℃。高溫高濕造成運動員們的成績普遍偏低，其成績是所選51場馬拉松賽事中成績最低的一屆?？夏醽嗊\動員吉貝特最終用了2h15min 59s奪得了冠軍，這一成績比他的賽季最好成績慢了5min 52s。而女子比賽過程中最高溫度也一度達到30℃，最低溫度28℃，然整個比賽成績雖在近幾屆世界錦標賽表現最低，但在51場賽事成績中列于中等。

表1 男子馬拉松比賽運動員運動成績與氣象因子相關系數一覽表Table1 Correlation Coefficient between Men’s Marathon Athletes’Performance and Meteorological Factor

表2 女子馬拉松比賽運動員運動成績與氣象因子相關系數一覽表Table2 Correlation Coefficient between Women’s Marathon Athletes’Performance and Meteorological Factor

2.1.2 濕度與比賽成績

從表1和表2中可以看出，相對濕度與馬拉松運動員比賽成績并沒有呈統計上的顯著相關。從整體角度無法看出相對濕度對成績的影響。Trapasso和Cooper[8]研究曾表明，干球溫度和相對濕度并不能夠很好地解釋其與馬拉松成績的關系。Hentschel G[6]認為，氣溫適中的前提下，相對濕度變化對人體影響較少，只有極高或極低氣溫下，相對濕度才能對人體所感受到的有效溫度產生影響。因此，濕度對人體的影響須從更細致的角度，或者與氣溫等其他氣象因子結合才能有所表現。

2.1.3 風速與比賽成績

風速對溫度的影響主要是因為風可以使得空氣流動加快，把處于高溫的機體熱量帶走。同時風速大，蒸發散熱也會加強。另外，風速過大時，克服空氣阻力會增加體力消耗進而影響競賽成績。從表1、表2相關性統計分析結果看，風速對于馬拉松運動員成績沒有很大影響，僅女子第50名與第100名運動員成績與風速呈顯著相關，表明風速對于非優秀女子馬拉松運動員成績影響較大。但風速值過大時對所有運動員都有影響，所選取的賽事中風速相對比較穩定，大都在20km/h（5.6m/s）以下，但是，有3場比賽日本東京2010、2009和2007年賽事的風速超過25km/h（6.9m/s）。這3場賽事所有成績都較東京馬拉松其他年份賽事成績降低很多。

2.1.4 海平面氣壓與比賽成績

通常情況下人們很少關心大氣壓力的變化及其影響。人體對氣壓的變化有較強的適應能力，對運動成績的影響不像溫度、濕度那么顯著，但也不能完全忽略不計。氣壓對人體的影響可歸納為生理影響和心理影響。從生理角度主要是影響人體內氧氣的供給，人每天需要大約750 mg的氧氣，其中20%為大腦所用。當自然氣壓下降時，大氣中氧分壓、肺泡中氧分壓以及動脈血氧飽和度都隨之下降，血氧過少，運動員容易疲勞。因此，高氣壓有利于運動員成績的發揮。氣壓會使人心理上產生壓抑感，例如，低氣壓下的陰雨和濕冷天氣以及高溫、高濕的悶熱天氣，常會使人憂郁煩躁，這會引起即植物神經趨于緊張，釋放腎上腺素，導致血壓上升、心率加快、呼吸急促等。這些影響對于優秀運動員來說，大多都能通過訓練產生適應，故未發現統計上的顯著差異。本研究將男、女所有前8名共408個成績取前10%與后10%，各40人的成績進行散點圖對比（圖1、圖2），男子前40名成績的氣壓都均勻分布在1 200hpa左右，呈倒三角形，而男子后40名成績則約分布在約1 015hpa的兩側，呈 W型，表明氣壓高更易獲得優異成績，但大部分成績都產生于1 010hpa以上。而女子成績的氣壓分布則表現不同，女子前40名運動員成績大都分布在1 010hpa與1 020hpa之間呈X型，后40名運動員成績大都分布在1 010hpa左右，呈有傾斜的U型。通過對比圖可知，男子運動員優秀成績出現在1 015～1 025hpa之間，而女子運動員優異成績則出現在1 010～1 020hpa之間，稍滯后于男子。

2.1.5 生物氣象因子與比賽成績

根據本研究所查閱到的氣象信息，所能計算出的生物氣象因子包括：有效溫度（有風）、風冷指數和舒適指數。對于女子運動員來說，生物氣象學指標比單一氣象指標相關性要好（表2），有效溫度（有風）、舒適度都與女運動員成績呈顯著負相關，意味著有效溫度和舒適度越高，運動成績越好。風冷指數則與女運動員成績呈正相關，風冷指數是表示人體散熱能力的指標，其值越高成績越差，表示散熱大則成績差。女子風冷指數和舒適度與成績的相關性表明，女運動員耐熱不耐冷。但是，男子的生物氣象指數大部分沒有表現統計上的顯著性（表1），僅有舒適度指標與成績呈顯著正相關，舒適指數越大，則成績越差（由計算公式可知，氣溫越高，舒適指數越大），表明男運動員對熱的耐受力差，這一研究結果與葉殿秀等研究結果一致[2]。

圖1 男子馬拉松比賽成績與氣壓分布散點圖Figure1.Grade Scatter Distribution of Men’s Performance and Air Pressure

圖2 女子馬拉松比賽成績與氣壓分布散點圖Figure2.Grade Scatter Distribution of Women’s Performance and Air Pressure

2.2 氣象成績分類

氣象成績分類能更明確地發現每個氣象因子在不同類別下對成績影響的程度，本研究根據前人研究的成果對各個氣象因子分類，其結果如下。

2.2.1 風速分類

葉殿秀等[2]研究表明，男子馬拉松運動適宜風速指標為2～4m/s，女子為2～5m/s。本研究以每1m/s劃分一個類別，分類為＞4m/s，3～4m/s，2～3m/s，＜2m/s四個類別，比較均值變化。結果表明男子在各個分類上成績并不具有顯著差異（表略），而女子各名次成績與風速則都具有顯著差異（表3），主要差異都存在＞4m/s與2～3 m/s，＜2m/s的風速下（P＜0.05），表明風速越大對女子成績影響越大。風速的作用主要是散熱與阻力或助力，當風速大于4m/s，散熱能力加強，運動員所受阻力或者助力增加，女運動員較男運動員速度慢，力量弱，對抗阻力能力較差，風大散熱快，對其耐熱不耐冷的體質特點也會不利，其成績會受到影響。而男運動員不耐高熱的特點在大風散熱快的條件下有所補償，對成績影響不大。

2.2.2 不同有效溫度分類對男子運動員的影響

人體在戶外條件下感覺等級分類主要是基于有效溫度，有效溫度是指個體對周圍溫度的知覺，是個體的主觀感受。許多因素會使有效溫度發生變化，主要有濕度、風速。根據Hentschel[6]的研究表明，有效溫度是解釋炎熱和悶熱程度的最合適指標。對于戶外娛樂、旅游和人類生活來說12℃≤ET≤24℃屬于比較舒適的溫度，而0～12℃則是感覺比較涼爽，大于30℃則會感覺炎熱。對于競賽中的溫度是否是一致？Zhang Suping[11]對北京國際馬拉松賽9年的成績分類發現8～15℃是最適合馬拉松運動員出成績的有效溫度?；谝陨涎芯勘狙芯恳?℃為一個階段進行分類。

表3 風速分類對女子馬拉松比賽運動員的影響一覽表Table3 Women’s Wind Speed Classification （±SD）

表3 風速分類對女子馬拉松比賽運動員的影響一覽表Table3 Women’s Wind Speed Classification （±SD）

注：＊代表P＜0.05。

＞4m/s 3～4m/s 2～3m/s ＜2m/s F P前3名 9 118±622 8 859±378 8 667±145 8 752±299 2.83 0.04＊前8名 9 321±659 9 018±393 8 818±159 8 894±299 3.32 0.03＊第25名 10 597±560 10 338±500 10 028±362 10 052±497 3.6 0.02＊第50名 11 223±413 10 595±376 10 680±389 10 650±523 4.56 0.01＊第100名 11 802±474 11 495±385 11 360±328 11 259±390 4.29 0.01＊

從表4中可以看出，對于男子前3名與前8名運動員，4個有效溫度類別下的成績有顯著差異，進一步檢驗后表明對于前3名運動員，＞20℃的成績與15℃～20℃（P＜0.05），10℃～15℃（P＜0.01），＜10℃（P＜0.01）都有顯著差異，成績明顯在＞20℃條件下有較大下降，而15℃～20℃與10℃～15℃有效溫度條件下的成績也有顯著差異（P＜0.05）。對于前8名運動員也有類似的趨勢。但第25名與第50名、第100名運動員成績在不同的有效溫度分類下成績并沒有顯著差異。由此可知，對于男子優秀馬拉松運動員 （前8名）受有效溫度影響較高，10℃～15℃是較適宜出成績的溫度，隨著溫度升高，其成績變化呈下降趨勢，而對于非優秀運動員的影響相對較弱。這主要是由于男運動員速度較快，代謝產熱高，同時高溫帶來大量排汗，礦物質流失嚴重，容易疲勞。

表4 有效溫度分類對男子馬拉松比賽運動員的影響一覽表Table4 Men’s Effective Temperature Classification （±SD）

表4 有效溫度分類對男子馬拉松比賽運動員的影響一覽表Table4 Men’s Effective Temperature Classification （±SD）

注：＊＊代表P＜0.01，＊代表P＜0.05。下同。

＞20℃ 15℃～20℃ 10℃～15℃ ＜10℃F P前3名 7 887±235 7 726±100 7 638±99 7 694±127 5.28 0.00＊＊前8名 7 963±215 7 845±120 7 747±102 7 784±135 4.27 0.01＊第25名 8 370±258 8 577±217 8 459±362 8 610±368 0.97 0.41第50名 9 011±480 8 984±234 8 935±184 8 955±236 0.17 0.91第100名 9 429±186 8 481±191 9 392±190 9 432±161 0.78 0.51

2.2.3 不同有效溫度分類對女子運動員的影響

為了便于了解性別差異，將女運動員的分類標準等同于男運動員。從表5中可以看出，對于女子前3名和前8名運動員來說，有效溫度并沒有給成績帶來很大影響，而第25名、第50名、第100名運動員受影響較大，其在＞20℃條件下成績明顯好（P＜0.05），而15℃～20℃與10℃～15℃條件下的溫度也有差異（P＜0.05），說明女子非優秀運動員對于低溫更敏感，耐高溫能力較男子更強，與前述一致。

2.2.4 風冷指數分類

葉殿秀等研究認為[2]，男、女最適合的風冷指數為400～500，本研究根據這一結果將風冷指數分類4類：＞600，500～600，400～500，＜400。分析結果表明，不同的風冷指數分類結果并未對男子運動員有影響（表略），而對女子具有顯著差異（表6），進一步做各水平間的比較發現，前3名運動員均值與前8名運動員均值的差異都表現在風冷指數＞600下的成績差于其他類別（P＜0.05）。而第25名、第50名、第100名運動員成績各水平間的顯著差異表現在＜400類別下成績明顯高于其他類別。表明優秀女運動員對于＞600的風冷指數比較敏感，而非優秀運動員在＜400的風冷指數下成績明顯見好。

表5 女子馬拉松比賽有效溫度分類一覽表Table5 Women’s Effective Temperature Classification （±SD）

表5 女子馬拉松比賽有效溫度分類一覽表Table5 Women’s Effective Temperature Classification （±SD）

＞20℃ 15℃～20℃ 10℃～15℃ ＜10℃F P前3名 8 901±112 8 669±135 8 798±388 9 089±412 2.52 0.07前8名 8 952±100 8 836±161 8 974±399 9 258±652 2.19 0.10第25名 9 430±193 10 051±555 10 363±339 10 504±544 7.04 0.00＊＊第50名 10 305±646 10 729±574 10 918±279 11 097±467 3.73 0.02＊第100名 10 866±448 11 352±445 11 535±365 11 649±439 4.54 0.01＊

表6 不同風冷指數分類對女子馬拉松比賽運動員的影響一覽表Table6 Women’s Wind Chill Index Classification （±SD）

表6 不同風冷指數分類對女子馬拉松比賽運動員的影響一覽表Table6 Women’s Wind Chill Index Classification （±SD）

＞600 500～600 400～500 ＜400F P前3名 9 203±584 8 739±326 8 743±342 8 773±289 3.70 0.02＊前8名 9 373±654 8 939±323 8 877±373 8 920±287 3.43 0.02＊第25名 10 584±561 10 360±305 10 211±476 9 975±555 3.63 0.02＊第50名 11 175±471 10 902±278 10 955±263 10 593±587 3.99 0.01＊第100名 11 717±339 11 544±353 11 549±389 11 196±400 4.28 0.01＊

3 結論

馬拉松比賽受天氣條件影響較大，但不同性別，具不同競技能力的群體所受影響不同。

1.氣溫對男、女馬拉松比賽運動員成績都有影響，優秀男子馬拉松運動員（前8名）對高溫反應比較敏感，而女運動員對冷較為敏感，高溫則未能影響優秀女運動員（前8名）成績發揮。

2.海平面壓對男、女運動員運動成績影響表現不同，男運動員對于氣壓高更易獲得優異成績，大部分成績都產生于1 010hpa以上，優異成績更多頻次出現在1 015～1 025hpa之間，而女運動員優異成績則出現在1 010～1 020hpa之間。

3.單個濕度因子對馬拉松比賽運動成績并沒有很大影響，風速對于馬拉松運動員成績影響也不大，僅女子第50名與第100名運動員成績與風速呈顯著相關，表明風速對于女子非優秀馬拉松運動員成績影響較大。在分類比較中也發現，風速越大對女子運動員成績影響較大，大于4m/s成績降低很多。

4.優秀男子馬拉松運動員（前8名）受有效溫度影響較高，10℃～15℃是較適宜出成績的溫度，隨著溫度升高，其成績變化呈下降趨勢；而對于非優秀運動員（第25、50、100名）的影響并未見顯著差異。女子優秀運動員并沒有受有效溫度影響很大，非優秀運動員在＞20℃有效溫度下成績相對較高，其耐高溫能力更強，進一步表明女運動員耐高溫能力較男子強。

5.男、女運動員比賽成績對綜合氣象因子的反應不完全一致。生物氣象學指標對于女子運動員而言比單一氣象指標相關性要好，有效溫度、風冷指數和舒適度與成績大都呈顯著性相關，而男子運動員的成績僅與舒適度指標顯著相關。

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