導讀：南非世足杯已經於6月燃起戰火，賽場海拔問題一直是關注焦點。本屆世足杯是24年來第一次在遠遠高於海平面的國家舉行的世足杯。位於約翰內斯堡的主體育場 「足球城」海拔高度達到1701米。高海拔究竟對世足杯比賽有何影響，科學家在世足杯開始前就已經做了許多研究。以下為英國《新科學家》雜誌文章全文：

　　足球圈有關「高原反應」的論戰得追溯到2007年2月在玻利維亞拉開戰幕的南美杯。在本屆南美杯上，巴西弗拉門戈隊遭遇皇家帕托斯隊的挑戰，兩支球隊在位於安第斯山脈的體育場展開拚殺，海拔高度達到近4000米。

　　在這場於大雨中展開的較量中，弗拉門戈隊開局不利，先失兩球。比賽中，很多巴西球員需要使用氧氣瓶緩解高原反應。雖然最後將比分追平為2比2，但弗拉門戈隊在賽後表示再也不會在高海拔地區進行比賽。自此之後，足球圈便出現了有關「高原反應」的論戰。南非世足杯，又讓在高原上踢球的爭議如火上澆油。

　　禁令懸而未決

　　弗拉門戈隊的遭遇引起了巴西足聯的重視，他們向國際足聯抱怨說位於安第斯山脈的高海拔體育場並不適於舉行足球比賽。2007年5月，國際足聯本著為球員健康著想的原則作出決定，國際足球比賽不能在海拔高度超過2500米的球場舉行。

　　如果巴西就此認為這一決定意味著一種「勝利」，那就高興得太早了。玻利維亞、厄瓜多爾和哥倫比亞隨後便向國際足聯訴苦，聲稱這一決定無疑扼殺了他們的體育場承辦國際賽事的機會。作為回應，國際足聯暫緩了這一「禁令」，他們仍需要進一步研究。

　　雖然無法與安第斯山脈相提並論，但這一海拔高度也足以讓球員出現高原反應。此外，其他6家體育場也同樣處於高海拔。

　　是否影響比賽？

　　在南美杯引發的海拔爭論之後，國際足聯於2007年10月邀請醫學專家在其位於瑞士蘇黎世的總部舉行會議，共同商討球員的高原反應問題以及當時對這一問題的瞭解程度。與會專家表示有關球員高原反應的嚴格對照研究少得可憐，他們不得不根據關於賽跑、滑雪和登山等其他項目的研究進行推斷。

　　他們首先關注的問題就是體能。根據他們的計算，500米以下的海拔高度並不會導致高原反應。500米以上便會導致心率加快、呼吸困難、耐力下降等不良反應。所處的高度越高，不良反應就越嚴重。值得一提的是，個體受影響程度也存在差異，一些人所受影響超過其他人。在2000米這一海拔高度，球員便會感到噁心，需要慢慢適應；3000米以上則會對體能產生重要影響。

　　高海拔產生的生理影響主要由空氣中含氧量較低所致，氧攝入量的減少直接限制了血液中的含氧量。體能降低程度可以通過測量最大攝氧量(VO2max)進行量化。所謂的最大攝氧量是指每公斤體重每分鐘的最大攝氧量。有關耐力運動員的研究顯示，在300米以上海拔高度，高度每增加1000米，最大攝氧量便降低6%左右，力竭所需時間則縮短14%左右。研究發現刊登在《歐州應用生理學雜誌》上。

　　要花時間適應

　　將這種體能下降控制在最低程度的標準方式就是利用幾天時間進行適應。國際足聯建議參賽球隊適應3到5天時間，但通過這種方式完全擺脫高海拔影響是永遠不可能的。與所在國家處於海平面高度的球員相比，即使常年生活在海拔3600米的玻利維亞球員最大攝氧量也要低12%左右。研究發現刊登在《運動生理學雜誌》上。

　　高海拔導致的不良生理反應會影響世足杯的比賽結果嗎？可能不會。本屆世足杯沒有一家體育場的海拔高度超過2000米，32支參賽球隊中絕大多數球隊比賽期間都生活在高海拔地區。參賽球隊並不會使用高海拔模擬室加以應對。

　　出席國際足聯會議的研究人員指出，有報告稱，適應了高海拔的運動員在突然回到海平面高度後出現體能下降現象。這種影響可能讓他們在與適應海平面高度的球隊比賽時處於劣勢。研究發現刊登在《斯堪的納維亞運動醫學與運動科學雜誌》上。此外，這也將影響到南非世足杯後半程的比賽，原因在於：兩場半決賽都將在處於海平面高度的球場舉行，並且對陣雙方中一方在高海拔球場贏得四分之一決賽，另一方在海平面高度的球場贏得半決賽機會。

　　影響足球飛行

　　高海拔的影響對像不僅僅是球員的身體。國際足聯的研究小組指出，高海拔同樣可能改變足球的空氣動力學特性，讓選手犯錯誤。造成這種現象的主要原因是高海拔地區的空氣密度較低，影響足球的飛行速度和旋轉球的弧線。海拔高度每升高1000米，氣壓便降低11%左右，空氣密度也隨之降低，具體會產生何種程度影響可能更加複雜。值得一提的是，約翰內斯堡的氣壓大約是開普敦的81%，其他方面則大致相當。

　　此外，溫度也會影響空氣密度，每升高10攝氏度，空氣密度便下降3%。開普敦寒冷冬夜(7攝氏度)與相對溫暖的約翰內斯堡冬季下午(11攝氏度)之間的空氣密度差異超過20%。世足杯比賽期間兩地的空氣密度差異很有可能達成這種程度。

　　為了瞭解空氣密度對比賽中足球飛行的影響，我們不妨舉例說明一下。如果在罰球區外距離球門18米的地方瞄準球門左上角直接起腳射門，高海拔和處於海平面高度的球場將出現兩種截然不同的射門結果。在處於海平面高度的球場，足球的平均飛行速度達到每秒22.8米，0.817秒後穿過球門線。

　　在處在高海拔的球場又會發生什麼呢？由於阻力與空氣密度成比例，在海拔1700米的球場進行同樣射門時足球的飛行速度超過處於海平面高度的球場，在0.801秒後飛抵球門線。同樣飛行時間內，後者將落後前者大約2個足球直徑距離。由於下降時間更短，最後的結果不是破門得分，而是擊中球門橫樑。研究發現刊登在英國《機械工程師學會志，C輯：機械工程科學雜誌》上。

　　門將需提高反應速度

　　也就是說，球員必須適應足球在高海拔球場的飛行狀態。為了讓足球洞穿球門，他們瞄準的位置與正常情況相比應略低一些，將足球的起飛角度減少大約0.5度。進攻球員是這樣，防守球員也是如此。習慣於應付海平面高度足球飛行的門將需要比平時做出更快速的反應，否則的話，就只能眼睜睜看著皮球攻破他們把守的十指關。

　　現在，我們再來看一看在同一地點起腳射門同時繞過球門前防守球員組成的人牆這種情況。繞過人牆需要借助側旋，所產生的馬格納斯力能夠讓皮球劃出一道弧線。在處於海平面高度的球場，足球以每秒20米的速度飛行，繞過人牆右端而後轉向，最後在1.114秒後鑽進球門左上角。

　　但在約翰內斯堡球場進行同樣的射門，足球可能只會從橫樑上方飛過或者擊中人牆，因為較低的空氣密度減少了阻力和旋轉效應。通過一段時間的適應，球員將逐漸領悟到，擊球點稍低一些會讓足球產生更強的旋轉，最終繞過人牆並破門得分。與在處於海平面高度的球場進行的同一射門相比，高海拔射門時足球穿過球門線的時間提前0.03秒，前者落後於後者2個足球直徑距離。如果門將的反應速度仍和在海平面高度球場一樣，在還沒有撲到球前，球就已經進了。

　　以上所有對比都還是理論上的。是否有證據證明海拔高度確實能夠影響比賽結果呢？為了找到這個問題的答案，牛津大學的工程師帕特裡克·麥克沙裡對1900年至2004年在南美舉行的1460場國際比賽進行了分析。結果發現，不僅海拔高度本身影響比賽，高度變化同樣會產生影響。麥克沙裡在參考技術差異這個因素之後發現，本土作戰的球隊在對陣來自地處海平面高度的國家的球隊時獲勝的可能性更高。同樣地，地處高海拔的球隊到處於海平面高度球場比賽時，獲勝的可能性將更低。研究發現刊登在《斯堪的納維亞運動醫學與運動科學雜誌》上。

　　制定合理戰術

　　鑒於高海拔對球員生理和足球空氣動力學的影響，參賽球隊自然要調整戰術以確保獲得更高的勝利機會。戰術在比賽中扮演著重要角色，球隊需要調整戰術以彌補「變形」的足球飛行。為了驗證這一假設，研究人員對在墨西哥舉行的8場比賽的數據進行了分析，這些比賽的海拔高度與2010年南非世足杯具有可比性，其中包括4場在墨西哥城阿茲特克體育場舉行的比賽，球場海拔高度為2288米。

　　根據這些由英國足球性能分析機構Prozone提供的數據，在高海拔球場舉行的比賽中，罰球區外的射門次數更多，而罰球區內的射門次數則減少。也就是說，在高海拔球場比賽時，球員可能更多地選擇遠距離射門，進而獲得更直更快的飛行路線這種優勢。

　　同樣，參加南非世足杯的球隊也必須制定更適於比賽環境的戰術。我們不妨想像一下，在約翰內斯堡球場距離球門18米的地方開直接任意球應該做出何種選擇？在防守一方排出一道四人人牆時，攻方隊長與他的兩位主要任意球操刀球員商量戰術。如果其中一人擅長力量強大的直線球，而另一人擅長繞過人牆的香蕉球，最後將由誰主罰任意球呢？根據物理學原理，答案是「選擇後者」。如果守門員尚沒有完全適應足球在高海拔球場的飛行，香蕉球擁有更大的時間優勢。唯一的問題是罰球隊員需要極為精準，因為在高海拔球場採用香蕉球戰術允許的誤差更小。

　　海拔高度上一次影響比賽是在1986年的墨西哥世足杯上。值得注意的是，最後捧起大力神杯的阿根廷隊所有比賽都在海拔高度超過2000米的球場進行，而其他所有主要奪冠熱門則在海拔高度差異較大的球場征戰。阿根廷人因此獲得某種優勢嗎？即使確有優勢存在，參加本屆世足杯的任何球隊也不會擁有這種優勢。不管哪支球隊最終捧杯，比賽期間都要變換球場，從高海拔球場轉戰處於海平面高度的球場，而後再返回高海拔球場。

　　贏得世足杯的關鍵是學會改變、適應環境和制定合理戰術。球員需要適應海拔高度變化，尤其要適應海拔高度對足球飛行的影響。球隊需要將高海拔轉化為自身優勢，或者說適應球場海拔變化的球隊將成為優勢一方。能夠擁有這種優勢並善加利用的球隊將更有可能在南非世足杯上笑到最後。