知识 | 比赛地形对马拉松成绩的影响

比赛地形

在耐克破2计划中，基普乔格2017年在意大利蒙扎赛道跑出2:00:25，2019年在奥地利维也纳赛道跑出1:59:40。根据研究人员的计算，与蒙扎赛道相比，维也纳赛道的地形条件提供了46.2秒的优势^[1]。这是否意味着基普乔格这次破2是由于地形的选择？

比赛地形需要考虑的因素包括海拔、爬升和下降、弯道，本篇文章就来分析它们是如何影响马拉松成绩的。

1.海拔 

海拔升高与气压、空气密度、氧分压的降低有关，从而导致使人体的动脉血氧饱和度降低。休息时，人体通过增加心输出量、通气量来补偿，但在剧烈运动中不能得到完全的生理补偿。另外，最大摄氧量和乳酸阈值也会随着海拔降低，在高海拔地区用同样的配速意味着更高的运动强度^[2]。

虽然空气密度降低会减少空气阻力可能有益于短跑表现，但对于中长跑特别是马拉松，表现会大幅度下降(通过高原习服可以稍微减轻这种有害影响)。一般马拉松比赛不会设置在非常高的海拔，根据研究人员对不同海拔(0-2800m)比赛的统计发现，海拔每增加1000米，男性完赛时间平均增加10.8%，女性完赛时间平均增加12.3%^[3]。

蒙扎赛道和维也纳赛道的海拔均在150m-200m之间，几乎对马拉松表现没有影响。

2.爬升和下降

爬升和下降意味着上坡和下坡，坡度的衡量单位是角度(°)或 坡度(%)，坡度是角度的正切值。与平地跑相比，在相同速度下，上坡需要更高的能量消耗，这主要是由于提升重心需要做额外做功。另一方面，下坡跑步的能量消耗更低，因为重力提供了一些向前推进的动力。

早期研究认为，上坡跑的能量消耗等于平地跑的消耗与提升体重消耗之和^[4]，但是这种算法会高估上坡的能量消耗，坡度越接近90°算法才越准确。高估的原因在于，在平地跑步时的垂直位移(垂直振幅)完全属于无用功，这部分能量消耗不能帮助身体移动。

但在上坡时，产生垂直位移的功就变成了有用功，并且由于上坡触地时的高度和蹬地时的高度有落差，导致触地时用于制动消耗的能量也减少，并根据坡度增加呈指数级下降(在一定坡度范围内)。这些因素的共同作用下，导致上坡实际消耗的能量比预期要低^[5]。

对下坡跑的研究很少，下坡和上坡拥有完全不同的生物力学模式。在相同坡度下，上坡能量消耗的增加大于下坡能量消耗的下降，因为肌肉离心收缩比向心收缩更省力^[6]。

维也纳赛道的时间优势主要来自下降。蒙扎赛道一圈2.4公里，每圈海拔起伏约5米(上图)。而维也纳赛道有一条长4.2公里的直线，开始位置的海拔下降了13米，随后每圈(9公里)只有3米起伏(下图)。

不过世界田径协会(WA)对赛道记录资格的规定，净高度下降要小于比赛总距离的0.1%，即42米，维也纳赛道显然不符合规定。

3.弯道

相同速度下，在弯道上跑步时，腿部需要提供额外的向心力导致能量消耗比跑直线增加。速度越快，弯道半径越大，能量消耗增加越多^[7]。如果需要维持相同的能量消耗，就需要在弯道相应地减慢速度。

理想笔直的赛道可能并不存在，因为世界不是平的。但是在考虑海拔、爬升和下降、弯道等地形因素时，维也纳赛道只比42195米的完美水平直线慢约1.4秒，它最大限度地减少了海拔变化和弯道的负面影响。

这些粗略计算可以给人地形影响的直观感受，不过对于普通跑者，几秒的差距并没有什么影响。

如果想更快完赛，可以考虑选择低海拔的比赛(例如厦门马海拔最高处不到25米，而贵阳马海拔大约1200m)。同时，在遇到爬升和弯道时，要注意降低自己的配速来保证稳定的代谢，这可能是取得好成绩的关键。