Новое исследование использует машинное обучение для количественной оценки влияния температуры, влажности, жары и солнца.
Никто не проверяет прогноз погоды более навязчиво, чем марафонец с приближающейся гонкой. Мы все мечтаем (как поэтически выразился Мартин Фриц Хубер из Outside в недавней колонке) «об идеальном метеорологическом коктейле в низко-50-е, сухом, попутном ветре, который волшебным образом следует за вами, как лесной дух».
Но каковы точные ингредиенты этого идеального коктейля? За прошедшие годы было проведено множество исследований, направленных на определение наилучшей температуры, но даже ведущие ученые мира не достигли консенсуса. Например, во время первой попытки Элиуда Кипчоге пробежать марафон продолжительностью менее двух часов в 2017 году стартовая температура в 52 градуса по Фаренгейту была, по некоторым расчетам, слишком высокой, но, по мнению ученых, организовавших гонку, в самый раз. А как насчет роли влажности, ветра и даже солнечной радиации?
Новое исследование в области медицины и науки в спорте и физических упражнениях, проведенное группой под руководством Андреаса Флуриса из Фессалийского университета в Греции, пытается решить все эти вопросы сразу, применяя машинное обучение к огромной базе данных о расах почти за столетие. полученные результаты. Полученные результаты предлагают удивительно практическое руководство относительно того, на сколько вы можете ожидать замедления в данном наборе неблагоприятных погодных условий.
Исследователи собрали результаты крупных соревнований по марафону, бегу на 10 000 метров, 5 000 метров и 3000 метров с препятствиями, а также бегу на 50 и 20 километров. Это включало Олимпийские игры, чемпионаты мира, соревнования по легкой атлетике, шоссейные гонки World Athletics Gold Label и другие события подобного рода, начавшиеся еще в 1936 году. Для каждого соревнования собирались точные погодные рекорды, а также результаты для элитных спортсменов (тройка лучших спортсменов).) и хорошо подготовленных бегунов (25, 50, 100 и 300 места) сравнивались с рекордом на момент соревнования. У этого подхода есть некоторые очевидные ограничения: время будет зависеть от тактических гонок и других факторов, таких как высота (например, на Олимпийских играх в Мехико в 1968 году). Но для большого набора данных это дает вам представление о том, насколько погода в данном году влияет на время.
Четыре основных элемента погоды - это температура воздуха, относительная влажность, скорость ветра и солнечная радиация (с поправкой на облачный покров). Их можно рассматривать независимо или в виде составных индексов, таких как глобальная температура влажного термометра (WBGT), которая представляет собой средневзвешенное значение, учитывающее все четыре параметра.
В исследовании проводится целый ряд математических анализов с использованием различных подходов (включая метод машинного обучения, называемый регрессионным алгоритмом дерева решений) для анализа всех данных и поиска значимых закономерностей. Я не собираюсь вдаваться в подробности (эту статью можно бесплатно прочитать в Интернете, если вы хотите копнуть глубже), но есть несколько основных моментов, которые я хотел бы выделить.
Самый простой вопрос - как часто спортсмены бегают в хорошую или плохую погоду. Используя существующие классификации World Athletics, основанные на WBGT, исследователи обнаружили, что 27 процентов изученных гонок проходили в прохладных условиях, 47 процентов - в нейтральных условиях, 18 процентов - в умеренной жаре, 7 процентов - в сильной жаре и 1 процент - в сильной жаре. Мы, вероятно, можем ожидать, что количество соревнований в неприятную жару в ближайшие годы увеличится, но на данный момент это означает, что у вас есть примерно 50-50 шансов получить идеальный метеорологический коктейль для каждой конкретной гонки.
Алгоритм машинного обучения также предлагал оценку того, насколько важен каждый параметр погоды для производительности. Неудивительно, что температура воздуха была самым большим фактором, получив «оценку важности функции» в 40%. Далее следовали относительная влажность (26 процентов), солнечная радиация (18 процентов) и скорость ветра (16 процентов). В соответствии с исследованием, о котором я писал в прошлом году, оно предполагает, что облачный покров так же важен для быстрого бега, как и отсутствие ветра. Очевидно, это зависит и от других факторов: облачный покров важнее в жаркий день, чем в прохладный, тогда как встречный ветер замедлит вас, независимо от температуры.
Что касается метеорологической точки наилучшего восприятия, общий вывод заключался в том, что WBGT между 45,5 и 59 градусами по Фаренгейту является лучшим. Это интересно, потому что руководство World Athletics считает «нейтральными» условиями WBGT между 50 и 64,4 градусами. Для быстрого бега лучшие температуры кажутся немного ниже, чем считалось ранее. Если вы рискнете выйти за пределы этой зоны, ожидайте замедления примерно на 0,3-0,4 процента на градус WBGT. Конечно, у немногих из нас есть легкий доступ к измерениям WBGT. Если вы посмотрите только на температуру воздуха, то золотая середина составляет от 50 до 63,5 градусов, что немного теплее, чем я ожидал.
Однако есть и другие нюансы, если вы посмотрите на отдельные события. На короткие забеги, похоже, жара меньше влияет: пиковое значение WBGT на 5 000 метров составляет 59 градусов; на 10 000 метров - 50 градусов; а для марафона 45,5 градусов, становится холодно. (Спортивная ходьба - это совсем другая история: это менее эффективное движение, чем бег, а это означает, что большая часть сжигаемой вами энергии теряется в виде тепла, что, как считается, является причиной того, что большинство случаев теплового заболевания на соревнованиях по элитной трассе случается с гонщиками.)
Наконец, практическая часть. Вот таблица, подготовленная авторами, которая показывает для марафонцев, бегающих по разным темпам, насколько вам следует ожидать замедления в зависимости от температуры воздуха, WBGT или индекса жары.
Эти расчеты основаны на очень элитных бегунах, которые отличаются от нас с вами. Они работают быстро, что генерирует много тепла и может способствовать более низким температурам. И наоборот, они не носят с собой много теплоизоляции, что может предрасполагать их к предпочтению более высоких температур. Тем не менее, вы можете сделать грубые экстраполяции из этого графика: если погодные условия предполагают, что двухчасовой марафонец замедлится на две минуты, вы можете оценить, что четырехчасовой марафонец может замедлиться где-то примерно на четыре минуты. -но имейте в виду, что ваш пробег может отличаться.