怎樣給珠峰量“身高”

 

 

 

    珠穆朗瑪峰是世界第一高峰，珠峰海拔高程測量一直是人們關(guān)注的熱點(diǎn)之一。“高程”,指的是測定點(diǎn)在起算面以上的垂直高度。起算面不同，得到的高程值自然不同。好比給一個(gè)物體量“身高”,從哪里算起，會直接影響最終的測量結(jié)果。處于印度板塊和歐亞板塊交界地的珠峰，其“身高”變化是印度板塊向歐亞板塊的俯沖引起地殼變化的結(jié)果。測量珠峰的海拔高程，對研究地質(zhì)變化乃至預(yù)測自然災(zāi)害、氣候變化等，都具有重要的科學(xué)意義。

 

 

    迄今為止，我國對珠峰一共進(jìn)行了3次獨(dú)立登頂測量。1975年，測得珠峰高程8848.13米（扣除積雪厚度0.92米）；2005年，測得珠峰高程8844.43米（扣除積雪厚度3.5米）；2020年，我國與尼泊爾大地測量工作者分別進(jìn)行了珠峰高程測量，經(jīng)過聯(lián)合數(shù)據(jù)處理，測得珠峰雪面高程8848.86米。

 

 

    3次測量分別相隔30年和15年，采用的測量手段不同、設(shè)備不同，相應(yīng)測量條件也有較大變化，甚至3次高程測量的參考點(diǎn)和高程基準(zhǔn)面也存在差異。上述因素造成3次珠峰高程測量成果的不同。

 

 

    3次測量，珠峰確實(shí)在“長高”

 

 

    首先，珠峰高程是不斷變化的。這種變化不僅可以從3次艱難的高程測量結(jié)果中分析，更重要的是從珠峰地區(qū)長期連續(xù)的、全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）的觀測結(jié)果中分析。經(jīng)過長期監(jiān)測，珠峰一帶每年約增高0.4厘米，可以說，珠峰一直在“長高”.

 

 

    我國3次珠峰測量時(shí)參考的高程基準(zhǔn)面是不同的。1975年的珠峰測量以青島驗(yàn)潮站1950年到1956年驗(yàn)潮資料確定的黃海平均海面作為高程起算面；與1975年測量的起算面相比，2005年珠峰測量所參考的平均海平面上升了約2.9厘米。此次2020年珠峰測量采用的則是全球平均海平面。與2005年測量采用的起算面相比，此次起算面高出約30厘米。高程基準(zhǔn)面之間的差異，會造成高程測量值的差異。我國高程測量是以黃海平均海平面作為基準(zhǔn)面，尼泊爾是以印度洋孟加拉灣平均海平面作為高程基準(zhǔn)面。在2020年珠峰測量中，我國和尼泊爾兩國大地測量工作者經(jīng)過充分協(xié)商，均同意采用全球高程基準(zhǔn)面作為這次珠峰測量的高程起算面。

 

 

    2020珠峰高程測量：集結(jié)眾多“硬核科技第一次”

 

 

    值得一提的是，2020年珠峰測量采用了最現(xiàn)代的測量技術(shù)，并且以國產(chǎn)裝備為主，充分表明我國自主研制的大地測量設(shè)備具備高寒和高原地區(qū)作業(yè)能力。

 

 

    首次將地面重力測量沿著登峰路線測量到珠峰峰頂，并第一次利用航空重力測量技術(shù)測量了珠峰地區(qū)的重力場。這為改善珠峰高程起算面本身的精度提供了重要的觀測資料，為珠峰高程的精確測量提供了重要支撐。

 

 

    首次采用我國國產(chǎn)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)終端測量珠峰，我國北斗全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)首次參與珠峰測量。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)由中、俄、美、歐4個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)組成，目前能夠測得珠峰峰頂相對于參考橢球面（即近似表示地球大小和形狀的橢球體表面）的高程，簡稱“大地高程”.而工程建設(shè)和大眾常用的高程一般稱“海拔高程”.要想準(zhǔn)確獲得“海拔高程”,就需要用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)測得的大地高，減去平均海平面和參考橢球面的差距。也就是說，只有消除兩種高程起算面之間的差異，才能獲得我們常說的“海拔高程”.

 

 

    首次在珠峰地區(qū)實(shí)施了航空三維激光測量。這不僅考驗(yàn)了國產(chǎn)三維激光設(shè)備的高原和高寒地區(qū)作業(yè)能力，也考驗(yàn)了我國高原航空測量的能力。航空三維激光測量可以測出珠峰三維地形。更進(jìn)一步，可以找到珠峰雪面的最高點(diǎn)區(qū)域，為珠峰三維地形圖的制作奠定基礎(chǔ)。此外，國產(chǎn)雪深雷達(dá)也首次參與了珠峰的雪深測量，為珠峰積雪厚度探測提供重要支持，也為珠峰巖面高程探測提供技術(shù)支持。

 

 

    除采用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)等先進(jìn)手段外，這次珠峰測量還采用三角高程測量法測量珠峰高程。即在珠峰地區(qū)的6個(gè)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)基站，采用三角高程測量法，測量各測站到珠峰的垂直角，進(jìn)而算得各測站與珠峰的大地高差。由于各測站均具有已知的高精度大地高，各測站的大地高加上各測站與珠峰的大地高差，即可分別獲得珠峰峰頂?shù)拇蟮馗?，并互相校核。各種方法測得的珠峰雪面大地高減去大地水準(zhǔn)面高，即獲得珠峰雪面精確的“海拔高程”.

 

 

    未來珠峰測量：積極迎接新挑戰(zhàn)

 

 

    與以往兩次測量相比，2020珠峰高程測量觀測方法更科學(xué)，觀測手段更豐富，觀測設(shè)備更先進(jìn)，測量結(jié)果也更可靠。未來，要獲得更科學(xué)、更嚴(yán)密的珠峰高程測量結(jié)果，我們大有可為。

 

 

    第一，對珠峰進(jìn)行全面的雷達(dá)雪深測量，并確定珠峰的巖面最高點(diǎn)。第二，盡可能在巖面最高點(diǎn)設(shè)置固定基準(zhǔn)站，使得不同年份、不同測量隊(duì)完成的珠峰測量結(jié)果都相對于同一基準(zhǔn)站，由此得到的巖面測量結(jié)果更具嚴(yán)密性和可比性。第三，每次珠峰測量都可以通過三維激光測量找到珠峰雪面最高峰，作為珠峰雪面最高點(diǎn)。由于珠峰雪面高程每年都發(fā)生變化，雪面最高點(diǎn)可能不同，但是結(jié)合雪深測量可以估算峰頂相同面積下的積雪容量，通過相同時(shí)間段積雪容量變化分析，可以為氣候變化、環(huán)境變化研究提供參考數(shù)據(jù)。第四，珠峰測量的時(shí)間間隔應(yīng)該基本相同，如此，珠峰高程測量結(jié)果變化才能支撐珠峰地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)變化監(jiān)測。

 

 

    此外，無論是國際聯(lián)合進(jìn)行珠峰測量，還是我國獨(dú)立進(jìn)行測量，珠峰高程的大地水準(zhǔn)面應(yīng)當(dāng)基于同一基準(zhǔn)面（最好是全球高程基準(zhǔn)面），由此得到的高程可以較嚴(yán)格地反映珠峰高程隨時(shí)間的變化情況。

 

 

    作為地球上的最高峰，珠峰測量難度極大，一直是測繪工作者關(guān)注的熱點(diǎn)。精準(zhǔn)的珠峰高程測量結(jié)果，體現(xiàn)了國家綜合實(shí)力和科技發(fā)展水平，更是國家主權(quán)的象征，具有重大國際影響和社會效益。伴隨我國國力發(fā)展與科技進(jìn)步，未來的珠峰高程測量必將百尺竿頭更進(jìn)一步，并推動(dòng)地球科學(xué)的研究。

 

 

    （作者楊元喜為中國科學(xué)院院士，任夏為西安測繪研究所研究人員）