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  • 怎樣給珠峰量“身高”(開卷知新)


                                                                                                                                                                          

      圖①:在西藏加烏拉山口附近拍攝的珠穆朗瑪峰。

      新華社記者 呂 帥攝   圖②:2020珠峰高程測量登山隊隊員在峰頂合影留念。  新華社特約記者 扎西次仁攝   制圖:沈亦伶

      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注的熱點之一。“高程”,指的是測定點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。好比給一個物體量“身高”,從哪里算起,會直接影響最終的測量結果。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果。測量珠峰的海拔高程,對研究地質變化乃至預測自然災害、氣候變化等,都具有重要的科學意義。

      迄今為止,我國對珠峰一共進行了3次獨立登頂測量。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行了珠峰高程測量,經過聯合數據處理,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、設備不同,相應測量條件也有較大變化,甚至3次高程測量的參考點和高程基準面也存在差異。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果中分析,更重要的是從珠峰地區長期連續的、全球導航衛星系統(GNSS)的觀測結果中分析。經過長期監測,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次珠峰測量時參考的高程基準面是不同的。1975年的珠峰測量以青島驗潮站1950年到1956年驗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面,尼泊爾是以印度洋孟加拉灣平均海平面作為高程基準面。在2020年珠峰測量中,我國和尼泊爾兩國大地測量工作者經過充分協商,均同意采用全球高程基準面作為這次珠峰測量的高程起算面。

      2020珠峰高程測量:集結眾多“硬核科技第一次”

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

      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測量了珠峰地區的重力場。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。

      首次采用我國國產全球導航衛星系統終端測量珠峰,我國北斗全球衛星導航系統首次參與珠峰測量。全球導航衛星系統由中、俄、美、歐4個衛星導航系統組成,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”。而工程建設和大眾常用的高程一般稱“海拔高程”。要想準確獲得“海拔高程”,就需要用全球導航衛星系統測得的大地高,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”。

      首次在珠峰地區實施了航空三維激光測量。這不僅考驗了國產三維激光設備的高原和高寒地區作業能力,也考驗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。更進一步,可以找到珠峰雪面的最高點區域,為珠峰三維地形圖的制作奠定基礎。此外,國產雪深雷達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支持。

      除采用全球導航衛星系統等先進手段外,這次珠峰測量還采用三角高程測量法測量珠峰高程。即在珠峰地區的6個全球導航衛星系統基站,采用三角高程測量法,測量各測站到珠峰的垂直角,進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的大地高,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

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

      第一,對珠峰進行全面的雷達雪深測量,并確定珠峰的巖面最高點。第二,盡可能在巖面最高點設置固定基準站,使得不同年份、不同測量隊完成的珠峰測量結果都相對于同一基準站,由此得到的巖面測量結果更具嚴密性和可比性。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。由于珠峰雪面高程每年都發生變化,雪面最高點可能不同,但是結合雪深測量可以估算峰頂相同面積下的積雪容量,通過相同時間段積雪容量變化分析,可以為氣候變化、環境變化研究提供參考數據。第四,珠峰測量的時間間隔應該基本相同,如此,珠峰高程測量結果變化才能支撐珠峰地區的地殼運動變化監測。

      此外,無論是國際聯合進行珠峰測量,還是我國獨立進行測量,珠峰高程的大地水準面應當基于同一基準面(最好是全球高程基準面),由此得到的高程可以較嚴格地反映珠峰高程隨時間的變化情況。

      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注的熱點。精準的珠峰高程測量結果,體現了國家綜合實力和科技發展水平,更是國家主權的象征,具有重大國際影響和社會效益。伴隨我國國力發展與科技進步,未來的珠峰高程測量必將百尺竿頭更進一步,并推動地球科學的研究。

      (作者楊元喜為中國科學院院士,任夏為西安測繪研究所研究人員)

      

      推薦書目:

      1.《大地測量學基礎》:呂志平、喬書波編著;測繪出版社出版。

      2.《GPS衛星導航定位原理與方法》:劉基余編著;科學出版社出版。

      3.《珠峰簡史》(修訂版):徐永清著;商務印書館出版。

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