給珠峰量“身高” 我們的科研設(shè)備不斷精進
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(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(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(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(jīng)過充分協(xié)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(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個衛(wèi)星導航系統(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)實施了航空三維激光測量。這不僅考驗了國產(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(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)拇蟮馗撸⒒ハ嘈：?。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(zhàn)
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(shè)備更先進，測量結(jié)果也更可靠。未來，要獲得更科學、更嚴密的珠峰高程測量結(jié)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(shè)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(jié)果都相對于同一基準站，由此得到的巖面測量結(jié)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(fā)生變化，雪面最高點可能不同，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，珠峰測量的時間間隔應該基本相同，如此，珠峰高程測量結(jié)果變化才能支撐珠峰地區(qū)的地殼運動變化監(jiān)測。
此外，無論是國際聯(lián)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(guān)注的熱點。精準的珠峰高程測量結(jié)果，體現(xiàn)了國家綜合實力和科技發(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)
來源：人民日報
編輯：GY653
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