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怎樣給珠峯量“身高”

來源:人民網-人民日報 作者:楊元喜 任夏 2021年01月12日 11:08

  珠穆朗瑪峯是世界第一高峯,珠峯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”,從哪裏算起,會直接影響最終的測量結果。處於印度板塊和歐亞板塊交界地的珠峯,其“身高”變化是印度板塊向歐亞板塊的俯衝引起地殼變化的結果。測量珠峯的海拔高程,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,我國對珠峯一共進行了3次獨立登頂測量。1975年,測得珠峯高程8848.13米(扣除積雪厚度0.92米);2005年,測得珠峯高程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峯高程測量,經過聯合數據處理,測得珠峯雪面高程8848.86米。

  3次測量分別相隔30年和15年,採用的測量手段不同、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次珠峯高程測量成果的不同。

  3次測量,珠峯確實在“長高”

  首先,珠峯高程是不斷變化的。這種變化不僅可以從3次艱難的高程測量結果中分析,更重要的是從珠峯地區長期連續的、全球導航衞星系統(GNSS)的觀測結果中分析。經過長期監測,珠峯一帶每年約增高0.4釐米,可以説,珠峯一直在“長高”。

  我國3次珠峯測量時參考的高程基準面是不同的。1975年的珠峯測量以青島驗潮站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年珠峯測量所參考的平均海平面上升了約2.9釐米。此次2020年珠峯測量採用的則是全球平均海平面。與2005年測量採用的起算面相比,此次起算面高出約30釐米。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年珠峯測量中,我國和尼泊爾兩國大地測量工作者經過充分協商,均同意採用全球高程基準面作為這次珠峯測量的高程起算面。

  2020珠峯高程測量:集結眾多“硬核科技第一次”

  值得一提的是,2020年珠峯測量採用了最現代的測量技術,並且以國產裝備為主,充分表明我國自主研製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着登峯路線測量到珠峯峯頂,並第一次利用航空重力測量技術測量了珠峯地區的重力場。這為改善珠峯高程起算面本身的精度提供了重要的觀測資料,為珠峯高程的精確測量提供了重要支撐。

  首次採用我國國產全球導航衞星系統終端測量珠峯,我國北斗全球衞星導航系統首次參與珠峯測量。全球導航衞星系統由中、俄、美、歐4個衞星導航系統組成,目前能夠測得珠峯峯頂相對於參考橢球面(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”,就需要用全球導航衞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。也就是説,只有消除兩種高程起算面之間的差異,才能獲得我們常説的“海拔高程”。

  首次在珠峯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峯三維地形。更進一步,可以找到珠峯雪面的最高點區域,為珠峯三維地形圖的製作奠定基礎。此外,國產雪深雷達也首次參與了珠峯的雪深測量,為珠峯積雪厚度探測提供重要支持,也為珠峯巖面高程探測提供技術支持。

  除採用全球導航衞星系統等先進手段外,這次珠峯測量還採用三角高程測量法測量珠峯高程。即在珠峯地區的6個全球導航衞星系統基站,採用三角高程測量法,測量各測站到珠峯的垂直角,進而算得各測站與珠峯的大地高差。由於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峯的大地高差,即可分別獲得珠峯峯頂的大地高,並互相校核。各種方法測得的珠峯雪面大地高減去大地水準面高,即獲得珠峯雪面精確的“海拔高程”。

  未來珠峯測量:積極迎接新挑戰

  與以往兩次測量相比,2020珠峯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、更嚴密的珠峯高程測量結果,我們大有可為。

  第一,對珠峯進行全面的雷達雪深測量,並確定珠峯的巖面最高點。第二,儘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峯測量結果都相對於同一基準站,由此得到的巖面測量結果更具嚴密性和可比性。第三,每次珠峯測量都可以通過三維激光測量找到珠峯雪面最高峯,作為珠峯雪面最高點。由於珠峯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峯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,珠峯測量的時間間隔應該基本相同,如此,珠峯高程測量結果變化才能支撐珠峯地區的地殼運動變化監測。

  此外,無論是國際聯合進行珠峯測量,還是我國獨立進行測量,珠峯高程的大地水準面應當基於同一基準面(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峯高程隨時間的變化情況。

  作為地球上的最高峯,珠峯測量難度極大,一直是測繪工作者關注的熱點。精準的珠峯高程測量結果,體現了國家綜合實力和科技發展水平,更是國家主權的象徵,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,未來的珠峯高程測量必將百尺竿頭更進一步,並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)

(責編:鄢妮)