怎样给珠峰量“身高”

2021-01-12 10:57     来源: 人民网-人民日报

    珠穆朗玛峰是世界第一高峰,珠峰海拔高程测量一直是人们关注的热点之一。“高程”,指的是测定点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。好比给一个物体量“身高”,从哪里算起,会直接影响最终的测量结果。处于印度板块和欧亚板块交界地的珠峰,其“身高”变化是印度板块向欧亚板块的俯冲引起地壳变化的结果。测量珠峰的海拔高程,对研究地质变化乃至预测自然灾害、气候变化等,都具有重要的科学意义。

  迄今为止,我国对珠峰一共进行了3次独立登顶测量。1975年,测得珠峰高程8848.13米(扣除积雪厚度0.92米);2005年,测得珠峰高程8844.43米(扣除积雪厚度3.5米);2020年,我国与尼泊尔大地测量工作者分别进行了珠峰高程测量,经过联合数据处理,测得珠峰雪面高程8848.86米。

  3次测量分别相隔30年和15年,采用的测量手段不同、设备不同,相应测量条件也有较大变化,甚至3次高程测量的参考点和高程基准面也存在差异。上述因素造成3次珠峰高程测量成果的不同。

  3次测量,珠峰确实在“长高”

  首先,珠峰高程是不断变化的。这种变化不仅可以从3次艰难的高程测量结果中分析,更重要的是从珠峰地区长期连续的、全球导航卫星系统(GNSS)的观测结果中分析。经过长期监测,珠峰一带每年约增高0.4厘米,可以说,珠峰一直在“长高”。

  我国3次珠峰测量时参考的高程基准面是不同的。1975年的珠峰测量以青岛验潮站1950年到1956年验潮资料确定的黄海平均海面作为高程起算面;与1975年测量的起算面相比,2005年珠峰测量所参考的平均海平面上升了约2.9厘米。此次2020年珠峰测量采用的则是全球平均海平面。与2005年测量采用的起算面相比,此次起算面高出约30厘米。高程基准面之间的差异,会造成高程测量值的差异。我国高程测量是以黄海平均海平面作为基准面,尼泊尔是以印度洋孟加拉湾平均海平面作为高程基准面。在2020年珠峰测量中,我国和尼泊尔两国大地测量工作者经过充分协商,均同意采用全球高程基准面作为这次珠峰测量的高程起算面。

  2020珠峰高程测量:集结众多“硬核科技第一次”

  值得一提的是,2020年珠峰测量采用了最现代的测量技术,并且以国产装备为主,充分表明我国自主研制的大地测量设备具备高寒和高原地区作业能力。

  首次将地面重力测量沿着登峰路线测量到珠峰峰顶,并第一次利用航空重力测量技术测量了珠峰地区的重力场。这为改善珠峰高程起算面本身的精度提供了重要的观测资料,为珠峰高程的精确测量提供了重要支撑。

  首次采用我国国产全球导航卫星系统终端测量珠峰,我国北斗全球卫星导航系统首次参与珠峰测量。全球导航卫星系统由中、俄、美、欧4个卫星导航系统组成,目前能够测得珠峰峰顶相对于参考椭球面(即近似表示地球大小和形状的椭球体表面)的高程,简称“大地高程”。而工程建设和大众常用的高程一般称“海拔高程”。要想准确获得“海拔高程”,就需要用全球导航卫星系统测得的大地高,减去平均海平面和参考椭球面的差距。也就是说,只有消除两种高程起算面之间的差异,才能获得我们常说的“海拔高程”。

  首次在珠峰地区实施了航空三维激光测量。这不仅考验了国产三维激光设备的高原和高寒地区作业能力,也考验了我国高原航空测量的能力。航空三维激光测量可以测出珠峰三维地形。更进一步,可以找到珠峰雪面的最高点区域,为珠峰三维地形图的制作奠定基础。此外,国产雪深雷达也首次参与了珠峰的雪深测量,为珠峰积雪厚度探测提供重要支持,也为珠峰岩面高程探测提供技术支持。

  除采用全球导航卫星系统等先进手段外,这次珠峰测量还采用三角高程测量法测量珠峰高程。即在珠峰地区的6个全球导航卫星系统基站,采用三角高程测量法,测量各测站到珠峰的垂直角,进而算得各测站与珠峰的大地高差。由于各测站均具有已知的高精度大地高,各测站的大地高加上各测站与珠峰的大地高差,即可分别获得珠峰峰顶的大地高,并互相校核。各种方法测得的珠峰雪面大地高减去大地水准面高,即获得珠峰雪面精确的“海拔高程”。

  未来珠峰测量:积极迎接新挑战

  与以往两次测量相比,2020珠峰高程测量观测方法更科学,观测手段更丰富,观测设备更先进,测量结果也更可靠。未来,要获得更科学、更严密的珠峰高程测量结果,我们大有可为。

  第一,对珠峰进行全面的雷达雪深测量,并确定珠峰的岩面最高点。第二,尽可能在岩面最高点设置固定基准站,使得不同年份、不同测量队完成的珠峰测量结果都相对于同一基准站,由此得到的岩面测量结果更具严密性和可比性。第三,每次珠峰测量都可以通过三维激光测量找到珠峰雪面最高峰,作为珠峰雪面最高点。由于珠峰雪面高程每年都发生变化,雪面最高点可能不同,但是结合雪深测量可以估算峰顶相同面积下的积雪容量,通过相同时间段积雪容量变化分析,可以为气候变化、环境变化研究提供参考数据。第四,珠峰测量的时间间隔应该基本相同,如此,珠峰高程测量结果变化才能支撑珠峰地区的地壳运动变化监测。

  此外,无论是国际联合进行珠峰测量,还是我国独立进行测量,珠峰高程的大地水准面应当基于同一基准面(最好是全球高程基准面),由此得到的高程可以较严格地反映珠峰高程随时间的变化情况。

  作为地球上的最高峰,珠峰测量难度极大,一直是测绘工作者关注的热点。精准的珠峰高程测量结果,体现了国家综合实力和科技发展水平,更是国家主权的象征,具有重大国际影响和社会效益。伴随我国国力发展与科技进步,未来的珠峰高程测量必将百尺竿头更进一步,并推动地球科学的研究。

  (作者杨元喜为中国科学院院士,任夏为西安测绘研究所研究人员)

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