2020年12月8日,中尼两国领导人共同宣布珠穆朗玛峰最新高程——8848.86米。这也意味着,15年前测量的8844.43米珠峰“身高”成为历史。精准的珠峰高程测量成果是一项代表国家测绘科技发展水平的综合性测绘,是国家综合实力和科技发展水平的体现。
实际上,2020年5月27日我国珠峰高程测量登山队的8名成员就成功从北坡登顶了珠穆朗玛峰,而珠峰高程的上一次测量是在2005年。为什么“短短”15年后又要为珠峰量“身高”呢?为什么这次珠峰的新“身高”要算上几个月呢?
说到珠峰“身高”,许多人都会想到8848这个数字。那是在1975年,中国人首次将测量觇标矗立于珠峰之巅,用传统大地测量手段测得并为世界所公认的珠峰(雪顶)海拔高度——8848.13米。2005年,我国采用大地测量与卫星测量结合的技术方法,并首次在峰顶利用雪深雷达测量冰雪厚度,测得珠峰(岩面)海拔高度为8844.43米。长期来看,珠峰在以每年约4.4毫米的速度缓慢升高。也许有人会说:“一次又一次为珠峰量‘身高’没有必要,不就差个几厘米吗?”其实不然。作为地壳运动活跃地区,珠峰高度的变化反映了印度洋板块与欧亚板块的强弱变化,而这种强弱变化是造成地震活动的根源。尤其是2015年4月尼泊尔发生的里氏8.1级地震会对珠峰高度产生什么影响,科学界尚待定论。况且,测量珠峰不仅仅是测量高度,雪深、气象和风速等数据都将为冰川监测、气候变化、生态环境保护等方面的研究提供一手资料。
一个人的身高是他头顶到脚底的距离,但要测量山峰的高度——在测量学中也叫高程,这个“落脚点”选在哪里,得有个统一的基准。这就是海拔零点,又叫水准零点。所以我们所说的珠峰高度不是其实际高度,而称为海拔高度或绝对高度。由于地球并不是规则的球体,世界各地的海拔零点也有差异,世界各国大都选择离自己最近的平均海平面,作为自己国家测算海拔高程的基准点。在我国,则定为黄海的平均海平面。当然,在实际测量中,不必真的一步步跨越千山万水把这个平面从黄海延伸到珠峰。
此次珠峰测量采用了全球高程基准,这是因为中尼两国高程测量的基准不同。我国采用的是基于黄海海平面的国家高程基准,尼泊尔采用的则是基于孟加拉湾平均海平面的高程基准。为了实现两国的重要共识,联合技术委员会经过认真商讨,共同决定采用全球高程基准。全球高程基准是根据全球的海平面得到的高程基准,由相关国际组织发布,具有权威性。
现在的测绘技术和高科技装备远非以前可比,为什么还需要人力登顶实地测量呢?因为这是为了获得精确的测量结果而必须采取的手段。珠峰高程测量最大的困难在于峰顶的极端环境,测量型无人机目前尚无法在这样恶劣的环境下飞行,机器人也无法代替人工操作精密测量仪器。卫星遥感手段在高程方向的测量精度在2米左右,和大地测量厘米级精度要求相比差距较大,并且这种手段只能测出雪顶的高程,而非经雪深雷达探测后得到的岩面高程。还有,珠峰峰顶并不是一个点,而是一个20多平方米的面,必须由人将觇标带上峰顶,才能确保目标点一致,精确测得角度和距离。
如果说确定海拔高程的起算面是珠峰测量的基础,那么交会点的确定和在珠峰顶插上觇标则是测量的关键步骤。需要在海拔5200~6000米确定6个不受自然地物阻挡的与峰顶通视的交会点,并架设测量仪器,获取交会点至峰顶觇标的距离、角度等观测数据,根据勾股定理推算出峰顶相对于这几个点的高程差。再结合高精度GNSS(全球导航卫星系统)定位方法测量出的雪顶位置,以及雪深雷达测量出的峰顶一定范围内雪面到岩石面的距离,得出峰顶的雪面高和岩面高。这个计算不是简单地按几下计算器,而是要经过专业的数据处理和复杂的针对各种误差的改正计算,涉及GNSS控制网数据处理、高程控制网数据处理、峰顶交会数据处理、重力测量数据处理、雪深雷达测量数据处理、珠峰地区重力场及似大地水准面精化等7个领域。这也是为什么珠峰高度不能很快公布的原因。2020年珠峰高程测量为我们提供了一个有史以来精度最高的数值。2005年珠峰高程测量时,GNSS定位主要依赖美国GPS系统,而今年的珠峰高程测量同时参考了GPS、欧洲伽利略、俄罗斯格洛纳斯和中国北斗这四大全球导航卫星系统,并以北斗数据为主。而且北斗系统不仅用于珠峰地区及外围的控制测量,也用于登顶后峰顶的坐标测量和雪深雷达探测。与我国开展的前两次珠峰高程测量有所不同,此次珠峰高程数据是经过中尼双方联合处理和协商,最终得到的基于全球高程基准的珠峰峰顶雪面海拔高。多项高科技综合测绘技术的运用,使得2020珠峰高程测量数据成为历史上精度最高的一次。
▼本文节选自《百科知识》2020.07B