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珠峰高度为何会有不同数据?

2020-06-03 04:59 北京日报

来源标题:珠峰高度为何会有不同数据?

5月27日11时,我国2020珠峰高程测量登山队克服重重困难成功从北坡登上珠穆朗玛峰峰顶,完成了峰顶测量任务,为珠峰高程测量画上了最重要的一笔。

此次珠峰高程测量的结果公布还有待时日。这里我们就来回顾一下历史上珠峰测量的一些主要过程。

康熙年间珠峰高度首次测量

1714年,清朝理藩院主事胜检、喇嘛楚格沁藏布和拉木赞巴受中央政府的委派,对广大西藏地区进行勘测,深入到珠穆朗玛峰脚下,采用经纬测图法(经纬仪三角测量)和梯形投影法,对珠穆朗玛峰的位置和高度进行了初步测量,并用汉文、满文明确地在《皇舆全览图》上首次标注了珠穆朗玛峰的位置和名称。这是有关世界最高峰最早的文献记载。

国外对珠峰高度的测量

在工业革命中有着先发优势的英国热衷登山运动,还成立了世界上第一个国家性的登山组织——英国登山俱乐部。随着经验的积累和登山装备器材的改进,到了19世纪末20世纪初,喜爱登山运动的人们不再满足挑战阿尔卑斯山脉,而是将目光瞄向了高峰群聚的亚洲喜马拉雅山区。

而此时尚在英国控制下的印度同样对这座山峰有着自己的小心思。1847年,在距珠峰322公里处,印度对珠峰进行了一次观测。在印度独立后,1952年,印度测量局在征得尼泊尔同意后,把控制网推进到尼泊尔境内,在尼泊尔境内布设了一个长达480公里的地形三角锁;在距珠峰46-75公里处,设置了8个经等高仪,测定了经纬度,求得垂线偏差的点的测站,最终测得珠峰高程的权平均值为8847.6米。

我国1975年公布珠峰高度为8848米

课本上对于珠峰的高度描述并不是出于印度测绘,而是来自我国1975年的测量。

1960年,中国登山队登上了珠峰,这是人类首次从珠峰北侧登顶成功。

攀登珠峰已是险象环生,实际测绘更是危险与难度骤增。由于地球是一个椭圆,要确定高耸的山峰具体对应的大地水准面十分困难。也就是说,珠峰测高的0米起点究竟在哪儿?

在过去几十年中,我国测量人员为了获得这一基点位置付出了不懈努力。通过在青岛一个验潮站长达18年的观测,才确定了这样一个全国统一的高程起算基准面。

1966年,国家测绘地理信息局第一大队测量队第一次进入珠峰测区进行测量。两年后的1968年,大队再次行动。攀登的体力与测绘的脑力并行,这两次测量总算是迈出了我国对珠峰测高的第一步。但由于没有登顶,也就无法得出完整数据。

直到1975年,国测一大队再次出发,不仅登顶珠峰,也最终完成了高度测量。为了苛求精准的数值,国测队考虑采用水准测量、气压高程测量、三角高程测距等多种测绘方法。

所谓水准测量,也就是利用水准尺和水准仪,高精度地测量高度差。但这种方法对于地形要求比较高,只能在相对平整的部分阶段使用。

而气压高程测量则是根据气压随高度变化的规律,测量气压推断高度差。在气象变化多端的高原地带,这种方法的精确度也就不能满足要求了。

而三角测量法,原理其实很简单,就是中学的基础数学知识勾股定理,但实际要取得数据却历经艰险。测绘队员从青岛的水准原点出发,每隔最多60米就需要确定一个测量点。在测量点两端设立起两个标尺,结合路程和角度数据计算出两个测量点的高度差。通过高度差的不断累加,最终得到从青岛水准原点到拉孜珠峰山脚测量点的高度数据。

接下来,测绘队员们从山脚到山顶的徒步攀登途中,需要架立觇标不断“画出”类似的三角形。最终建立起大量的观测点,总数甚至超过1万个。这本身也是对队员体力的巨大挑战。除了长途跋涉之外,他们还面临着严寒风雪、雪崩雷击等种种恶劣状况。

最后一步,在珠峰之巅架起觇标,与珠峰脚下的观测点相呼应。这样形成三角形联测,进行水平角和垂直角的观测,确定平均值。再经过天文、重力以及气象测量的修正之后,用勾股定理计算才得出这来之不易的数值。

这时得到的高度数据还要减去峰顶的雪层厚度,才算是珠峰的真实高度。

在1975年当年,中国公布了珠峰测量的高度为8848.13米。约等于的8848米因此成了中国对珠峰的官方判定,并写入课本。

中外合作测量珠峰高度

1992年,意大利与我国展开合作,联合进行珠峰高度测量。这次意大利搬来了先进的探测仪器,采用GPS卫星测量法实施测绘。通过建立一个与地球形状最大程度契合的椭圆,再利用GPS获得珠峰相对参考椭圆的三维坐标。最后将参考椭圆与真实地球的数据比对,得出珠峰的高度为8849.04米。

但由于测量的关键技术由意大利方完成,这个数据没有被我国采用为官方高度。

2005年我国重启测珠峰计划

对于珠峰的测量,其中一个主要的难点在于如何确定峰顶雪层的厚度。

我国1975年的测量中也考虑了这个问题。当时负责测量雪层厚度的女测绘员潘多就详细说明了测量过程。她用一根直径四五厘米的木头杆子直接插进雪层,直到插不动为止。于是可以测得的插入深度就为雪层的厚度。然而,这种测量方式也有争议。在疏松的雪层之下,其实还有一层坚硬无比的冰冻层。用木头杆子显然是无法直接插到岩石层里的。

时隔30年后,2005年中国重新开启了测量珠峰的计划。测绘队严谨地采用三角测量、水准测量等经典方法,再结合GPS卫星测量新技术。这一次得到珠峰岩面8844.43米的高度数值。这成为了目前我国官方承认的珠峰新高度。

得益于我们在珠峰地区构建的高精度控制网,目前被世界认可的几组数据中,中国2005年测绘成果精度无疑是最高的。

同时,由于珠峰地处亚欧大陆板块与印度板块之间,板块不断运动对珠峰造成影响。如今板块仍然在运动,而青藏高原上的珠峰高度也随之变化。

有一种说法称,目前珠峰正每年以毫米级别的高度在长高。所以在人类测绘的进程中,对珠峰的高度测量也不会停止。

高耸的珠峰因其攀登难度而自带神秘。人类对此不仅勇敢挑战,更以科学的方法不断破解神秘。

追问珠峰高度的过程,是人类认识地球、了解自然、检验科技水平和探索科技的发展史,更是人类挑战自身、突破技术极限的过程。

(特约中国科普博览、SME科技故事供稿)

科普小知识

给珠峰“量身高”的方法

要给珠峰“量身高”,首先很多人想到的是日影法。即,当影子的长度跟山峰高度一样的时候,通过测量影子的长度得出山的高度。人们曾用日影法测出了金字塔的高度。不过,使用日影法测量首先要面对的就是精度的问题。通过测量小尺寸物件,然后按比例等价到大尺寸的测量,这种做法会人为地增大测量的误差。

所以,对于珠峰高度的测量,使用的方法是三角测量法,即从两处同时观测被测点,只需要测得观测点之间的距离和两处观测点观测被测点的角度,即可得到被测点的位置;如果需要知道被测点三维空间位置,只需要增加一处观测点即可。增加观测点,并对观测结果进行平差,就可以达到提高观测精度的结果。这种观测一边两角的方法称为边角测量法,相应的还有观测三边和观测三角的,这几种观测方法共同构成了现代测绘学中两大观测法之一的三角测量法。

另一种方法是导线法,虽然在通常情况下使用较少了,但在像西藏这样观测难度很大,构网困难的地区,导线法依然是不可或缺的。

责任编辑:詹雨泉(QZ0018)作者:孙培仪 荆博

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