權威專家解讀如何給珠峰“量身高”

谷業凱 袁泉

5月16日，2020珠峰高程測量登山隊從珠峰大本營出發，再次向珠峰頂峰發起沖擊，這標志著2020珠峰高程測量進入最后沖刺階段。綜合分析最新天氣預報后，2020珠峰高程測量登山隊決定，22日為攻頂日，21日修路隊將會把路線打通。新中國成立以來，我國先后兩次成功測定并公布珠峰高程。那珠峰的“身高”究竟是怎么測出來的？測定珠峰高程有哪些意義？2020珠峰高程測量技術協調組組長、中國測繪科學研究院研究員黨亞民對此進行了解讀。

海拔高程起算面怎么確定

珠峰到底有多高？要回答這個問題，首先就要明確珠峰腳下的“海拔零米”在哪里。這就好比蓋房子，首先得找到地基的位置。遺憾的是，這個問題并不容易回答。當我們用眼睛看面前的珠峰時，“看到的高度”其實并不是它真正的高度。“我們看到的是眼睛視線范圍內珠峰的高度。而真正的珠峰海拔高，是峰頂到下面的一個叫‘大地水準面的距離。”黨亞民說。

這個“大地水準面”，就是海拔高程的零起算面。我國法定的大地水準面，是一個和黃海平均海平面重合并延伸到大陸內部（比如珠峰下面）的水準面。而地球是橢圓的，我們視線的起點是腳下的那一點，而不是珠峰腳下的那一點，因此看到的珠峰高度要比其真實高度“矮”很多。測繪科學中，經常會用到基準點、基準面兩個概念。從字面不難理解，基準點和基準面就是我們通常確定物體空間位置的一些參考點和參考面。比如目前，隨著GNSS（全球導航衛星系統）的廣泛應用，大家可以很容易獲得自己所在的位置信息，它在垂直方向可以得到一個叫“大地高”的高程，它的基準面就是一個規則的參考橢球面。但大地高并不是我們常說的海拔高程。

既然“大地高”這么容易得到，為什么我們不能用它作為珠峰的高程發布呢？因為到目前為止，世界各國的高程基準，都是選擇離自己最近的平均海平面，作為自己國家的高程基準。這個平均海平面由于受到地球內部物質的作用，它是一個不規則的曲面。

“地球上各個點上的重力值是不一樣的，作為海拔高程的起算面，它是一個虛擬的曲面，在這個面上，我們把水倒在上面，水是不流動的，因為這個面上每個點的重力加速度值是相等的。”黨亞民解釋，“這也是為什么‘南水北調‘西氣東輸等國家重大工程，必須采用海拔高程，只有基于這樣的基準面，水才不會‘倒流”。

實際上，我國目前法定的海拔高程起算點（起算面）是由國家1985國家高程基準規定。該高程起算面是根據青島大港驗潮站1952年-1979年的驗潮資料計算確定的，并通過位于青島市觀象山的“中華人民共和國水準原點”實現。我國海拔高程的基準，如何從青島“傳遞”到珠峰呢？黨亞民介紹稱，一是通過水準測量（測定地面上兩點間高差的一種方法），把黃海平均海平面一步步地“延伸”到珠峰腳下。二是通過重力測量把這個高程零點的重力值“引”過來。最終目的都是精確地找到珠峰腳下的海拔高“零基準面”。

珠峰的高程，實際上就是要測得其相對于黃海平均海水面的高度。青島與珠峰相隔千山萬水，這種“延伸”豈不是很困難？黨亞民回答，基于先前完成的國家基準項目，我們已經取得西藏拉孜縣相對青島水準原點的精確高度。這樣，起算面就不必是青島，而是拉孜。測量隊員只需從拉孜開始向珠峰測量，就相當于從青島“延伸”到了珠峰地區，全程約500公里。

即便如此，測量珠峰高程也意味著大量、艱苦和瑣碎的野外作業。“在此過程中，有些控制點要重新進行觀測，珠峰地區也要進行大量的前期和后續測量工作，測量隊員才能精確地將這個海拔高‘零基準面延伸到珠峰腳下，為登頂測量做充分準備。”黨亞民說。

登頂測量要做什么？

山高路險，為什么還一定要人來登頂測量？黨亞民表示，技術上看，目前測量型無人機或機器人的能力尚無法完成登頂作業;精度上看，衛星遙感影像在高程方向的測量精度在2米左右，和大地測量厘米級精度要求比，差距較大，且這種手段只能測出雪頂高程，而非巖面高程;再者，珠峰峰頂并不是一個點，而是一個20多平方米的面，必須由人將覘標帶上峰頂，才能確保目標點一致，精確測得角度和距離。

黨亞民介紹，峰頂測量有三項主要工作：一是峰頂交會測量，即利用三角高程和交會方法，測量峰頂覘標，確定珠峰高度;二是通過高精度GNSS定位方法，測量出珠峰雪頂的位置;三是通過雷達雪深測量，測量峰頂一定范圍內，雪面到巖石面的距離。

先來看峰頂交會測量。1975年我國測定珠峰高程時采用的就是這種傳統的經典測量法。簡單說，就是在峰頂架起覘標，在各個交會點上，分別測出其與峰頂覘標間的距離和豎直角，推算出峰頂相對于這幾個點的高程差，然后對數據進行重力、大氣等多方面的改正計算，最終確定有效數據。

再看高精度GNSS定位方法。這是一種最近幾十年發展起來的測量手段。比如我們利用手機中的導航定位芯片和軟件，也能大概知道自己所處的海拔高度。但手機確定的位置，與利用專用測量儀器和軟件確定的位置相比，精度差了幾百倍。2020珠峰高程測量，我國將首次使用基于北斗衛星導航系統的高精度GNSS定位方法，并且將以北斗數據為主進行峰頂位置的精確測量。

當然，要把GNSS測量的基于地球橢球面的大地高，改化成基于黃海高程基準海拔高，還需開展大量的測量工作，確定珠峰下面的大地水準面。2020珠峰高程測量，我國還將首次在珠峰北坡地區開展廣泛的高精度航空重力測量以及峰頂重力測量，并在靠近峰頂的區域增加大量的地面重力加密測量，這些內容填補了珠峰地區重力測量的國際空白，將大大提升2020珠峰高程測量起算面的精度，也使我們能夠獲得有史以來精度最高的珠峰高程測量成果。

最后，需要開展峰頂雪深測量。由于極端寒冷，珠峰峰頂有很深的覆雪和冰凍層。“峰頂一年四季都在變化，而測量是短時間內完成的。但是巖石面的變化很微小，而且只有巖石才算是地物。測量巖面高，其準確度更高，也更有說服力。”黨亞民表示。

1975年，我國女登山隊員潘多用一根直徑4到5厘米的木頭桿子插進雪層，測得深度為92厘米，于是有了珠峰高程采用值8848.13米;2005年，我國首先測得了珠峰頂峰的巖面高程和雪深數據，但當時使用的雪深雷達為進口設備。2020珠峰高程測量，我國將使用兼具衛星大地測量和雷達系統功能的國產雪深雷達，測量精度有望進一步提升。

珠峰“新身高”最終如何出爐

精確測定珠峰高度，是一項代表國家測繪科技發展水平的綜合性測繪工程。不同時期以不同方式測量珠峰，反映了人類對自然的求知探索精神，也是了解和認識地球的一個重要標志。多年來，我國珠峰高程測量經歷了從傳統大地測量技術到綜合現代大地測量技術的轉變。每次珠峰測量，都體現了我國測繪技術的不斷進步，彰顯了我國測繪技術的最高水平。

“重測珠峰高程一般有兩個重要原因，一是珠峰高度發生變化;二是有了可以明顯提升測量精度的新技術。”黨亞民說。據了解，2020珠峰測量中，除依托北斗衛星導航系統開展測量工作外，國產測繪儀器裝備也將全面擔綱本次測量任務，航空重力技術將進一步提升測量精度，實景三維技術將直觀展示珠峰自然資源狀況。此外，測繪隊員有望登頂觀測，獲取可靠測量數據。

“現代科學技術不斷發展，測量手段越來越方便，精度也越來越高，但精細的數據處理仍然是確保珠峰高精度和高可靠性成果的關鍵。”黨亞民介紹，在登頂測量任務完成后，數據處理團隊首先要對各類外業測量數據進行全面的質量檢查和分析;數據處理中，需要考慮溫度、氣壓、折光環境等因素對測量成果的影響，并采用合理的模型消除這些誤差影響因素;同時要對不同技術路線、各個技術環節的數據處理結果進行檢核、對算;在此基礎上，還要經過專家組的檢查和驗證，才能獲得珠峰高程最終數據，報國務院批準。

“這是一個系統工程，大概需要2到3個月時間進行計算，才會得出珠峰精確的‘身高。”黨亞民說。

“我們測出來的珠峰高程之所以具有權威性，就是因為我們可以在珠峰地區克服各種困難，開展各類細致的高精度基礎性野外測量任務，確保我們珠峰高程測量的基準點和海拔高程起算面是全世界最好的。”黨亞民說，在2017年召開的珠峰高程測量國際研討會上，我國展示的全面、先進的珠峰高程測量方法和技術手段，得到了與會多國的認可。我國珠峰高程測量和測繪綜合科學技術水平，已經走到了世界前列。

珠峰“身高”測量史

珠穆朗瑪峰是世界最高峰，人類從300多年前便已開始了探求珠峰高度的努力，多國探險家和測繪工作者都曾為準確給珠峰“量身高”做出不懈努力。

從20世紀50年代開始，以著名地理學家林超為代表的我國學者便指出，在有史料可查的歷史中，世界上首次對珠峰進行測繪的是中國人。

多份史料證明，公元1715年前后，清政府從北京派出曾在欽天監學過數學的理藩院主事勝住等人，專程進入西藏測繪地圖。成果體現于我國首次用現代技術對國土進行測量并繪制的地圖——《皇輿全覽圖》中。在這幅地圖上，珠峰以山形符號被標出，并定名為“朱母郎馬阿林”。

19世紀50年代初，英屬印度測量局在印度境內采用三角大地測量法對珠峰進行遙測，并公布8840米的數據，將珠峰確認為世界海拔最高峰，后將該峰命名為“埃佛勒斯峰”，但這一名稱并不為我國政府和人民所接受。

20世紀上半葉，英國、瑞士、法國等國家多次對珠峰進行探險，未有高度數據公布。1952年到1954年，印度測量局征得尼泊爾同意，把三角測量推進到尼泊爾境內，最后得出珠峰高程為8847.6米。

受測量技術等因素影響，世界各國對珠峰高程數據的認定并不完全相同。例如美國測得的數字為8850米，但這一數據并不為中國等國家承認。

1975年，我國首次將測量覘標矗立于珠峰之巔，精確測得珠峰海拔高程為8848.13米;2005年珠峰高程復測，我國采用傳統大地測量與衛星測量結合的技術方法，并首次在珠峰峰頂測量中利用冰雪雷達探測儀測量冰雪厚度，經過嚴密計算，測得8844.43米。