登“峰”測(cè)極—記2020珠峰高程測(cè)量

文|李文宗

2020年5月27日，中國(guó)人又一次登上世界海拔最高的珠穆朗瑪峰峰頂。舉世矚目，期待中國(guó)給出“世界高度”新答案。

60年前，中國(guó)人首次從北坡登頂珠峰。

45年前，中國(guó)人首次將覘標(biāo)帶至峰頂，測(cè)得高度8848.13米。

2005年，中國(guó)再測(cè)珠峰，其巖面高度為8844.43米。

新中國(guó)成立以來，中國(guó)曾對(duì)珠峰進(jìn)行過6次測(cè)繪和科考。

2020年5月27日，中國(guó)人又一次登上世界海拔最高的珠穆朗瑪峰峰頂。舉世矚目，期待中國(guó)給出“世界高度”新答案。

為什么要多次測(cè)量珠峰高度

這恐怕要從喜馬拉雅山脈是如何形成說起。也許你很難想像，現(xiàn)在的世界第一高峰，遠(yuǎn)在4000萬年前曾是一片汪洋。在大約3800萬年前，由于板塊交界處強(qiáng)烈的造山運(yùn)動(dòng)，形成了世界上海拔最高的山脈—喜馬拉雅山脈。

時(shí)至今日，作為喜馬拉雅山脈的最高峰，珠峰巖體高度仍在逐年緩慢地抬升。珠峰的測(cè)量能夠揭示印度洋板塊與亞歐板塊的強(qiáng)弱變化，這種強(qiáng)弱變化，恰恰是引起地震活動(dòng)的源動(dòng)力。測(cè)量珠峰有助于監(jiān)測(cè)地震活動(dòng)和減災(zāi)、防災(zāi)。

歷史上，人類從300多年前便已邁出了探求世界最高峰高度的步伐，多個(gè)國(guó)家的探險(xiǎn)者和測(cè)繪工作者都曾為準(zhǔn)確測(cè)量珠峰高程貢獻(xiàn)過力量。

高度，在測(cè)量學(xué)中也叫高程。在科學(xué)上，高程表達(dá)的是地球表面點(diǎn)相對(duì)于地球的空間位置。地球并不是規(guī)則的球體，站在珠峰山腳下，你用眼睛看到的珠峰“身高”其實(shí)并不是珠峰真正的高度。這是因?yàn)椋愕囊暰€起點(diǎn)是你腳下的那一點(diǎn)，而不是珠峰“身高”的起點(diǎn)—海拔0米。因此，你看到的珠峰要比其真實(shí)高度低。此次珠峰復(fù)測(cè)，所要測(cè)量的就是重心所在直線的高度。

測(cè)量珠峰也并不僅僅是測(cè)量高度，精確的峰頂雪深、氣象和風(fēng)速等數(shù)據(jù)，都將為冰川監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面的研究提供一手?jǐn)?shù)據(jù)。和極地一樣，珠峰的生態(tài)變化也被視為全球環(huán)境變化的“試紙”。

為何一定要靠人實(shí)地測(cè)量

攀登珠峰是具有風(fēng)險(xiǎn)的任務(wù)，高程測(cè)量為什么不能通過測(cè)繪技術(shù)和高科技設(shè)備，必須要靠人來完成？相關(guān)測(cè)繪專家表示，目前的技術(shù)手段尚無法確保測(cè)量型無人機(jī)或機(jī)器人在峰頂作業(yè)。

自然資源部第一大地測(cè)量隊(duì)（國(guó)測(cè)一大隊(duì)）副隊(duì)長(zhǎng)張慶濤說，早期的珠峰測(cè)繪多在無人登頂?shù)那闆r下進(jìn)行，傳統(tǒng)的交會(huì)測(cè)量和三角高程測(cè)量有可能出現(xiàn)偏差。

張慶濤說，珠峰峰頂并不是一個(gè)點(diǎn)，而是一個(gè)20多平方米的平面。從山腳下的各觀測(cè)點(diǎn)瞄準(zhǔn)峰頂測(cè)量，目標(biāo)點(diǎn)難以一致。因此，“必須由人將覘標(biāo)帶上峰頂。有了覘標(biāo)，我們?cè)谏侥_下布設(shè)的觀測(cè)點(diǎn)就能更精確地照準(zhǔn)峰頂?shù)臏y(cè)量目標(biāo)，從而測(cè)得精確的角度和距離。”

中國(guó)測(cè)繪科學(xué)研究院研究員、2020珠峰高程測(cè)量技術(shù)協(xié)調(diào)組組長(zhǎng)黨亞民表示，目前利用衛(wèi)星遙感技術(shù)測(cè)量峰頂高程的精度，遠(yuǎn)低于大地測(cè)量方法，而且只能測(cè)出雪頂?shù)母叱獭Ｖ榉甯叱虦y(cè)量將綜合運(yùn)用GNSS衛(wèi)星測(cè)量、雪深雷達(dá)測(cè)量、重力測(cè)量、天文測(cè)量、衛(wèi)星遙感等多種技術(shù)。其中，GNSS接收機(jī)、雪深雷達(dá)、氣象測(cè)量和覘標(biāo)等儀器都需要人攜帶至頂峰。

黨亞民說，珠峰峰頂大風(fēng)多，氣流不穩(wěn)定，氣溫低，測(cè)量型無人機(jī)目前尚無法在峰頂惡劣環(huán)境飛行。此外，目前為止還沒有使用機(jī)器人操作精密測(cè)量?jī)x器的先例，峰頂作業(yè)更無可能。

2020年5月27日，2020珠峰高程測(cè)量登山隊(duì)隊(duì)員在峰頂開展測(cè)量工作

如何給珠峰測(cè)“身高”

此次測(cè)量有望實(shí)現(xiàn)中國(guó)專業(yè)測(cè)繪人員首次登頂珠峰測(cè)高，這將使測(cè)量數(shù)據(jù)更可靠、更具說服力。

據(jù)了解，登頂后，測(cè)量隊(duì)員將首先啟動(dòng)冰雪探測(cè)雷達(dá)開始觀測(cè)，待雷達(dá)測(cè)量結(jié)束后豎立測(cè)量覘標(biāo)，在覘標(biāo)頂部安裝GNSS天線進(jìn)行靜態(tài)觀測(cè)，同時(shí)從地面6個(gè)交會(huì)點(diǎn)對(duì)峰頂覘標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)，測(cè)量水平角、垂直角和距離，初步計(jì)算珠峰高程，后期將結(jié)合重力、天文等數(shù)據(jù)對(duì)珠峰高程數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，從而得到精確的峰頂巖石面高程。

“專業(yè)測(cè)繪人員對(duì)GNSS接收機(jī)、雪深雷達(dá)、氣象測(cè)量和覘標(biāo)等設(shè)備更熟悉，獲得的數(shù)據(jù)更可靠、嚴(yán)謹(jǐn)。”國(guó)測(cè)一大隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)李國(guó)鵬說，“另外，珠峰頂峰缺氧、氣溫低，人若長(zhǎng)時(shí)間停留容易發(fā)生危險(xiǎn)。專業(yè)測(cè)繪人員操作儀器更熟練，可減少人員在頂峰停留時(shí)間。”

此次珠峰測(cè)高，將綜合運(yùn)用多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)。其中，GNSS衛(wèi)星測(cè)量是重要一環(huán)。在峰頂，GNSS接收機(jī)能通過衛(wèi)星獲取平面位置、峰頂雪面大地高等信息。

“2005年時(shí)，GNSS衛(wèi)星測(cè)量主要依賴GPS系統(tǒng)。今年，我們同時(shí)參考美國(guó)GPS、歐洲伽利略、俄羅斯格洛納斯和中國(guó)北斗這四大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，并且會(huì)以北斗的數(shù)據(jù)為主。”李國(guó)鵬說。

李國(guó)鵬表示，這是北斗系統(tǒng)在珠峰高程測(cè)量項(xiàng)目中首次應(yīng)用。登頂測(cè)量時(shí)，頂峰的GNSS接收機(jī)依托北斗系統(tǒng)和珠峰地區(qū)以及外圍的GNSS監(jiān)測(cè)網(wǎng)聯(lián)機(jī)同步觀測(cè)，同時(shí)還可監(jiān)測(cè)相關(guān)地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)。

“此次測(cè)量任務(wù)中，大量裝備國(guó)產(chǎn)化，可靠性、精度等都比2005年有質(zhì)的提高。”李國(guó)鵬說。

2005年，中國(guó)首先測(cè)得了珠峰頂峰的巖面高程和雪深數(shù)據(jù)，當(dāng)時(shí)使用的雪深雷達(dá)為進(jìn)口設(shè)備。今年珠峰高程測(cè)量將使用國(guó)產(chǎn)雪深雷達(dá)，該設(shè)備能同時(shí)獲取位置信息和雪深數(shù)據(jù)，兼具衛(wèi)星大地測(cè)量和雷達(dá)系統(tǒng)的功能，而且輕便、易攜。

此外，天頂儀、重力儀、峰頂覘標(biāo)、用于三角交會(huì)測(cè)量的超長(zhǎng)距離測(cè)距儀等均為國(guó)產(chǎn)儀器。中國(guó)最新的測(cè)繪基準(zhǔn)體系建設(shè)成果也應(yīng)用于此次測(cè)量。同時(shí)，也將運(yùn)用航空重力測(cè)量技術(shù)，提升測(cè)量精度。

何時(shí)公布測(cè)量結(jié)果

登頂成功后就能迅速公布測(cè)量結(jié)果，了解珠峰“身高”變化了嗎？專家的回答是否定的，“因?yàn)榈琼敎y(cè)量成功只意味著取得了一手的測(cè)量數(shù)據(jù)，但并沒有得到珠峰的精確高程”。

珠峰高程測(cè)量是多種技術(shù)手段的綜合應(yīng)用過程，涉及GNSS衛(wèi)星測(cè)量、雪深雷達(dá)測(cè)量、重力測(cè)量、衛(wèi)星遙感、似大地水準(zhǔn)面精化等多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)。最終公布的海拔高度，是對(duì)多種數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的結(jié)果。

“在對(duì)數(shù)據(jù)分析、處理的基礎(chǔ)上，還要進(jìn)行理論研究、嚴(yán)密計(jì)算和反復(fù)驗(yàn)證，才能確定珠峰精確高程。”黨亞民說。

2020年5月27日，西藏自治區(qū)定日縣海拔5200米的珠峰登山大本營(yíng)，工作人員慶祝前方隊(duì)員登頂成功

此外，溫度、氣壓、折光環(huán)境等因素都會(huì)對(duì)測(cè)量產(chǎn)生影響，科學(xué)家需要通過復(fù)雜的計(jì)算消除誤差，得到精確的珠峰高程。這是一個(gè)系統(tǒng)工程，大概需要2-3個(gè)月時(shí)間。

珠穆朗瑪峰位于中國(guó)和尼泊爾交界處，2019年尼泊爾測(cè)量了珠峰高度，最后兩國(guó)會(huì)經(jīng)過討論，共同宣布珠峰的確切“身高”。

尼泊爾土地管理、合作與減貧部下屬測(cè)繪局首席測(cè)繪員、珠峰高度測(cè)量秘書處協(xié)調(diào)人蘇希爾·丹戈?duì)栒f：“中國(guó)再次測(cè)量珠峰高度，是全世界測(cè)繪界的一件大事。”

測(cè)量結(jié)果的重要作用

珠峰高程測(cè)量的核心目標(biāo)是精確測(cè)定珠峰高度，測(cè)量成果可用于地球動(dòng)力學(xué)板塊運(yùn)動(dòng)等領(lǐng)域研究。精確的峰頂雪深、氣象、風(fēng)速等數(shù)據(jù)，將為冰川監(jiān)測(cè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等方面的研究提供第一手資料。

黨亞民介紹，GNSS測(cè)量、水準(zhǔn)測(cè)量、重力測(cè)量的成果結(jié)合早期相關(guān)資料，不僅可以準(zhǔn)確地分析目前地殼運(yùn)動(dòng)變化影響情況，同時(shí)也可為后續(xù)的似大地水準(zhǔn)面模型建立提供精確可靠的數(shù)據(jù)支持。精確的地面重力測(cè)量和航空重力測(cè)量成果可用于珠峰區(qū)域地球重力場(chǎng)模型的建立，以及地質(zhì)調(diào)查、地震、地殼運(yùn)動(dòng)等問題的研究。

“這同時(shí)也是一項(xiàng)代表國(guó)家測(cè)繪科技發(fā)展水平的綜合性測(cè)繪工程。”李國(guó)鵬表示，新中國(guó)成立以來，中國(guó)珠峰高程測(cè)量經(jīng)歷了從傳統(tǒng)大地測(cè)量技術(shù)到綜合現(xiàn)代大地測(cè)量技術(shù)的轉(zhuǎn)變。每次珠峰測(cè)量，都體現(xiàn)了中國(guó)測(cè)繪技術(shù)的不斷進(jìn)步，彰顯了中國(guó)測(cè)繪技術(shù)的最高水平。

李國(guó)鵬說，不同時(shí)期以不同方式測(cè)量珠峰，以及對(duì)珠峰高程的多次測(cè)量，反映了人類對(duì)自然的求知探索精神，并成為人類了解和認(rèn)識(shí)地球的一個(gè)重要標(biāo)志。