重測珠峰：也是重測我們自己

張江齊　岳建利

珠穆朗瑪峰作為世界最高峰其海拔高程數(shù)據(jù)歷來為世界各國關(guān)注。從1847年～2005年人們求證珠峰高程已經(jīng)歷10次之多，展現(xiàn)了人類用生命與心血勇攀高峰，探索自然奧秘的奮斗過程。由于技術(shù)手段的進(jìn)步和珠峰地區(qū)強(qiáng)烈的地殼運(yùn)動(dòng)，重測珠峰高程還有其重要的科學(xué)意義。近10年來包括中國在內(nèi)的測量科考隊(duì)多次測量了珠峰高程，引起了地學(xué)界廣泛的關(guān)注，能否給出權(quán)威的珠峰高程成果也體現(xiàn)我國的主權(quán)和實(shí)力，為此，國家測繪局2005年5月重新測量了珠穆朗瑪峰高程。

高程測量

為保證峰頂觀測成功與可靠性，我們采用了3套相互補(bǔ)充印證的觀測方案同時(shí)進(jìn)行。一種方案采用了傳統(tǒng)的三角測距法觀測峰頂樹立的覘標(biāo)與測距反射棱鏡；第二種觀測方案采用現(xiàn)代空間大地測量法，直接將GPS全球定位系統(tǒng)在峰頂觀測；第三種利用雪深雷達(dá)組合GPS動(dòng)態(tài)定位技術(shù)觀測峰頂覆雪厚度與雪面地形；只要有一種觀測方案能夠?qū)崿F(xiàn)，就能確保珠峰觀測成功。

2005年5月22日11時(shí)08分～12時(shí)20分，我國登山測量隊(duì)攜帶精密測量設(shè)備成功登上珠穆朗瑪峰頂。登山測量隊(duì)員在珠峰頂架設(shè)了三角測量覘標(biāo)，激光測距反射棱鏡，在平均海拔5562米的6個(gè)觀測站，完成了2天三角測距觀測，最近測站距峰頂10171米；利用雪深探測雷達(dá)在峰頂觀測了39分鐘，完成了峰頂覆雪厚度的測量；利用GPS全球定位技術(shù)完成了36分鐘空間定位觀測；為了推算峰頂重力值，重力梯度觀測沿登山路線推進(jìn)至距珠峰1.9千米的7695米高度。珠峰峰頂測量采用了多種可相互獨(dú)立驗(yàn)證的測量技術(shù)，成功地獲得了完全來自峰頂?shù)挠^測數(shù)據(jù)，是有史以來最為全面、精確的測量。

基本原理

利用大地測量技術(shù)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)就是準(zhǔn)確地觀測出珠峰的地理坐標(biāo)位置與高度，所有觀測成果的處理必須在與真實(shí)地球最接近的參考橢球面和似大地水準(zhǔn)面上進(jìn)行。如果將橢球近似為圓球時(shí)，珠峰起算觀測站以垂線方向?yàn)闇?zhǔn)觀測珠峰頂部覘標(biāo)，這兩點(diǎn)相對于地球質(zhì)心方向相交于地心，同時(shí)珠峰頂點(diǎn)相對于參考橢球的法線與相對質(zhì)心方向的垂線是存在夾角的，這種夾角我們稱作垂線偏差。珠峰的海拔高程是珠峰頂點(diǎn)沿垂線方向到平均海水面的高差，因此所有的各種觀測數(shù)據(jù)必須要經(jīng)過垂線偏差改正，首先參照標(biāo)準(zhǔn)橢球完成珠峰的坐標(biāo)位置歸算與相對該位置的法線高度計(jì)算，然后再沿觀測出的垂線方向歸算到珠峰下的平均海水面，并求得海拔高程。

觀測過程

1.由于青藏地區(qū)特別是喜瑪拉雅地區(qū)的地殼運(yùn)動(dòng)劇烈，監(jiān)測的結(jié)果表明每年向北東方向的移動(dòng)至少5厘米，高度抬升每年1厘米左右，因此在該地區(qū)施測珠峰的坐標(biāo)起算與高程起算點(diǎn)都應(yīng)與國家的大地測量基準(zhǔn)體系重新確定關(guān)系；為了監(jiān)測珠峰與青藏高原的抬升與壓縮變形規(guī)律，在青藏高原布測了48點(diǎn)的監(jiān)測網(wǎng)。

2.從全面更新的6個(gè)控制網(wǎng)起算交會(huì)點(diǎn)觀測珠峰，其關(guān)鍵問題是要消除誤差提高觀測精度，觀測誤差來自與距離成正比關(guān)系的高度角測量、垂線偏差、大氣折光測量誤差;與高差成正比的水平距離觀測誤差。因此在珠峰頂設(shè)立覘標(biāo)與定位儀是精確測定水平距離與相對高差的前提；盡可能縮短起算點(diǎn)到珠峰的距離，抬升起算點(diǎn)的觀測高度是提高傳統(tǒng)觀測精度的方法，直到在峰頂直接觀測空間坐標(biāo)位置是最精確的辦法。

3.為了傳遞高程起算點(diǎn)，從國家一等水準(zhǔn)路線起始觀測了397千米的水準(zhǔn)路線到距珠峰10千米的支1起算點(diǎn)，全部6個(gè)珠峰交會(huì)點(diǎn)的高程傳遞均由該點(diǎn)引出。

4.為實(shí)現(xiàn)沿垂線方向?qū)⒎屙敻叱虦?zhǔn)確地歸算到平均海水面，在珠峰地區(qū)建立了40點(diǎn)組成GPS、水準(zhǔn)與重力組合的控制網(wǎng)，準(zhǔn)確地觀測出珠峰腳下起伏不平的水準(zhǔn)面相對于參考橢球面的差值。

5.為獲得珠峰頂部水準(zhǔn)面到參考橢球精確差距，開展了重力梯度與重力加密測量，最高點(diǎn)到達(dá)7659米的C2營地，依據(jù)重力梯度的變化趨勢推算出峰頂重力值。為此觀測了96個(gè)重力加密點(diǎn)。

6.為了減少大氣折射引起的觀測角度變化，利用探空氣球觀測了溫度梯度，并計(jì)算遮光改正系數(shù)，提高了觀測角精度。

珠峰測量中使用了高新測量技術(shù)，同時(shí)結(jié)合了傳統(tǒng)觀測方法，通過多種的觀測手段相互檢核，證明了本次觀測成果的可靠性與精確性，是目前世界珠峰測高史中最精確可靠的高程成果。

峰頂冰雪層厚度探測 利用電磁波在地下媒介中的傳播和反射特性進(jìn)行地下不可見目標(biāo)體或界面的探查與定位分辨。在地表上向地下發(fā)射電磁波，電磁波在地下介質(zhì)持續(xù)變化的界面上產(chǎn)生散射，根據(jù)散射回波的時(shí)延和形狀，可解譯出目標(biāo)深度。是目前可用、可靠的雪深探測設(shè)備，曾用于高寒地區(qū)的冰雪層厚度的探測。

重力測量與大地水準(zhǔn)面受地球內(nèi)部物質(zhì)結(jié)構(gòu)、密度和分布狀態(tài)的影響，重力場的形狀具有不規(guī)則性；珠峰地區(qū)的重力場與大地水準(zhǔn)面形狀受相關(guān)因素影響十分復(fù)雜，其大地水準(zhǔn)面異常達(dá)到28米左右，因此它的精確性對高程的影響巨大，重力測量與水準(zhǔn)面的精確求定直接相關(guān)。

GPS定位GPS又稱為全球定位系統(tǒng)，空基星座由24顆衛(wèi)星組成，地基跟蹤站有200多個(gè)，共同形成空間定位系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的測量方式的區(qū)別在于，傳統(tǒng)測量法可從遠(yuǎn)距離觀測角度實(shí)現(xiàn)定位測高，GPS法必須將設(shè)備運(yùn)到峰頂直接觀測，如果能夠觀測到來自4顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù)就可實(shí)現(xiàn)相對地心的三維定位，其精度可達(dá)到毫米，在本次測量中被廣泛應(yīng)用。

【責(zé)任編輯】林京