為什麼要重新測量珠峰？珠峰的「身高」是怎麼測的？又是怎麼算的？測算結果有什麼用……新京報記者就與珠峰新「身高」相關的六個焦點問題，採訪了負責珠峰高程解算的大地測量數據處理中心主任郭春喜、2020珠峰高程測量技術協調組組長黨亞民與專家成員蔣濤，揭秘如何為珠峰測量計算「身高」。
全文4814字，閱讀約需9分鐘
新京報記者 吳嬌穎 編輯 陳思 校對 陳荻雁
據新華社消息，12月8日，中國和尼泊爾聯合公布珠峰「新身高」——8848.86米。
珠峰高程測量的核心，就是精確測定珠穆朗瑪峰高度，這同時也是一項代表國家測繪科技發展水平的綜合性測繪工程。
今年4月30日，2020珠峰高程測量正式啟動，最終於5月27日成功登頂完成測量。這是繼2005年公布8844.43米的珠峰峰頂巖石面海拔高程後，我國時隔15年再測世界最高峰。
為什麼要重新測量珠峰？珠峰的「身高」是怎麼測的？又是怎麼算的？測算結果有什麼用……新京報記者就與珠峰新「身高」相關的六個焦點問題，採訪了負責珠峰高程解算的大地測量數據處理中心主任郭春喜、2020珠峰高程測量技術協調組組長黨亞民與專家成員蔣濤，揭秘如何為珠峰測量計算「身高」。
━━━━━
釋疑一：珠峰高程怎麼測？
——首先需確定一個測算的起算面
像給人量身高一樣，要給珠峰這個大個子量「身高」，首先要確定一個測量的起算面。我們平時說的高度，一般是指某物高出地面多少，而高程是指某物基於平均海水面的高度。
我國從1988年1月1日起開始採用 1985 國家高程基準，起算點位於青島觀象山上的水準原點。以水準原點為起算點，利用精密水準測量原理，我國已建立覆蓋全國的國家高程基準網。
這次珠峰高程測量，測量隊員便是從珠峰地區的日喀則一等水準點起測，將高程傳遞至珠峰腳下的6個交會點。在交會點，測量隊員要在登頂測量隊員架設好測量覘標後，同時開始三角高程測量和交會測量。
登頂隊員，首先需要在峰頂架設測量覘標。同時，架設GNSS接收設備，在珠峰峰頂接收包括我國自主建立的北鬥衛星導航系統的信號，獲得峰頂幾何位置GNSS觀測數據。
此外，登頂隊員要在峰頂開展重力測量，結合外圍開展的珠峰周邊的重力測量和航空重力測量，為珠峰區域重力場模型構建和似大地水準面精化提供重要基礎數據。為準確測定珠峰峰頂巖石面高程，登頂隊員還需要在峰頂利用冰雪探測雷達設備，對冰雪層厚度進行準確探測。
因此，珠峰高程測量，是一項採用了多種測量技術的綜合性測繪工程，再經過精密的數據處理計算，最終獲得珠峰峰頂高程，即大家常說的「高度」。
━━━━━
釋疑二：珠峰「身高」怎麼算？
——需將採集到的各類原始觀測數據，進行改正與歸算
要想得到珠峰的精確高度，數據處理人員需要將外業測量隊員直接採集到的各類原始觀測數據，進行改正與歸算。
「這些改正與歸算，不僅有一套嚴密的科學邏輯與程序，更要基於我國長期建設並維護的大地、高程、重力測繪基準網數據。」自然資源部大地測量數據處理中心主任郭春喜介紹。
在珠峰高程數據處理中，珠峰的高程並不是只有一個，而是有「雪面大地高」「雪面正常高」「雪面海拔高」「巖石面海拔高」四個高程。珠峰高程數據處理也是圍繞這四個高程的精確解算進行的。
據新華社消息，12月8日，中國和尼泊爾聯合公布珠峰「新身高」——8848.86米。此前，我國2005年測量公布了珠峰峰頂巖石面海拔高程，即8844.43米。
▲珠峰峰頂高程關係示意圖
郭春喜解釋說，珠峰的「雪面海拔高」「巖石面海拔高」都以大地水準面為起算面。由於真實地球形狀是個不規則的球體，地形起伏大，於是科學家引入了「大地水準面」的概念。它假設靜止的海面向陸地和島嶼延伸，把地球包裹起來形成的一個物理參考面。因地球表面起伏和地球內部質量分布不勻，大地水準面是一個起伏不大的不規則曲面，它就是海拔高程系統的起算面。
然而，由於大地水準面確定涉及地球內部實測重力，人們又無法通過地面測量獲得地球內部的重力值，科學家又找了一個「似大地水準面」。這個面的定義由於加入了可計算獲得的正常重力值，測量人員就可以用幾何的辦法直接測定地球上某一點到似大地水準面的距離。從珠峰峰頂雪面到似大地水準面的距離，就是「雪面正常高」。
「大地水準面」和「似大地水準面」，因為表面很不規則，表達兩點之間的坐標難度很大。為了方便計算測量成果，科學家引入一個與實際地球大小、形狀接近的「參考橢球面」。參考橢球面是一個和大地水準面吻合度最好的規則面，可以將地面上一切觀測元素都歸算到這個橢球面上計算，從地面一點到橢球面的距離稱為「大地高」。從珠峰峰頂雪面到參考橢球面的距離，就是「雪面大地高」。
▲2020珠峰高程測量數據處理流程圖
郭春喜介紹，首先，數據處理人員需要處理現代GNSS測量、傳統三角高程測量數據，獲得珠峰地區基準網、區域框架網、局部控制網及峰頂聯測網的平面位置，確定珠峰峰頂雪面大地高。然後，利用精密水準測量與測距高程導線獲取各級GNSS控制網點正常高。
再次，基於珠峰地區高解析度的數字高程模型數據、歷年來加密重力測量數據、本次新測的航空重力數據、國內外超高階重力場模型數據，利用現代似大地水準面確定理論與移去-恢復技術，獲得珠峰地區高精度重力似大地水準面。通過GNSS水準融合，獲得珠峰地區高精度似大地水準面成果及峰頂高程異常。峰頂大地高減去峰頂高程異常，便可獲得珠峰峰頂雪面正常高。
最後，利用本次實測峰頂重力值與高精度地形數據，推算得到峰頂到峰底的平均重力與平均正常重力，再經過嚴密正常高與正高轉換，獲得珠峰峰頂雪面海拔高。利用冰雪厚度雷達測量獲取峰頂的雪面厚度後，峰頂雪面海拔高扣除雪面厚度，就是峰頂巖石面海拔高。
▲珠峰在雲霧中若隱若現。國測一大隊供圖
━━━━━
釋疑三：為何要重測珠峰「身高」？
——珠峰的高度並非一成不變
珠穆朗瑪峰位於喜馬拉雅山脈中段，矗立在中國與尼泊爾的邊境線上，北部在中國境內，南部在尼泊爾境內，是世界最高山峰，素有「世界第三極」之稱。
2020珠峰高程測量前，我國測繪工作者已對珠峰進行過6次大規模的測繪和科考。1975 年，我國首次將測量覘標矗立於珠峰之巔，並精確測得珠峰海拔高程為 8848.13 米。2005 年珠峰測量，獲得珠穆朗瑪峰峰頂巖石面海拔高程 8844.43 米。
但珠峰的高度並不是一成不變的。
「大約從三千八百萬年前開始，由於印度次大陸與亞洲大陸的碰撞，喜馬拉雅山從一片汪洋大海中逐漸升起。喜馬拉雅山達到現在的高度，還是最近四百萬年以來快速上升的結果，珠穆朗瑪峰就是在這一上升過程中上升得最快的山峰。」中國測繪科學研究院研究員、2020珠峰高程測量技術協調組組長黨亞民介紹說，由於歐亞板塊與印度洋板塊的碰撞，到現在為止，珠穆朗瑪峰整體趨勢還是在持續上升。
「但遇到大的地震，珠穆朗瑪峰也會突然下降，例如1934年尼泊爾一次大地震，珠峰高度一下子降低了60多釐米。」據黨亞民介紹，一般在三種情況下，就需要對珠峰高程重新測量。
第一種情況是，當珠峰高度緩慢變化積累到一定程度，我們就需要重新測量珠峰高度。第二種是，如果在離珠峰較近的地方發生大地震，認為地震對珠峰高度影響明顯，也需要重新測量珠峰高度。第三種情況是，當珠峰高程測量技術有了一個大的飛躍，新技術可以明顯提升珠峰測量精度，也需要重新測量珠峰高度。
━━━━━
釋疑四：測量用了哪些「黑科技」？
——北鬥系統在珠峰高程測量中首次應用
2020珠峰高程測量綜合運用了GNSS衛星測量、精密水準測量、光電測距、雪深雷達測量、重力測量、天文測量、衛星遙感、似大地水準面精化等多種傳統和現代測繪技術，精確測定珠峰高程。
全球導航衛星系統（GNSS）衛星測量，便是其中重要一環，這也是北鬥系統在珠峰高程測量項目中首次應用。
在峰頂，GNSS接收機能通過衛星獲取平面位置、峰頂雪面大地高等信息，而大地高與海拔之間有一定換算關係。登頂測量時，頂峰的GNSS接收機能依託北鬥系統和珠峰地區以及外圍的GNSS監測網聯機同步觀測，同時還可監測相關地區的地殼運動。
為了填補珠峰地區地面重力資料的空白，此次測量還應用了航空重力測量技術。
中國測繪科學研究院副研究員、2020珠峰高程測量技術協調組專家成員蔣濤解釋，一般的重力測量採用的是地面重力測量的方法，測繪人員攜帶重力儀進行實地測量，將儀器放置在某個測量點位上，測量一段時間就能得到這個點位的重力數據。但珠峰地區平均海拔在5000米以上，地形地貌極其複雜，絕大部分地方人員無法到達，存在大量的重力數據空白區，這就嚴重製約了海拔高程起算面的精準度。
「而航空重力測量，是把先進的航空重力儀安裝在飛機上，這相當於在飛機安裝的一個感應地球重力的傳感器，它能反映地面重力的變化。飛機按照事先設計好的測線在1萬米左右的高度來回飛行，多條飛行測線形成一個密集的空中重力數據面。我們結合機載衛星動態定位、慣性導航和重力儀數據把空中重力值測出來。」
蔣濤介紹，這樣，航空重力測量的結果結合地面重力測量的結果，再結合衛星資料獲取的數據，通過物理大地測量的理論方法進行數據處理，把珠峰高程起算面精準的確定出來後，就可以精確測定珠峰高程。
他透露，根據估算，加入航空重力測量的數據後，起算面精準度可以提高大約30%，珠峰峰頂高度的精準度自然也會相應提升。
此外，此次珠峰高程測量還首次應用了實景三維技術。「這主要是為了在登山過程中給測量登山隊提供指導，另外，也讓公眾能夠更直觀地看到珠峰地區的實景，更好地理解珠峰測量的過程和意義。」蔣濤說。
▲位於西安的大地測量數據處理中心，技術人員正在操作使用珠峰高程解算相關軟體。新京報記者 景如月 攝
━━━━━
釋疑五：為何登頂6個月後才公布測量結果？
——珠峰高程需要經過數據處理和反覆檢核計算
5月27日，測量登山隊員成功登頂珠峰完成測量任務。為何直到12月，珠峰高程測量結果才最終公布？
「登頂測量只是完成了最重要的測量數據，但最終的珠峰高程，還需要經過一段時間的數據處理和反覆檢核計算。「蔣濤說。
首先，包括登頂測量在內的外業測量全部結束後，技術協調組要組織相關單位要完成全部外業測量數據的整理，外業觀測成果的質量檢查、數據匯總等。
之後，所有測量數據被傳輸至位於西安的大地測量數據處理中心，由技術人員進行數據綜合處理，才能計算得出準確的珠峰新高程。
據郭春喜介紹，大地測量數據處理中心從2019年4月份起，就開始著手收集了大量珠峰地區已有的高程、GNSS和重力等數據並進行初步的整理分析，為後續工作做準備。
今年6月以來，在珠峰峰頂及珠峰地區數據傳送至大地測量數據處理中心後，技術人員著重處理了343個GNSS點數據、約780多公裡的一二三等水準網數據、約210個不同等級重力點數據、12個峰頂交會點數據以及重力似大地水準面確定、峰頂冰雪探測雷達測量數據處理等。
「整個珠峰高程測量數據處理工作，在數據整理分析、數據解算和融合處理、數據質量控制、多期數據結果比對分析、技術文檔編寫等階段，都有相當的工作量。為了儘快精算得到珠峰高程成果，所有項目參與人員加班加點工作，僅僅用時3個月就完成了整個數據處理工作。」郭春喜說。
獲得初步的珠峰高程結果後，還要完成院、局兩級檢查，聯合尼泊爾方面、中科院以及專家學者團隊，進行珠峰高程綜合確定，組織開展成果驗收。
━━━━━
釋疑六：珠峰測量的數據成果有什麼用？
——為冰川監測、生態環境保護等研究提供一手資料
記者了解到，此次珠峰高程測量的成果可用於地球動力學板塊運動等領域研究。精確的峰頂雪深、氣象和風速等數據，將為冰川監測、生態環境保護等方面的研究提供第一手資料。重力測量成果可用於珠峰地區區域地球重力場模型的建立和冰川變化、地震、地殼運動等問題的研究。
除了用於監測與研究外，珠峰測量的結果與普通公眾關係大嗎？蔣濤認為，除了獲取重要地理信息外，最重要的一點是，珠峰高程的變化能典型地反映出全球氣候變暖的趨勢。
據其介紹，除了珠峰高程測量，這次任務還包括對珠峰及其周邊地區冰川變化的監測、地殼變化的監測等。
「這些數據結果，以珠峰為切入點，可以讓公眾了解到目前青藏高原正在發生的一些氣候和環境變化，比如近十年來高原湖泊面積有擴大的趨勢，比如青藏高原冰川消融的速度，等等。」蔣濤認為，這也將加強公眾對目前全球氣候和環境變化的認識與關注。
值班編輯 康嘻嘻 花木南