究竟為什麼要給珠峰「測身高」?
如何給珠峰高程測量?
水準原點是什麼?
水準原點為什麼設在青島?
珠峰高度和青島又有什麼關係?
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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研究提供寶貴的第一手資料。處於地質運動中的珠峰高度每年都在變化。新中國成立以來,我國測繪工作者對珠峰共進行過6次大規模測繪和科考工作,而測量高度的基準,都來自位於青島觀象山上的中華人民共和國水準原點,此次測量也不例外。
珠峰高程測量的核心是精確測定珠峰高度,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。測量高度,首先需確定水準原點,也就是說海拔為0的起始點。用精密水準測量聯測到陸地上預先設置好的一個固定點,定出這個點的高程作為全國水準測量的起算高程,這個固定點稱為水準原點。我國採用設立在青島市的驗潮站所確定的平均海面作為水準基面,中國的水準原點在青島市觀象山。
「在測量珠峰時,測繪人員要在地上通過水準儀一步一步進行精密測量,也可以用飛機進行航拍測量,或者利用太空的衛星雷達進行測量。一般來說,地面測量最為辛苦,但精度最高,結果也最可靠。」中國地質大學(武漢)地理與信息工程學院副教授姚堯介紹,目前測繪人員已取得西藏拉孜縣相對青島水準原點的精確高程,因此他們只需要從拉孜起測。
「前半程採用的是水準測量法,也就是說,在前後2個地點之間分別豎立水準尺,通過兩端高度差,一站一站地將高差累加起來就可得出準確數字,這樣一直傳遞到珠峰腳下的6個珠峰高程測量交會點。」姚堯說道,當來到珠峰高程測量交會點後,再通過在峰頂豎立的測量覘標,運用勾股定理,推算出峰頂相對於這幾個點的高程差。最後,通過進行重力、大氣等多方面的改正計算,確定珠峰高程。
用精密水準測量聯測到陸地上預先設置好的一個固定點,定出這個點的高程作為全國水準測量的起算高程,這個固定點稱為水準原點。
水準原點是水準測量傳遞海拔高程的基準點。即國家高程控制網中,所有水準點高程的起算點。為了建立全國統一的高程控制網,必須確定一個高程起算面(水準基面),作為所有水準點高程的起算基準。通常採用大地水準面作為水準基面,它是沿海驗潮站長期的海水面升降觀測結果的平均值。由於平均海面並不是重力等位面,不同地點的平均海面可相差1~2m,中國採用設在青島市的驗潮站所確定的平均海面作為水準基面。
珠峰高度的起算面是如何得到的,它的基準數據又是從何而來呢?大家想不到的是,這個基準面的標準其實是來自於我們青島的中華人民共和國水準原點。
在觀象山頂上,有一個建於1954年的神秘的俄式建築石屋。這座石屋全部由嶗山花崗巖砌成,牆壁上鑲著一塊刻有水準原點4個大字的石碑。這裡就是國家測繪局確定的中華人民共和國水準原點,現如今的珠峰高度測繪起點就是這裡。「這座石屋已經聳立了60多年,位於石屋裡的旱井底部放置了一顆拳頭大小的瑪瑙,瑪瑙頂部的海拔高度為72.26米,國家測繪局將它確定為『中華人民共和國水準原點』,站在這個小屋門口,我們可以準確地說出你此刻的海拔高度,沒有比這更精確的了。」負責管護的工作人員介紹。
1954年,位於青島的中華人民共和國水準原點正式開建。1957年建成後,確定了我國第一個統一的高程基準面,稱1956黃海高程系。1975年起,國家重新進行測量。根據青島大港驗潮站1952年到1979年的驗潮資料計算,最終確定水準原點海拔為72.26米。1987年5月,國務院正式批准青島觀象山水準原點為中國測量高度唯一標準。
「從位於青島的水準原點到珠峰腳下的這一條水準路線差不多有6000多公裡。這條路線實際上不論經過高山、沼澤還是荒漠,測繪工作者必須徒步前進,分段觀測,每隔幾十米設一個站,每個站往返要觀測兩遍,累計步行超過1.2萬公裡,才能將高程傳遞到喜馬拉雅山。」青島市勘察測繪研究院信息中心主任牟雪松說。
「水準原點設置在青島主要有4個原因,首先,青島位於中緯度地區,更能代表全國的平均海水面,便於向外傳遞高程。」青島市勘察測繪研究院院長張志華介紹;二是青島海域具有代表性的半日潮汐,驗潮站所在的膠州灣風浪小,海面穩定,便於驗潮;第三,青島地質結構穩定;第四,青島早在100年前就有驗潮資料,幾乎從未間斷,具備天文、海洋、氣象、驗潮等多種科學資料,有利於精確確定全國平均海水面。
「我們知道水準原點是為確定國家統一的高程基準面而建立的,而高層基準面要根據驗潮站多年不斷的驗潮資料才能求得穩定的平均海水面,這個時間至少要達到潮汐變化的一個周期,大約是18.61年。」牟雪松介紹,所以必須經過多年的資料累積,才能形成一個「合格」的水準原點。
我國現行的1985國家高程基準就是根據青島大港驗潮站1952年到1979年的驗潮資料計算確定的,而水準原點就是我國1985國家高程的唯一起算點,也是國家最重要的永久性測量標誌,是我國所有高程測量成果的初始計算點。測量珠峰高程只需要測量隊從西藏拉孜縣起測,然後結合先期取得的拉孜相對青島水準原點的精確高程,即可獲得最終數據。
海拔高度,是指以海平面為基準的相對高度,我國的水準原點並沒有建在海邊,而是將海拔起點設在了山頂。那麼水準原點為何不建在海邊,而要建在山頂呢?張志華介紹,原點始建於1954年,由一個原點、兩個附點、三個參考點和一個驗潮站組成。水準原點之所以沒有建在海邊,主要是因為驗潮測得的平均海水面無法直接觀測,也不方便保護。因此,水準原點選擇建設在更穩定,更便於保護的觀象山頂上。
水準原點:位於青島觀象山,由1個原點5個附點構成水準原點網,是水準測量傳遞海拔高程的基準點,在「1985國家高程基準」中水準原點的高程為72.2604米。同時由於驗潮測得的平均海水面無法直接觀測,也不方便保護,因此水準原點選擇建設在更穩定、更便於保護的觀象山頂上,而沒有建在海邊。
水準零點:位於青島市東海中路銀海大世界,是國內唯一的水準零點。中國水準零點標誌地下旱井內的「零點」石球。同位於青島觀象山的「水準原點」比較計算,該石球的頂點高度為海拔0米。由於位於觀象山的水準原點站是國家重要的基礎設施,不便於對外開放。2006年5月,為更好地利用水準原點這一獨特的資源,經國家測繪局批准,由專家精確移植水準原點信息數據,在青島銀海大世界內建起了「中華人民共和國水準零點」景區,對公眾進行開放。