今年4月30日,我國正式啟動2020珠峰高程測量。2020年對珠峰來說是很有紀念意義的一年:這一年是人類首次從北坡成功登頂珠峰60周年、中國首次精確測定並公布珠峰高程45周年。
1960年5月25日,人類首次從北坡登頂珠峰。圖為當時攀登珠峰的中國登山隊員,左起:王富洲、屈銀華、劉連滿、貢布。劉連滿由於氧氣不足昏迷,未能登頂成功,隨後安全下山,其餘三人成功登頂
開展珠峰高程測量具有重要的歷史意義和地理意義,始終吸引著全球目光。為世界最高峰定位置、量「身高」的行動,在人類歷史上已進行了多次。最早的一次,可以追溯到清朝。
珠穆朗瑪峰
人類天生有著對高度的好奇,特別是對於地球最高極——珠穆朗瑪峰。
當然,18世紀時,人們還不知道它是地球最高極,但中國人已早於世界一百多年就開始對珠峰進行勘測,而珠峰也是最早被中國人發現的。
康熙四十七年(1708年),為繪製《皇輿全覽圖》,康熙帝派人隨軍從四川進藏,要求目視畫圖。法國耶穌會會士雷孝思看後認為無法與內地測圖拼合。康熙五十三年(1714年),康熙帝又派出曾在欽天監學習過數學測量的理藩院主事勝住、喇嘛楚爾沁藏布和蘭本佔巴,專程從青海步行到西藏測繪地圖,他們在交通極為困難的條件下,直接深入到珠穆朗瑪峰下,採用經緯圖法和桑遜投影法,對它的位置和高度進行過初步的測量和繪圖,比例尺1:130萬。在三年後完成的《皇輿全覽圖》上,便明確地標上了珠穆朗瑪峰的位置,並定名為「朱母郎馬阿林」。
康熙《西藏圖》(局部,中國第一歷史檔案館藏)
《皇輿全覽圖》是一幅主要由法國傳教士主持,中國地方官員、士兵及一些輔助人員參與,對中國及其毗鄰地區進行測繪編制的地圖,這是我國首次利用西方現代測繪技術繪製的地圖,在當時也是世界上範圍最廣的實測地圖,因此不僅在中國,而且在世界地圖史上皆具有裡程碑意義。
在這幅地圖上,珠穆朗瑪峰以山形符號標出,「朱母郎馬阿林」的位置,放在北緯26度40分、西經29度10分(約合現在東經87度18分),限於當時的條件和技術,和現在經過測量所得的經緯度結果(北緯27度59分、東經88度5分)有出入,而圖上山川地勢的相對位置,則是清楚準確的。這份地圖,可以說是關於珠穆朗瑪峰最早的歷史文獻。
乾隆皇帝在康熙《皇輿全覽圖》的基礎上先後聘用西洋人高慎思、宋君榮、蔣友仁等人,會同中國官員和測繪人員,進行新的測繪工作,完成了《乾隆內府輿圖》(又稱《乾隆十三排地圖》),全圖共一百零四塊,圖幅範圍北盡北冰洋,南抵印度洋,西至波羅的海、地中海和紅海,不僅是當時我國最完整的實測地圖,也是當時世界上最早的、最完整的亞洲大陸全圖。圖中標出「珠穆朗瑪阿林」。
乾隆內府輿圖
康熙與乾隆年間的兩次測量,都沒有留下珠穆朗瑪峰的高程數據,但至少人們已經能夠通過地圖感知到這一山峰的存在。事實上,故宮內諸多藏品側面證明勝住等人嘗試對高度進行了測定,比如他們曾攜帶四遊標半圓儀入藏,使用時將其遊標與所測物體相交成三角形,應用比例關係可獲得被測物體的高度或距離。
四遊標半圓儀
19世紀開始,西方開始對珠峰進行勘測。1808年,英國人開始進行印度大三角勘察,勘測隊在19世紀30年代到達了喜馬拉雅山丘陵地帶。尼泊爾擔心英國藉機侵略,拒絕英國勘測隊進入尼泊爾,因此英國勘測隊只得沿德賴平原勘測。從1847年開始,他們勘察喜馬拉雅山諸峰。在當時,幹城章嘉峰被認為是世界第一高峰。但1847年11月,英屬印度測量局局長安德魯·華歐觀測有座山峰比幹城章嘉峰高,同隊的約翰·阿姆斯特朗也觀測這座山峰,並將之稱為"b"峰(也就是珠峰)。1849年,華歐派遣詹姆斯·尼科爾森再次測量得出"b"峰的高度大概為9,200米(30,200英尺)。華歐的助手米歇爾·亨尼斯基於羅馬數字給山峰命名,幹城章嘉峰為第九峰(Peak IX),"b"峰為第十五峰(Peak XV)。
幹城章嘉峰曾一度被認為是世界最高峰。目前該峰是僅次於珠穆朗瑪峰和K2的世界第三高峰
第十五峰直到1852年才被印度數學家和勘測員拉德哈納特·希克達爾利用三角學計算結果確認(也就是「b」峰)為世界第一高峰。從1854年開始又經過兩年的研究,到1856年,幹城章嘉峰和珠穆朗瑪峰的高度被公布出來,分別是28,156英尺(8,581.9米)和29,002英尺(8,839.8米),並且認為「第十五峰最可能在全世界是最高的」。
英屬印度測量局局長安德魯·史考特·華歐1856年3月的信,表列埃佛勒斯峰的高度及其經緯度,認為它可能是世界最高峰
1856年,英屬印度測量局局長安德魯·史考特·華歐宣稱將第十五峰命名為「埃佛勒斯」以紀念他的老師、前任局長喬治·埃佛勒斯(George Everest)。埃佛勒斯本人表示反對並告知英國皇家地理學會印地語不能拼寫「埃佛勒斯」,印度本地人也不會念。儘管如此,1865年,英國皇家地理學會仍採用「埃佛勒斯峰」(Mount Everest)名稱,這一名稱直到今天仍為西方所使用。1951年,地理學家王鞠侯建議其正名為「珠穆朗瑪峰」。1952年5月27日,人民日報刊發《中央人民政府內務部、出版總署通報「額菲爾士峰」應正名為「珠穆朗瑪峰」,「外喜馬拉雅山」應正名為「岡底斯山」》。2002年,人民日報也曾刊文,認為英文名「Mount Everest」應正名為藏語名「Mount Qomolangma」(「珠穆朗瑪峰」)。
新中國六次測繪與科考
新中國成立以來,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工作,並先後於1975年和2005年兩次成功測定並公布珠峰高程。
1960年中國登山隊成功登上珠峰,但出於對新中國的偏見,國外一些人不願承認中國人的成功。1964年,在賀龍、聶榮臻的倡議下,國家體委和國家科委決定重啟珠穆朗瑪峰登山活動並同時組織大規模的科學考察。登山科考配合行動,不僅在我國是創舉,在國際上也屬罕見,而且這對於科考隊員提出了非常高的要求:不僅要掌握過硬的專業知識,同時也要有良好的體能適應珠峰惡劣的氣候環境。1966年,中科院組織考察人員赴珠峰進行科考,但這次科考獲取的資料十分有限。
1968年珠峰測量
1967年上半年,中科院副院長竺可楨召集參加1966年珠峰科考的人員開會,決定再次進行科考。但是,這次的科考隊只能單獨行動,沒有登山隊的配合,其困難可想而知。
為此,在中科院地理所的倡導下,一支更為綜合的高山氣象、輻射,甚至天文觀察研究隊伍被緊急組建起來。為了獲得更高山地的太陽輻射和冰川氣候觀測數據,這次科考原計劃在1966年的6500m同一地方建立觀測點,但由於兩年來冰面的變化,從6300m到6500m必經之路,即東絨布冰川源頭一個冰坡上出現了幾條深難見底的寬大裂縫,這對失去登山隊支援的隊員們是一個難以逾越的障礙。
因此,科考隊不得不改變原計劃,選定一處海拔高度在6300米上下的十分開闊的東絨布冰川巨大粒雪區上建立新的觀測營地,並進行了近十天的連續觀測。最終,這次科考工作對珠峰地區進行了大規模測量,同時改變了使用外國珠峰高程數據的歷史,然而這次測量未在峰頂樹立測量覘標(覘標是指設置在三角點或精密導線點上供觀測使用的標架。在完成前期交會測量基礎上,待測量登山隊員登頂豎立紅色測量覘標,珠峰腳下的交會測量點同時展開峰頂聯測,以確定珠峰新高度。),也未測量峰頂冰雪厚度,高程在當時未公布,因此直到1975年6月以前,中國地圖、書刊中有關珠峰高程的記載,一直沿用印度1902年的數據(8882米)。在2005年第10期的《測繪通報》上,一篇文章公布了當時測量的高程數據:8849.75m(未顧及峰頂的覆雪厚度),這是我國首次對世界最高峰進行高度測定。
1968年印製的珠峰地區地形圖
1975年珠峰科考對很多國人來說是非常熟悉的一次:
1975年7月23日,新華社向全世界公布播發了珠峰高程新數據(8848.13米),這一數據在中國地圖上標註了30年,直到2005年又一次對珠峰高程進行測量,改寫了這一數據。
同時,正是在這次科考中,人類首次在珠峰峰頂樹立測量覘標,中國公布的高程數據首次得到國際社會認可。除了對珠峰高程進行測量外,在這一次科考中,登山隊還採集了珠峰地區的巖石樣本,並發現了三葉蟲、筆石、菊石、魚龍等1000多種生物化石。
1975年,測量隊員在珠峰峰頂架起覘標
地質學家們經過對之全面分析後認為,距今4000萬年的時候,這裡是古地中海的一部分,地殼不斷下降,沉積了厚達30000多米的海相地層以及各地質時期的海洋生物化石。在距今約2000多萬年前,地殼發生了一次強烈的構造運動——喜馬拉雅運動,使古海區抬升為陸地。從此,喜馬拉雅地區結束了海洋史。到距今約300萬年的時候,喜馬拉雅地區已經抬升變成了海拔約1000米左右的熱帶草原。其後,地殼迅速抬升,直至全新世,世界上最高最年輕的山脈——喜馬拉雅山終於形成了,並且至今仍在抬升。
這對於揭示珠峰地區的板塊運動起到重要作用。今天終年積雪的陸地第一高峰,昔日曾是一片海洋,也曾是一片熱帶草原。這是今人所難以想像的。
我國首次在珠峰大本營豎立的珠峰高程測量紀念碑於2005年5月25日揭碑。紀念碑碑體高2.4米,寬1.2米,厚0.2米,由整塊花崗巖打造而成,整體形狀是按照珠峰的外形設計的。在揭碑時,碑身的數字只有「88」,後面留出空餘部分,其精確高程是等到最後計算結果出來後刻上去的
當然,最為國人熟悉的還是8844.43這一數據,這是在15年前測得的。2005年3月10日,國家測繪局組織的2005年珠峰高程測量隊從西安出發前往西藏。5月22日11時08分,中國登山測量隊登上珠穆朗瑪峰峰頂,11時30分測量覘標成功地樹立在珠峰峰頂。近40分鐘,通過三角測量、水準測量等經典方法和GPS衛星大地測量,得到了一批數據。經過加權後,10月9日,中國國家測繪局公告,珠穆朗瑪峰峰頂巖石面海拔高程8844.43米。這同時也宣告使用了30年的8848.13米這一數據停止使用。
這次科考還取得了高程數據之外的大量成果:在1300萬年以前,珠穆朗瑪峰的高度曾經超過12000米;首次發現了香柏、西藏沙棘等多種過去在這一地區從未被記錄過的高山植物群落;發現珠峰沙塵暴頻發,草地退化問題十分嚴重,絨布冰川的強烈退縮形成了大量的冰磧湖,這對水資源的利用造成重大影響。總之,看上去一片寸草不生的積雪區域,更是一個重要生態圈,這次科考讓珠峰的保護更加受到人們的重視。
珠穆朗瑪峰雪融後露出上層的不同地質成分
為什麼要給珠峰量「身高」
一個近年來受到大家關注的新聞點是:珠峰每年都在向長春方向移動。這一點引發了大家的好奇:這樣一座大山,難不成也在「走路」?確實如此,包括珠峰在內的整個青藏高原都是印度板塊與亞歐板塊碰撞擠壓而成的,擠壓一直存在,並且每年朝著東北方向(對應的就是長春)移動4.2釐米,其垂直高度也以每年0.3釐米的速度上升,因此,每隔二三十年就要對珠峰高程進行重新測定。
珠峰移動速度
珠峰高程測量的核心在於精確測量珠峰高度,其測量成果可用於地球動力學板塊運動等領域研究,也為冰川監測、生態環境保護等方面的研究提供一手資料。珠峰高程的精確測定可以結束國際上珠峰高程不統一的混亂局面,為世界地球科學研究作出貢獻,專家們可以根據珠峰及鄰近地區地殼水平和垂直運動速率變化,揭示了印度洋板塊與亞歐板塊相互作用力存在著不均勻強弱的變化,而這種強弱變化是引起我國大陸周期性地震活動的源動力。因此,測量成果將對我國今後地震預報和減災、防災具有重要的實際意義。
青藏高原附近板塊運動示意圖。圖中標註的數字和箭頭意味著該地每年向箭頭方向移動對應的釐米數
2015年尼泊爾強震後(震中距珠峰僅220公裡左右),已有科學家懷疑珠峰高度發生了改變。事實上,印度測量局於2017年4月提議與尼泊爾合作再次測量高度。
珠穆朗瑪峰地質剖面圖(Micah J Jessup等,2006)
即便到了科技發達的今天,想要獲得珠峰的「身高」數據也不是一件容易的事。珠峰高程測量主要分三步:
1. 前期準備工作:首先要有起算基準,也就是起算面,以此為基準,與最終在珠峰峰頂獲得的數據之差就是珠峰高度,所以在珠峰高程測量之前,先要獲得這一基準數據,這個基礎測繪工作要持續一到兩年;
2. 登頂珠峰測量高度:在獲得起算面數據後,登山測繪隊員需要攀登到珠峰峰頂,通過衛星、雪深雷達等設備獲得峰頂巖石面的高程數據,這正是目前2020登山測量隊進行的工作;
3. 分析並處理數據:由於測量時受到各種因素幹擾,因此初步測量的數據並不是最精確的,還要通過分析與校準,對數據進行訂正。
2020年5月6日,珠峰高程測量登山隊伍向珠峰頂峰出發
那麼,為什麼一定需要人來攀登珠峰進行數據測量呢,衛星、無人機、直升機不能完成嗎?這還真不能。為了獲得最精準的數據,測繪隊員需要將雪深雷達、重力儀等儀器「人肉」帶到峰頂,這些儀器也需要專業人員來操作。衛星遙感影像目前主要用於地表監測,在高程方面的精度大概是兩米,這個精度對於珠峰測繪來說是不夠的(要知道,地圖上標記的珠峰高度,以米為單位,精確到小數點後兩位,也就是說每一釐米的變化都要測到),而且它測量的是雪面高度,沒有人工到峰頂,就沒有雪深的測量;測繪隊員乘坐直升機登頂或使用無人機測量在當前也是不現實的,珠峰峰頂氣流不穩定,大風多,氣溫低,測量型無人機目前無法在峰頂飛行,對直升機來說,珠峰峰頂位置非常小,直升機無法降落,螺旋槳引發的風也可能引起冰雪坍塌。因此,現在來看,雖然技術先進,但面對這個「地球第三極」來說,只有親自登頂,才能獲得最精確的數據。
當然,珠峰高程測量不僅僅是為了給珠峰「量身高」,在2020珠峰高程測量中,5G基站在珠峰海拔6500米前進營地投入使用,加上此前已在海拔5300米、5800米建成的基站,5G信號已實現對珠峰北坡登山路線及峰頂的覆蓋,大量國產儀器和技術(如北鬥衛星導航系統、國產測繪儀器裝備)也在此次測量中得到應用,這也是對我國國產裝備、技術的一次「閱兵」。
移動5G信號覆蓋珠峰
測量高程很重要,以誰為基準也很重要。
大多國家和地區都選取海水面的平均位置作為高程起算面,通常在沿海地區合適的位置設立若干個驗潮站,對潮汐進行長期觀測,並記錄海面位置。我國在民國時期也設立了多個驗潮站。20世紀50年代初,具備一定條件並有驗潮記錄的站,有坎門、吳淞、青島、葫蘆島、大連等,總參測繪局經實地考察,認為青島驗潮站位置適中、地殼穩定、交通便利、設備較好,確定以青島驗潮站多年驗潮資料推算的平均海水面,作為國家高程基準面。1954年12月,總參測繪局在青島觀象山建成中國水準原點,並在原點附近選了兩個附點和3個參考點,加上青島驗潮站,構成完整的水準原點網。
中華人民共和國水準原點所在的石屋
20世紀80年代,我國採用青島驗潮站1952-1979年的驗潮資料,用中數法計算得出新的黃海平均海水面為零點,建立了1985國家高程基準,測算得到國家水準原點標誌面的高程為72.260米。該基準自1988年1月1日開始在全國使用。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」。這次珠峰高程測量,就是以1985國家高程基準為依據的。
中華人民共和國水準零點。在水準零點景區內,還有一塊標記著珠峰海拔的石碑
對珠峰高程的測量歷來吸引著世界的目光,人類一直好奇於它的高度,哪怕只有一米的變化,但也足夠引人注視。作為陸地海拔最高的山峰,珠穆朗瑪峰的高程究竟又發生了怎樣的變化,相信結果不會再讓我們等待太久。