2020年5月27日，珠峰高程測量登山隊登頂成功
珠穆朗瑪峰的高度，已經(jīng)有160多年的測量歷史。
1856年，英屬印度測量局首次宣布珠峰高度：8839.81米。
1954年，印度政府再次對珠峰進(jìn)行測量，得出的結果是8847.7344米。
1975年，中國首次進(jìn)行珠峰測量，測得珠峰高度為8848.13米。
1992年，意大利科學(xué)家喬治·普瑞迪帶隊登珠峰，測出珠峰高度為8846.50米。
1999年，美國探險隊測量出珠穆朗瑪峰積雪覆蓋的頂峰高度為8850米。
2005年，中國再測珠峰高度，測得珠峰峰頂巖石面海拔高程為8844.43米。
2020年，中國珠峰高程測量登山隊登頂成功。
珠峰高程測量紀念碑
這份珠峰測量小檔案中，包含許多知識點(diǎn)。1999年美國探險隊測量出的8850米實(shí)際上是珠穆朗瑪峰積雪覆蓋的頂峰高度。而我們在2005年測量的8844.43米則是珠峰峰頂巖石面海拔高程。
為什么叫高程？而不叫高度？
珠峰高程究竟是怎么測量的呢？
在科技不斷進(jìn)步的今天，測量珠峰為什么還需要登頂呢？
2005年珠峰測量親歷者、原國家測繪地理信息局測繪發(fā)展研究中心副主任徐永清曾在《珠峰簡(jiǎn)史》一書(shū)中詳細回顧我國上一次珠峰測量的全過(guò)程，下面我們就通過(guò)該書(shū)的部分書(shū)摘了解珠峰高程測量中的各種知識。
如何測高珠峰？
4個(gè)分隊，同時(shí)測量
面對2005年珠峰復測巨大的挑戰，國家測繪局組建了中國珠峰測量隊，40多名隊員被分成了GPS綜合測量分隊、水準測量分隊、重力測量分隊及登山?jīng)_頂分隊等4個(gè)分隊，同時(shí)展開(kāi)各自的測量工作。
2005 珠峰峰頂交會(huì )測量
根據周密擬訂的測量計劃，整個(gè)測量行動(dòng)按照下列路線(xiàn)圖展開(kāi)：
第一階段，從3月17日到4月17日，進(jìn)行珠峰外圍地區的測量工作。GPS綜合測量分隊在青藏高原廣大地區的30個(gè)主測量點(diǎn)和40多個(gè)附測量點(diǎn)展開(kāi)6輪聯(lián)機觀(guān)測行動(dòng)，這些測量點(diǎn)大都分布在藏北無(wú)人區和昆侖、唐古拉、喜馬拉雅、岡底斯等藏區大山中，都是被精心選擇的青藏高原板塊典型的地理標點(diǎn)，聯(lián)機觀(guān)測的數據結果將反映青藏高原地殼變化進(jìn)程的細節。重力測量分隊從拉薩開(kāi)始向珠峰邊測量邊推進(jìn)。水準測量分隊從已經(jīng)取得相對青島水準原點(diǎn)精確高度的西藏拉孜縣起測，逐步向珠峰推進(jìn)。登山?jīng)_頂分隊在珠峰大本營(yíng)隨西藏登山隊開(kāi)始適應性訓練。
水準測量
第二階段，從4月到5月，在珠峰周邊地區進(jìn)行測量。GPS綜合測量分隊完成珠峰GPS控制網(wǎng)32點(diǎn)及峰頂GPS聯(lián)測網(wǎng)8點(diǎn)的布測。水準測量分隊分別通過(guò)4條路線(xiàn)向珠峰推進(jìn)，選定珠峰下的交會(huì )測量點(diǎn)，預計完成二等水準379.7千米、三等水準17.3千米、測距高程導線(xiàn)20.5千米。重力測量分隊進(jìn)駐珠峰地區展開(kāi)測量，預計完成二等重力點(diǎn)及引點(diǎn)5個(gè)、加密重力點(diǎn)86個(gè)、登山路線(xiàn)上重力點(diǎn)5個(gè)。登山?jīng)_頂分隊進(jìn)行高海拔適應性訓練和登山訓練。
第三階段，珠峰登山測量隊5月?lián)駲C登頂珠穆朗瑪峰，在峰頂豎立覘標，在6 個(gè)交會(huì )點(diǎn)進(jìn)行珠峰峰頂交會(huì )測量，采用三角測量方法，從6個(gè)方向對峰頂進(jìn)行前方交會(huì )，在5個(gè)測站對峰頂進(jìn)行電磁波測距。
第四階段，5月至6月，在西安的國家測繪局大地測量數據處理中心和北京的國家基礎地理信息中心進(jìn)行數據整理、分析和計算，并匯總數據。
第五階段，6月至7月，在國家測繪局大地測量數據處理中心和國家測繪局基礎地理信息中心進(jìn)行數據的分析和計算，獲得珠峰高程最終數據。并在北京組織召開(kāi)2005珠穆朗瑪峰高程測量項目驗收會(huì )議。項目驗收后，報請國務(wù)院批準公布2005珠峰高程測量成果。
7月18日，國家測繪局和總參測繪局在北京組織召開(kāi)了“2005珠穆朗瑪峰高程測量”項目驗收會(huì )議。驗收委員會(huì )由來(lái)自科技部、教育部、國土資源部、中國科學(xué)院、中國氣象局、中國地震局、國家測繪局和總參測繪局等單位的20名院士、專(zhuān)家組成，他們對這一項目做出高度評價(jià)，一致同意通過(guò)項目驗收。
10月，2005珠峰高程測量珠峰頂的雪面高和巖石高成果經(jīng)國務(wù)院批準公布。
登頂測高的必要性
21世紀測量技術(shù)飛速發(fā)展，這樣是否必須登上珠峰頂端才能測高呢？測繪專(zhuān)家們的答案是肯定的。
GPS測量
2005年珠峰復測，采用了的傳統的經(jīng)典測量方法，就是以常規的水準測量加上三角高程測量來(lái)確定珠峰的高程。同時(shí)，采用了GPS衛星大地測量法，把GPS帶到珠峰峰頂直接測量珠峰的位置坐標和高程。
測繪專(zhuān)家們將這雙管齊下的方案稱(chēng)之為“雙保險”。實(shí)施這兩種測量方式，都需要登上珠峰頂峰。采用傳統的測量方法需要在珠峰峰頂設立標志，專(zhuān)業(yè)人員稱(chēng)為覘標，為下面的測距儀和經(jīng)緯儀服務(wù)。而GPS測量?jì)x的天線(xiàn)必須插到峰頂，才能測到珠峰的高度。
過(guò)去珠峰高程引起爭議的原因主要有兩個(gè)，一個(gè)圍繞高程測量技術(shù)和計算的精確性，一個(gè)是圍繞峰頂雪深。要解決這兩個(gè)問(wèn)題，則必須利用先進(jìn)技術(shù)登頂實(shí)地測量。
紅色的金屬覘標豎起
采用現代GPS技術(shù)，要求必須將設備攜帶上峰頂。要測量雪深，必須利用雷達設備在峰頂實(shí)際操作，直接測量。采用常規技術(shù)必須攜帶覘標，將覘標立于峰頂最高處，確定三角交會(huì )的唯一目標，提高精確度。同時(shí)，兩種技術(shù)互相補充，一旦GPS觀(guān)測技術(shù)出現故障，常規方法可以替代電子設備完成觀(guān)測。
所以，登頂珠峰不僅必要，而且必須，而且是決定整個(gè)測量行動(dòng)成敗的關(guān)鍵所在。
測量珠峰峰頂冰雪厚度
在海拔8800米以上的珠峰頂，常年覆蓋著(zhù)一層厚厚的“冰雪鎧甲”，它的厚度到底是多少，由于測量技術(shù)手段的局限，在珠峰測量史上始終是一個(gè)謎團。而“冰雪鎧甲”厚度的測定，又是精確測定珠穆朗瑪峰高程的一個(gè)非常重要的因素。
2005年登頂成功
在2005珠峰高程測量中，中國測繪工作者首次采用雷達探測技術(shù)完成了珠峰頂冰雪層厚度的測量。
為了精確測出珠峰峰頂冰雪層的厚度，參加2005珠峰登山測量的國家基礎地理信息中心的技術(shù)人員，通過(guò)大量的市場(chǎng)調研以及實(shí)地的測試，選用了意大利IDS公司出產(chǎn)的500兆赫茲的冰雪探測雷達。選用這種產(chǎn)品很重要的原因，是2004年意大利登山測量隊曾攜帶這種冰雪探測雷達登頂珠峰并成功進(jìn)行了探測。為2005珠峰登山測量訂制的冰雪探測雷達根據用戶(hù)的要求進(jìn)行了改進(jìn)和完善，主要考慮了電源保溫、預加熱、可連接雙頻GPS接收機同時(shí)一鍵式操作雷達和GPS接收機的啟動(dòng)，以及可進(jìn)行時(shí)間同步數據、在特殊環(huán)境下數據存儲等問(wèn)題。
雷達測量距離的原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就如同機場(chǎng)雷達測量空氣中的飛機一樣，發(fā)射并接受電磁波，就可獲得到目標點(diǎn)的距離；在雷達上安裝個(gè)高精度定位儀，就會(huì )知道雷達是在那里探測到的巖石深度，因此就能依據這些測出珠峰頂巖石地形與峰頂雪深。
2005年5月22日上午11點(diǎn)零8分，中國登山測量隊員成功登頂珠峰，并在珠峰頂啟動(dòng)峰頂雪深雷達探測儀，開(kāi)始探測珠峰頂峰神秘的冰雪厚度。這也是我國首次在珠峰高程測量中嘗試測量峰頂冰雪高度。11點(diǎn)38分49秒，冰雪雷達探測儀開(kāi)始工作，12點(diǎn)18分24秒結束，有效記錄數據38分55秒。
裝載著(zhù)寶貴數據的珠峰峰頂測量的關(guān)鍵設備GPS接收機和雪深探測雷達，經(jīng)過(guò)37小時(shí)不間斷的傳遞，于5月24日凌晨送達珠峰大本營(yíng)測量營(yíng)地。經(jīng)過(guò)技術(shù)人員對雪深探測雷達數據緊張的計算、處理，終于獲得了珠峰峰頂冰雪深度為3.50米，珠峰峰頂“冰雪鎧甲”的謎團由此破解。
為什么是高程，不是高度？
從科學(xué)技術(shù)來(lái)說(shuō)，2005年珠峰高度復測的價(jià)值何在？這一行動(dòng)策劃準備的時(shí)間將近一年，國家投入了大量的資金。從2005年3月起開(kāi)始實(shí)施的這一行動(dòng)，由國家測繪局組織50余名測量人員，克服環(huán)境、氣候惡劣等重重困難，在珠穆朗瑪峰地區開(kāi)展了三角測量、水準測量、重力測量、全球衛星定位測量，并將在珠穆朗瑪峰峰頂進(jìn)行雪深雷達測量。僅僅是花在登山、測量和計算過(guò)程的時(shí)間，差不多要半年，而且到2005年10月才能向世界公布測量結果。
水準原理示意圖
高度，在測量學(xué)中也叫高程，乍一聽(tīng)，似乎是一個(gè)很簡(jiǎn)單的幾何概念，不少人以為，測量珠峰是一個(gè)幾何學(xué)上的問(wèn)題，其實(shí)不然。比如一個(gè)人的身高是多少，某個(gè)地方的海拔高度是多少，都很好理解。但是往深了想，它并不簡(jiǎn)單，在科學(xué)上，高程其實(shí)是一個(gè)位置定義，說(shuō)某地點(diǎn)的高程是多少，表達的是這個(gè)地球表面點(diǎn)，相對于地球的空間位置。而問(wèn)題的復雜性就在于，地球并不是一個(gè)標準的橢圓，而是一個(gè)近似橢圓的不規則實(shí)體，其表面構造非常復雜又各不相同。在這種情況下，要明確某個(gè)地球表面點(diǎn)的空間位置，要定義其高程，就必須要考慮到地球幾何形狀、地球物理性質(zhì)等諸多因素，而并不僅僅是一個(gè)幾何學(xué)的問(wèn)題。
測量珠峰，所依據的基本原理仍然是立體幾何學(xué)原理，但是又不僅僅局限于此。珠峰涉及復雜的地質(zhì)學(xué)概念，涉及地球引力，涉及物理學(xué)意義上的高度概念，如果是單純的數學(xué)問(wèn)題，所得到的高度只是表觀(guān)高度。而此次珠峰復測，所要測量的是珠峰和地球之間引力方向上的高度，就是說(shuō)重心所在直線(xiàn)的高度，和表觀(guān)高度是有差別的。
要弄清楚測定珠峰的高程究竟是什么意思，意味著(zhù)什么，有什么意義，最重要的是要明確兩個(gè)概念，首先是高程的方向，其次是高程的基準。
多臺測量?jì)x器開(kāi)啟，六點(diǎn)聯(lián)動(dòng)
在測量學(xué)中，高程的定義是某地表點(diǎn)在地球引力方向上高度，也就是重心所在地球引力線(xiàn)的高度。這句話(huà)的意思是，地球上每個(gè)點(diǎn)高程的方向都是不同的。這里有一個(gè)有意思的例子：人的眼睛其實(shí)總是在“忠實(shí)地欺騙”自己。你用眼睛看面前的珠峰，你看到的高度其實(shí)不是珠峰真正的高度，因為地球是橢圓的，你的視線(xiàn)的起點(diǎn)是你腳下的那一點(diǎn)，而不是珠峰腳下的那一點(diǎn)，因此你看到的珠峰要比其真實(shí)高度低一些。那些光學(xué)的測量?jì)x器如果在遠處測量珠峰，就像人的眼睛一樣，也是有偏差的。
明白了高程的方向，另外一個(gè)重要的概念就是高程的基準是什么。通俗地說(shuō)，就是珠峰腳下的海拔0米在哪里。這里就出現一個(gè)重要的概念——大地水準面。測量學(xué)中的基準面就是大地水準面，是整體上非常接近于地球自然表面的水準面。由于海洋占全球面積的71％，因此大地水準面與平均海水面相重合，不受潮汐、風(fēng)浪及大氣壓變化影響，并延伸到大陸下方處與重力線(xiàn)相垂直。理論上，它是一個(gè)延伸到全球的靜止海水面，是一個(gè)地球重力等位面，也是一個(gè)沒(méi)有褶皺、無(wú)棱角的連續封閉面。由于地球質(zhì)量特別是外層質(zhì)量分布不均勻，使得大地水準面形狀非常復雜。在目前不能唯一地確定大地水準面的時(shí)候，各個(gè)國家和地區往往選擇一個(gè)平均海水面代替它。我國使用的“1985國家高程基準”中，采用的是青島驗潮站的18年長(cháng)期觀(guān)測結果計算出來(lái)的平均黃海海水面，作為我國統一的高程起算基準面，也就是海拔零起始面。所以，珠峰的高程實(shí)際上就是在珠峰的重力線(xiàn)方向上相對于青島黃海海平面的高度。
大致明白了上述道理，就可以理解，從科學(xué)的角度說(shuō)來(lái)，測量珠峰高度，事實(shí)上是一件很復雜的工程，它涉及地理、地質(zhì)、測繪、光學(xué)、氣象等多種學(xué)科，需要采用多種先進(jìn)的測繪儀器。工作量也非常大，并且需要大量、艱苦和瑣碎的野外作業(yè)。
2005珠峰測量
獲得珠穆朗瑪峰新高度及其重要參數：
海拔高程8844.43m±0.24m；
峰頂雪厚3.50m；
大地經(jīng)度86°55′30.7517″E；
大地緯度27°59′17.0828″N；
上升速度18mm/a；
移動(dòng)速度48mm/a；
移動(dòng)方向方位角東偏北74°；
峰頂重力976816.38mgal；
高程異常-25.199m；
大地水準面高-26.466m；
垂線(xiàn)偏差ξ84=-19.929″，η84=-6.511″；
峰頂氣壓（12點(diǎn)）334.8hPa；
峰頂干溫（12點(diǎn)）-29.66℃；
峰頂濕溫（12點(diǎn)）-44.26℃；
溫度梯度-0.8776℃/100m。
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