如何测量珠穆朗玛峰的高度？六个问题揭示了珠穆朗玛峰的高度测量
新京报(记者吴娇英)据新华社报道，12月8日，中国和尼泊尔联合宣布珠峰“新高度”为333，548，848.86米。
珠穆朗玛峰高程测量的核心是准确测量珠穆朗玛峰的高度，也是代表国家测绘科技发展水平的综合性测绘项目。
今年4月30日，2020年珠穆朗玛峰高程测量正式启动，最终在5月27日成功完成登顶。这是2005年珠穆朗玛峰山顶8844.43米的岩石表面海拔公布后的15年后，中国测量的世界最高峰。
为什么要重新测量珠峰？珠穆朗玛峰的“高度”是如何测量的？又是如何计算的？计算结果有什么用处…新京报记者就珠峰新高度相关的6个关键问题采访了负责珠峰高程计算的大地测量数据处理中心主任郭、2020年珠峰高程测量技术协调组组长党亚民和专家成员，揭示了珠峰测量的高度计算方法。
释疑一：珠峰高程怎么测？
——从日喀则一等水准点起测，将高程传递至珠峰脚下6个交会点
就像测量一个人的身高一样，为了测量珠穆朗玛峰的“高度”，首先要确定一个测量的起点。我们通常所说的高度，一般是指某物高出地面多少，而高度是指以平均海面为基础的某物的高度。
自1988年1月1日起，我国采用1985年国家高程基准，起点位于青岛观象山水准原点。以水准原点为起点，运用精密水准测量原理，我国建立了覆盖全国的国家高程基准网。
本次珠穆朗玛峰高程测量，测量人员从珠穆朗玛峰地区的日喀则一级水准点开始，通过高程到珠穆朗玛峰脚下的六个交点。在交点处，测量人员应在顶点测量人员设置好测量目标后，同时开始三角高程测量和交点测量。
要爬上顶峰，第一步是在顶峰设立一个测量目标。同时，在珠穆朗玛峰峰顶设置GNSS接收设备，接收包括我国自主建立的北斗卫星导航系统在内的信号，获取峰顶几何位置的GNSS观测数据。
此外，峰会成员应在峰会上进行重力测量，结合珠峰周边重力测量和航空重力测量，为珠峰地区重力场模型构建和似大地水准面精化提供重要基础数据。为了准确测量珠穆朗玛峰山顶岩石表面的高度，山顶成员还需要使用冰雪探测雷达设备来准确探测山顶冰雪层的厚度。
因此，珠穆朗玛峰高程测量是一项采用多种测量技术的综合测绘工程，经过精确的数据处理和计算，最终得到珠穆朗玛峰的峰值高度，通常称为“高度”。
释疑二：珠峰“身高”怎么算？
——将采集到原始观测数据，进行改正与归算
为了得到珠穆朗玛峰的准确高度，数据处理人员需要对野外调查小组成员直接收集的各种原始观测数据进行校正和缩减。
这些校正和计算不仅有一套严格的科学逻辑和程序，而且是以中国长期建立和维护的大地测量、高程和重力测绘基准网的数据为基础的国土资源部大地测量数据处理中心主任郭介绍。
在珠穆朗玛峰高程数据处理中，不仅有珠穆朗玛峰的一个高程，还有“高雪面”、“正常雪面”、“高雪面”和“高岩石面”四个高程。珠穆朗玛峰高程的数据处理也是围绕这四个高程的精确计算进行的。
2005年，我国公布8844.43米为当时珠穆朗玛峰峰顶岩石表面的高度，最终经过严格计算得出。
珠穆朗玛峰峰高程关系示意图
郭解释说，珠穆朗玛峰的“高雪面”和“高岩石面”都是从大地水准面开始的。由于真实地球是一个不规则球体，地形起伏较大，科学家引入了“大地水准面”的概念。它假设静止的海洋延伸到陆地和岛屿，包裹地球形成一个物理参考平面。由于地球表面的起伏和地球内部质量分布的不均匀，大地水准面是一个起伏不大的不规则面，是高度高度系统的起始面。
但由于大地水准面的确定涉及到地球内部被测重力，人们无法通过地面测量得到地球内部的重力值，于是科学家们又发现了另一种“似大地水准面”。由于这个面的定义中加入了可以计算的正常重力值，所以测量员可以用几何方法直接测量地球上某一点到似大地水准面的距离。珠穆朗玛峰峰顶雪面到似大地水准面的距离为“雪面正常高”。
大地水准面和似大地水准面，由于表面非常不规则，两点之间的坐标很难表达。为了方便计算测量结果，科学家引入了一个在大小和形状上与实际地球接近的“参考椭球体”。参考椭球是一个与大地水准面最符合的规则曲面，地面上所有观测到的要素都可以简化为这个椭球进行计算。地面点到椭球体的距离称为“大地高”。珠穆朗玛峰峰顶的雪面到参考椭球面的距离为“雪面高度”。
2020年珠峰高程测量数据处理流程图
郭介绍，首先，数据处理人员需要对现代GNSS测量和传统三角高程测量数据进行处理，获取珠峰地区参考网、区域框架网、本地控制网和峰顶联合测量网的平面位置，确定珠峰峰顶雪面高度。然后，利用精密水准测量和测距高程导线获得各级GNSS控制网点的正常高度。
第三，基于高分辨率数字高程模型数据、历年加密重力测量数据、新测得的航空重力数据和国内外超高阶重力场模型数据，利用现代似大地水准面确定理论和去除-恢复技术，获得珠峰地区高精度重力似大地水准面。通过全球导航卫星系统水准融合，获得了珠峰地区高精度似大地水准面结果和峰高异常。珠穆朗玛峰峰顶雪面的正常高度可以用峰顶的地球高度减去峰顶的异常高度得到。
最后利用测得的重力峰值和高精度地形数据，计算出从峰顶到峰底的平均重力和平均法向重力，再通过严格法向高度和正高度的转换，得到珠峰峰顶雪面的高度。用积雪厚度雷达测得峰顶雪面厚度后，峰顶雪面的高度高于岩石表面的高度。
释疑三：为何要重测珠峰“身高”？
——珠峰的高度并非一成不变
珠穆朗玛峰位于喜马拉雅山脉的中部，位于中国和尼泊尔的交界处，北接中国，南接尼泊尔。它是世界上最高的山，被称为“世界屋脊”。
在2020年珠穆朗玛峰海拔测量之前，中国测绘工作者已经在珠穆朗玛峰进行了六次大规模的测量和科学检查。1975年，我国首次将测量目标立于珠穆朗玛峰之巅，准确测量出珠穆朗玛峰海拔8848.13米。在2005年的珠穆朗玛峰调查中，珠穆朗玛峰山顶的岩石表面海拔为8844.43米。
但是珠穆朗玛峰的高度不是一成不变的。
“大约从3800万年前开始，由于印度次大陆和亚洲大陆的碰撞，喜马拉雅山逐渐从一片汪洋中升起。喜马拉雅山达到了现在的高度，这是过去四百万年快速上升的结果。珠穆朗玛峰是这个上升过程中上升最快的山峰。”中国测绘院研究员、2020年珠穆朗玛峰高程测量技术协调组组长党亚民表示，由于欧亚板块和印度洋板块的碰撞，珠穆朗玛峰的整体趋势一直在上升。
“但是一旦发生大地震，珠穆朗玛峰就会突然下降。比如1934年尼泊尔大地震，珠穆朗玛峰高度突然下降60多厘米。”据党亚民介绍，有三种情况需要重新测量珠峰的高度。
第一种情况是，当珠穆朗玛峰的高度变化缓慢并积累到一定程度时，我们需要重新测量珠穆朗玛峰的高度。第二，如果珠穆朗玛峰附近发生大地震，认为地震对珠穆朗玛峰高度有显著影响，需要重新测量珠穆朗玛峰高度。第三种情况，当珠穆朗玛峰的测高技术有了很大的飞跃，新技术可以明显提高珠穆朗玛峰的测量精度，需要重新测量珠穆朗玛峰的高度。
释疑四：测量用了哪些“黑科技”？
——北斗系统在珠峰高程测量中首次应用
2020年，全球导航卫星系统卫星测量、精密水准测量、光电测距、雪深雷达测量、重力测量、天文测量、卫星遥感、似大地水准面精化等许多传统和现代测绘技术。被用来精确测量珠穆朗玛峰的高度。
全球导航卫星系统(GNSS)卫星测量是其中一个重要环节，也是北斗系统在珠峰高程测量项目中的首次应用。
在峰顶，GNSS接收机可以通过卫星获得飞机位置和峰顶积雪高度的信息，地球高度与海拔高度之间存在一定的换算关系。登上峰顶时，峰顶的GNSS接收机可以与北斗系统和珠峰地区及其周边的GNSS监测网进行在线同步观测，也可以监测相关地区的地壳运动。
为了填补珠穆朗玛峰地区地面重力资料的空白，本次调查还应用了航空重力测量技术。
中国测绘院副研究员、2020年珠穆朗玛峰高程测量技术协调组专家成员江涛解释说，一般的重力测量方法是地面重力测量，测绘人员携带重力仪进行实地测量，将仪器放置在某个测量点，经过一段时间的测量就可以获得该点的重力数据。但珠穆朗玛峰平均海拔在5000米以上，地形极其复杂，大多数当地人都无法进入。重力数据存在大量空白区域，严重制约了高程计算面的精度。
“空中重力测量是在飞机上安装先进的空中重力仪，相当于在飞机上安装一个传感器来感应地球的重力，可以反映地面重力的变化。飞机按照预先设计好的测线在1万米左右的高度来回飞行，多条飞行测线组成密集的机载重力数据平面。我们结合机载卫星动态定位、惯性导航和重力仪数据来测量机载重力值。”
江涛介绍说，这样，航空重力测量的结果结合地面重力测量的结果，结合从卫星数据中获得的数据，通过物理大地测量的理论方法进行处理，在珠穆朗玛峰的计算平面准确确定后，就可以准确确定珠穆朗玛峰的高程。
他透露，根据估计，加上航空重力测量的数据，起始面的精度可以提高30%左右，珠穆朗玛峰高度的精度自然也会相应提高。
此外，第一次将现实生活中的三维技术应用到珠穆朗玛峰的高程测量中。“这主要是在登山过程中为测量登山队提供指导。此外，它还让公众看到了真实的场景
5月27日，勘测登山者成功登上珠穆朗玛峰，完成勘测任务。为什么珠穆朗玛峰的高程测量结果直到12月份才最终公布？
“峰顶测量只是最重要的测量数据，但珠穆朗玛峰的最终海拔仍然需要一段时间的数据处理和反复校核计算。”江涛说。
首先，包括登顶测量在内的所有现场测量完成后，技术协调组组织相关单位完成所有现场测量数据的整理、现场观测结果的质量检查、数据汇总等工作。
之后，所有的测量数据都传输到Xi的大地测量数据处理中心，技术人员可以对数据进行综合处理，计算出准确的珠穆朗玛峰新高程。
据郭介绍，从2019年4月开始，大地测量数据处理中心开始大量收集珠峰地区现有的高程、GNSS和重力数据，并进行初步分析，为后续工作做准备。
今年6月以来，珠峰峰顶和珠穆朗玛峰地区的数据传输到大地测量数据处理中心后，技术人员重点处理了343个全球导航卫星系统点的数据、约780公里的一级和三级水准网数据、约210个不同等级的重力点、12个峰顶交点、重力似大地水准面的确定以及峰顶冰雪探测雷达测量的数据处理。
“珠穆朗玛峰高程测量的整个数据处理，在数据整理与分析、数据求解与融合处理、数据质量控制、多阶段数据结果对比分析、技术文件编制等阶段，工作量相当大。为了尽快得到珠穆朗玛峰高程的结果，所有项目参与者都加班加点，只用了3个月就完成了整个数据处理工作。”郭对说道。
获得珠峰高程初步成果后，需要完成医院和局级的检查，与尼泊尔、中国科学院和专家学者团队共同确定珠峰高程，并组织成果验收。
释疑五：为何登顶6个月后才公布测量结果？
——珠峰高程需经过数据处理和反复检核计算
记者了解到，珠穆朗玛峰高度测量的结果可以用于地球动力学板块运动等领域的研究。准确的峰值积雪深度、气象和风速数据将为冰川监测和生态环境保护提供第一手信息。重力测量结果可用于建立珠峰地区的区域重力场模型，研究冰川变化、地震、地壳运动等问题。
除了监测和研究，珠峰测量的结果是否与大众有关？江涛认为，除了获得重要的地理信息之外，最重要的一点是，珠穆朗玛峰海拔的变化通常可以反映全球变暖的趋势。
据介绍，此次任务除了珠峰高程测量外，还包括监测珠峰及其周边地区的冰川变化和地壳变化。
“这些数据结果，以珠穆朗玛峰为切入点，可以让公众了解青藏高原正在发生的一些气候和环境变化。比如近十年高原湖泊面积扩大，比如青藏高原冰川融化速度等等。”江涛认为，这也将加强公众对当前全球气候和环境变化的认识和关注。
新京报记者吴娇英
编辑校对陈