正在紧张进行的2005珠峰高度复测行动在吸引许多国人的眼球的同时,也给人们带来了很多疑问和不解。
测量一座山的高度意味着什么?测量过程是不是很难?世界第一高峰的“身高”究竟如何测量?测量的准确度如何?为什么要花费近半年的时间?……自3月12日跟踪采访中国珠峰测量队的第一天起,这些问题就萦绕在记者的脑海中。
20多天来,为了寻找这些问题的答案,记者采访了多位专家:国家测绘局国家基础地理信息中心副主任、本次测量行动总指挥张燕平高级工程师,国家测绘局第一大地测量队队副队长陈永军,国家测绘局国家基础地理信息中心大地测量处处长张江齐。
■珠峰的高度意味着什么
记者:据了解,我国今年的珠峰高度复测行动已经策划准备了近一年的时间,国家也投入了大量的资金。从今年3月起开始实施,整个测量和计算的过程要花费差不多半年的时间,预计到9月才能向世界公布测量结果。为什么测量一座山的高度要花费这么多的时间?
回答:不少人以为,测量珠峰是一个几何学上的问题,其实不然。高度,我们在测量学中也叫高程,乍一听,似乎是一个很简单的几何概念,比如一个人的身高是多少,某个地方的海拔高度是多少,都很好理解。但是往深了想,它并不简单,在科学上,高程其实是一个位置定义,说某地点的高程是多少,表达的是这个地球表面点相对于地球的空间位置。
而问题的复杂性就在于:地球并不是一个标准的椭圆,而是一个近似椭圆的不规则实体,其表面构造非常复杂又各不相同。在这种情况下,要明确某个地球表面点的空间位置,要定义其高程,要就必须考虑到地球几何形状、地球物理性质等诸多因素,而并不仅仅是一个几何学的问题。我们测量珠峰,所依据的基本原理仍然是立体几何学原理,但是又不仅仅局限于此。珠峰涉及到复杂的地质学概念,涉及到地球引力,涉及到物理学意义上的高度概念,如果是单纯的数学问题,所得到的高度是表观高度。
而此次珠峰复测,所要测量的是珠峰和地球之间引力方向上的高度,就是重心所在直线的高度,和表观高度是有所差别的。因此,从科学的角度,测量珠峰高度事实上是一件很复杂的工程,工作量也非常大。它涉及到地理、地质、测绘、光学、气象等多种学科,需要采用多种先进的测绘仪器,也需要大量、艰苦和琐碎的野外作业。
记者:您能否用通俗的语言,解释一下测定珠峰的高程究竟是什么意思,意味着什么?
回答:要弄清楚珠峰高程的意义,最重要的是要明确两个概念。首先是高程的方向,其次是高程的基准。在测量学中,高程的定义是某地表点在地球引力方向上高度,也就是重心所在地球引力线的高度。这句话的意思是,地球上每个点高程的方向都是不同的。
这里有一个有意思的例子:人的眼睛其实总是在“忠实地欺骗”自己。你用眼睛看面前的珠峰,你看到的高度其实不是珠峰真正的高度,因为地球是椭圆的,你的视线的起点是你脚下的那一点,而不是珠峰脚下的那一点,因此你看到的珠峰要比其真实高度低一些。那些光学的测量仪器如果在远处测量珠峰,就像人的眼睛一样,也是有偏差的。
要明确珠峰高程的意义,明白了高程的方向,另外一个重要的概念就是高程的基准是什么。
通俗的说,就是珠峰脚下的海拔0米在哪里。这里就出现一个重要的概念——大地水准面。测量学中的基准面就是大地水准面,是整体上非常接近于地球自然表面的水准面。由于海洋占全球面积的71%,因此大地水准面与平均海水面相重合,不受潮汐、风浪及大气压变化影响,并延伸到大陆下方处处与重力线相垂直。理论上,它是一个延伸到全球的静止海水面,是一个地球重力等位面,也是一个没有褶皱、无棱角的连续封闭面。由于地球质量特别是外层质量分布不均匀,使得大地水准面形状非常复杂。
在我们目前不能唯一地确定大地水准面地时候,各个国家和地区往往选择一个平均海水面代替它。在我国现在用的“1985国家高程基准”中,采用的是青岛验潮站的18年长期观测结果计算出来的平均黄海海水面,作为我国统一的高程起算基准面,也就是海拔零起始面。因此,珠峰的高程实际上就是在珠峰的重力线方向上相对于青岛黄海海平面的高度。
■测量的方法是什么
记者:明确了珠峰高程的含义,是否能够按照原理直接对其高度进行测量?
回答:从理论上看,明确了珠峰高程的含义,似乎按照原理去测量就行了。但是事实上,在陆地上,大地水准面和重力线事实上都是虚拟的标准,要直接去测量是行不通的。要取得实际的高程数据,必须采用间接的方法。经过上百年的长期实践,到目前为止,世界测量界已经形成了一套完善的理论体系和测量方法;我国测量界也掌握了这些世界先进的理论体系和测量方法。