8848.86米的珠峰新高是如何算出来的?

备受关注的珠峰(珠穆朗玛峰)新高数字,终于揭开了面纱。12月8日,我国与尼泊尔共同宣布珠穆朗玛峰的最新高程——8848.86米,世界第一高峰的雪面高程数字就此刷新。这一数字是如何得出的?本次珠峰测量项目内业数据处理总负责人、自然资源部大地测量数据处理中心主任郭春喜接受澎湃新闻记者采访,对这一新高数据的测算方法进行了深入解析。

珠峰高程并非只有一个

珠峰高程即珠峰海拔高。受地球板块运动和地震等因素的影响,珠峰地区环境持续发生变化,我国在不同时期对珠峰地区进行科学考察并发布珠峰高程。

在测绘科技工作者眼中,珠穆朗玛峰的高程并不是只有一个,而是有“雪面大地高”“雪面正常高”“雪面海拔高”“岩石面海拔高”这四个高程。2005年,我国公布的8844.43米就是经过严密解算,最终获取的当时的珠峰峰顶岩石面海拔高。而珠峰高程数据处理也是围绕这四个高程的精确解算进行的。

“像给孩子量身高一样,要给珠峰这个大个子量身高,首先要确定哪里是量测的起始面。”郭春喜说,我们平时所说的高度,一般是指某物高出地面多少,而高程即正常高或正高(海拔高)是指某物基于平均海水面的高度。

郭春喜解释,地球表面地形起伏巨大,科学家们假设静止的海水面将大陆延伸把地球包裹起来,形成大地水准面。珠峰海拔高就是指峰顶到大地水准面的距离。

然而,由于大地水准面确定涉及到地球内部实测重力,人们又无法通过地面测量获得地球内部的重力值,科学家们就又找了一个辅助面似大地水准面,这个面在海洋面上与大地水准面重合,在大陆地区与大地水准面接近但不完全重合,在我国最大差只有数米。

“由于加入了可计算获得的正常重力值,测量人员就可以用几何的办法直接测定地球上某一点到似大地水准面的距离,于是珠峰又有了一个从峰顶雪面到似大地水准面的‘雪面正常高’。”郭春喜说。

外业测量内业归算

无论大地水准面还是似大地水准面,虽然比较准确的描绘了地球的形状,但因为表面很不规则,表达两点之间的坐标难度很大。为了方便计算测量成果,科学家们就引入了一个与实际地球大小、形状接近的参考椭球面。

郭春喜介绍,参考椭球面是一个和大地水准面吻合度最好的规则面,其相对大地水准面的起伏不超过200米。可以将地面上一切观测元素都归算到这个椭球面上计算,从地面一点到椭球面的距离称为“大地高”。“在实践中,地形图上标出的高度是海拔高,GNSS测出的高度是大地高。从珠峰峰顶雪面到椭球面的距离就是‘雪面大地高’。”

“要想得到珠峰的精确高度,我们需要将外业测量队员直接采集到的各类原始观测数据,进行改正与归算。”他介绍,这些改正与归算,不仅有一套严密的科学逻辑与程序,更要基于我国长期建设并维护的大地、高程、重力测绘基准网数据。

以高程控制网数据处理中水准测量数据为例,外业观测到的水准数据主要是地面两点间的高差、距离和测站数。数据处理需要对尺长、正常水准面不平行、重力异常、固体潮加以改正,再利用我国已建成的高程基准网进行网平差,最终得到这些点的正常高。

具体的数据处理流程是:首先,利用现代GNSS测量、传统三角高程测量数据处理获得珠峰地区基准网、区域框架网、局部控制网及峰顶联测网的平面位置,确定珠峰峰顶雪面大地高。然后,利用精密水准测量与测距高程导线获取各级GNSS控制网点正常高。

其次,基于珠峰地区高分辨率的数字高程模型数据、历年来加密重力测量数据、本次新测的航空重力数据、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与移去-恢复技术,获得珠峰地区高精度重力似大地水准面。通过GNSS水准融合,获得珠峰地区高精度似大地水准面成果及峰顶高程异常,峰顶大地高减去峰顶高程异常获得珠峰峰顶雪面正常高。

最后,通过推算得到峰顶到峰底的平均重力与平均正常重力,再经过严密正常高与正高转换,获得珠峰顶的雪面正高,即珠峰峰顶雪面海拔高。利用冰雪厚度雷达测量获取峰顶的雪面厚度,把峰顶雪面海拔高转换为峰顶岩石面海拔高,也就是俗称的“珠峰高程”。

1.44亿条数据严密计算

澎湃新闻记者还了解到,此次水准测量,从日喀则国家一等水准点向珠峰脚下布测了数条水准线路,并且首次将国家高程基准传递至中国与尼泊尔边界。

不仅如此,在此次珠峰测量过程中,人类首次实现了实测珠峰峰顶重力值,还采用航空重力测量,连片测量了人类无法涉足区域的重力值。

郭春喜介绍,此次数据处理收集了珠峰及邻近地区一百多万平方公里最新地形数据,总量达1.44亿条。

2020年5月27日11时,我国测量登山队员在珠峰峰顶架起红色觇标,珠峰脚下六个交会点的测量队员实测的交会点到峰顶觇标点的斜边距离,即垂直角度,由此可以计算出峰顶觇标点相对交会点的高度差,加上已知交会点的大地高,就得到珠峰雪面大地高。

此时,峰顶GNSS接收机接收以北斗卫星为主的各卫星导航系统数据,再用专业数据处理软件计算出峰顶平面位置和大地高。

这一成果与传统交会测量取得的成果进行校验与融合,待外业观测数据汇交到自然资源部大地测量数据处理中心。近50名专业技术人员经过一系列严密计算,获得了珠峰峰顶到椭球面的精准距离,建立起珠峰地区1万平方公里的大地水准面模型,计算出珠峰地区大地水准面与椭球面的差距,得到了基于我国国家高程基准的珠峰峰顶雪面海拔高。将这一成果与尼泊尔测量结果进一步融合,最终得到基于全球高程基准的珠峰峰顶雪面海拔高——8848.86。

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