歷史上，我們怎么測量珠峰的“身高”？

5月27日11時，2020珠峰高程測量登山隊8名攻頂隊員次落、袁復(fù)棟、李富慶、普布頓珠、次仁多吉、次仁平措、次仁羅布、洛桑頓珠克服重重困難，成功從北坡登上珠穆朗瑪峰峰頂，下午13時22分時，歷經(jīng)兩個小時，珠峰各項測量工作已經(jīng)完成，登山隊員們開始下山返回。

兩個小時的測量時間內(nèi)，隊員們在峰頂樹立起測量覘標(biāo)，使用GNSS接收機通過北斗衛(wèi)星進行高精度定位測量，使用雪深雷達(dá)探測儀探測了峰頂雪深，并使用重力儀進行了重力測量。據(jù)自然資源部介紹，此次登頂測量也一波三折，5月6日，測量登山隊第一次出征沖頂，但由于北坳冰壁有流雪風(fēng)險而下撤；5月16日，測量登山隊第二次向頂峰發(fā)起突擊，但受氣旋風(fēng)暴“安攀”的影響，7790米以上區(qū)域積雪過深，不得不再次下撤。

為什么我們要測量珠穆朗瑪峰的高度，而我們究竟是怎樣測量山的高度的？在歷史上我們曾怎樣測量，在徐永清寫作的《珠峰簡史》中可以找到答案。徐永清為原國家測繪地理信息局測繪發(fā)展研究中心副主任，中國測繪學(xué)會理事、邊海地圖工作委員會副主任委員。著有《登峰造極·珠穆朗瑪峰測量記》《珠峰簡史》《地圖簡史》等。

5月27日，2020珠峰高程測量登山隊向珠峰峰頂挺進

珠穆朗瑪峰的高度，已經(jīng)有160多年的測量歷史

關(guān)于珠峰的測量歷史我們來看以下的這組數(shù)據(jù)：

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行測量，得出的結(jié)果是8847.7344米。

1975年，中國首次進行珠峰測量，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。

在《珠峰簡史》中，作者介紹，這些珠峰測量小檔案中，包含許多知識點。1999年美國探險隊測量出的8850米實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。

珠峰的高度究竟是怎樣測量的？我們試以2005年珠峰的復(fù)測來看，當(dāng)時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(zhǔn)測量分隊、重力測量分隊及登山?jīng)_頂分隊等4個分隊，同時展開各自的測量工作。

根據(jù)周密擬訂的測量計劃，整個測量行動按照下列路線圖展開：

第一階段，從3月17日到4月17日，進行珠峰外圍地區(qū)的測量工作。GPS綜合測量分隊在青藏高原廣大地區(qū)的30個主測量點和40多個附測量點展開6輪聯(lián)機觀測行動，這些測量點大都分布在藏北無人區(qū)和昆侖、唐古拉、喜馬拉雅、岡底斯等藏區(qū)大山中，都是被精心選擇的青藏高原板塊典型的地理標(biāo)點，聯(lián)機觀測的數(shù)據(jù)結(jié)果將反映青藏高原地殼變化進程的細(xì)節(jié)。重力測量分隊從拉薩開始向珠峰邊測量邊推進。水準(zhǔn)測量分隊從已經(jīng)取得相對青島水準(zhǔn)原點精確高度的西藏拉孜縣起測，逐步向珠峰推進。登山?jīng)_頂分隊在珠峰大本營隨西藏登山隊開始適應(yīng)性訓(xùn)練。

第二階段，從4月到5月，在珠峰周邊地區(qū)進行測量。GPS綜合測量分隊完成珠峰GPS控制網(wǎng)32點及峰頂GPS聯(lián)測網(wǎng)8點的布測。水準(zhǔn)測量分隊分別通過4條路線向珠峰推進，選定珠峰下的交會測量點，預(yù)計完成二等水準(zhǔn)379.7千米、三等水準(zhǔn)17.3千米、測距高程導(dǎo)線20.5千米。重力測量分隊進駐珠峰地區(qū)展開測量，預(yù)計完成二等重力點及引點5個、加密重力點86個、登山路線上重力點5個。登山?jīng)_頂分隊進行高海拔適應(yīng)性訓(xùn)練和登山訓(xùn)練。

紅色的金屬覘標(biāo)豎起

2005年登頂成功

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(biāo)，在6個交會點進行珠峰峰頂交會測量，采用三角測量方法，從6個方向?qū)Ψ屙斶M行前方交會，在5個測站對峰頂進行電磁波測距。

第四階段，5月至6月，在西安的國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心和北京的國家基礎(chǔ)地理信息中心進行數(shù)據(jù)整理、分析和計算，并匯總數(shù)據(jù)。

第五階段，6月至7月，在國家測繪局大地測量數(shù)據(jù)處理中心和國家測繪局基礎(chǔ)地理信息中心進行數(shù)據(jù)的分析和計算，獲得珠峰高程最終數(shù)據(jù)。并在北京組織召開2005珠穆朗瑪峰高程測量項目驗收會議。項目驗收后，報請國務(wù)院批準(zhǔn)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了“2005珠穆朗瑪峰高程測量”項目驗收會議。驗收委員會由來自科技部、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、專家組成，他們對這一項目做出高度評價，一致同意通過項目驗收。

10月，2005珠峰高程測量珠峰頂?shù)难┟娓吆蛶r石高成果經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)公布。

今天我們?yōu)槭裁匆巧綔y珠峰？

21世紀(jì)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？測繪專家們的答案是肯定的。

2005年珠峰復(fù)測，采用了傳統(tǒng)的經(jīng)典測量方法，就是以常規(guī)的水準(zhǔn)測量加上三角高程測量來確定珠峰的高程。同時，采用了GPS衛(wèi)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(biāo)和高程。而這個測量方法具體就是計算圍繞地球的衛(wèi)星到珠峰頂?shù)木嚯x。我們可以通過多個衛(wèi)星數(shù)據(jù)，獲取珠峰相對于這個地球參考橢球的準(zhǔn)確的三維坐標(biāo)，得到珠峰準(zhǔn)確的高程。

測繪專家們將這雙管齊下的方案稱之為“雙保險”。實施這兩種測量方式，都需要登上珠峰頂峰。采用傳統(tǒng)的測量方法需要在珠峰峰頂設(shè)立標(biāo)志，專業(yè)人員稱為覘標(biāo)，為下面的測距儀和經(jīng)緯儀服務(wù)。而GPS測量儀的天線必須插到峰頂，才能測到珠峰的高度。

過去珠峰高程引起爭議的原因主要有兩個，一個圍繞高程測量技術(shù)和計算的精確性，一個是圍繞峰頂雪深。要解決這兩個問題，則必須利用先進技術(shù)登頂實地測量。

采用現(xiàn)代GPS技術(shù)，要求必須將設(shè)備攜帶上峰頂。要測量雪深，必須利用雷達(dá)設(shè)備在峰頂實際操作，直接測量。采用常規(guī)技術(shù)必須攜帶覘標(biāo)，將覘標(biāo)立于峰頂最高處，確定三角交會的唯一目標(biāo)，提高精確度。同時，兩種技術(shù)互相補充，一旦GPS觀測技術(shù)出現(xiàn)故障，常規(guī)方法可以替代電子設(shè)備完成觀測。所以，登頂珠峰不僅必要，而且必須，而且是決定整個測量行動成敗的關(guān)鍵所在。

本次測量，則又有了更先進的技術(shù)，這次使用的設(shè)備是我國自主研發(fā)的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系列，國產(chǎn)測繪儀器裝備全面承擔(dān)本次測量任務(wù)。GNSS衛(wèi)星測量、雪深雷達(dá)測量、重力測量、衛(wèi)星遙感、似大地水準(zhǔn)面精化等多種傳統(tǒng)和現(xiàn)代測量技術(shù)的應(yīng)用，讓珠峰的“身高“更加精準(zhǔn)。

珠峰高程測量紀(jì)念碑

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非常重要的因素。

在2005珠峰高程測量中，中國測繪工作者首次采用雷達(dá)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(chǔ)地理信息中心的技術(shù)人員，通過大量的市場調(diào)研以及實地的測試，選用了意大利IDS公司出產(chǎn)的500兆赫茲的冰雪探測雷達(dá)。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(dá)登頂珠峰并成功進行了探測。為2005珠峰登山測量訂制的冰雪探測雷達(dá)根據(jù)用戶的要求進行了改進和完善，主要考慮了電源保溫、預(yù)加熱、可連接雙頻GPS接收機同時一鍵式操作雷達(dá)和GPS接收機的啟動，以及可進行時間同步數(shù)據(jù)、在特殊環(huán)境下數(shù)據(jù)存儲等問題。

雷達(dá)測量距離的原理其實很簡單，就如同機場雷達(dá)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(biāo)點的距離；在雷達(dá)上安裝個高精度定位儀，就會知道雷達(dá)是在那里探測到的巖石深度，因此就能依據(jù)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點零8分，中國登山測量隊員成功登頂珠峰，并在珠峰頂啟動峰頂雪深雷達(dá)探測儀，開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38分49秒，冰雪雷達(dá)探測儀開始工作，12點18分24秒結(jié)束，有效記錄數(shù)據(jù)38分55秒。

裝載著寶貴數(shù)據(jù)的珠峰峰頂測量的關(guān)鍵設(shè)備GPS接收機和雪深探測雷達(dá)，經(jīng)過37小時不間斷的傳遞，于5月24日凌晨送達(dá)珠峰大本營測量營地。經(jīng)過技術(shù)人員對雪深探測雷達(dá)數(shù)據(jù)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。

珠峰水準(zhǔn)測量

為什么是高程，不是高度？

從2005年到今年，為什么我們?nèi)耘f要投入大量的人力物力測珠峰的身高？我們以2005年的測試來看，當(dāng)年的行動策劃準(zhǔn)備的時間將近一年，國家投入了大量的資金。從2005年3月起開始實施的這一行動，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(qū)開展了三角測量、水準(zhǔn)測量、重力測量、全球衛(wèi)星定位測量，并將在珠穆朗瑪峰峰頂進行雪深雷達(dá)測量。僅僅是花在登山、測量和計算過程的時間，差不多要半年，而且到2005年10月才能向世界公布測量結(jié)果。

高度，在測量學(xué)中也叫高程，乍一聽，似乎是一個很簡單的幾何概念，不少人以為，測量珠峰是一個幾何學(xué)上的問題，其實不然。比如一個人的身高是多少，某個地方的海拔高度是多少，都很好理解。但是往深了想，它并不簡單，在科學(xué)上，高程其實是一個位置定義，說某地點的高程是多少，表達(dá)的是這個地球表面點，相對于地球的空間位置。而問題的復(fù)雜性就在于，地球并不是一個標(biāo)準(zhǔn)的橢圓，而是一個近似橢圓的不規(guī)則實體，其表面構(gòu)造非常復(fù)雜又各不相同。在這種情況下，要明確某個地球表面點的空間位置，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，而并不僅僅是一個幾何學(xué)的問題。

測量珠峰，所依據(jù)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(fù)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(shù)學(xué)問題，所得到的高度只是表觀高度。而此次珠峰復(fù)測，所要測量的是珠峰和地球之間引力方向上的高度，就是說重心所在直線的高度，和表觀高度是有差別的。

要弄清楚測定珠峰的高程究竟是什么意思，意味著什么，有什么意義，最重要的是要明確兩個概念，首先是高程的方向，其次是高程的基準(zhǔn)。

在測量學(xué)中，高程的定義是某地表點在地球引力方向上高度，也就是重心所在地球引力線的高度。這句話的意思是，地球上每個點高程的方向都是不同的。這里有一個有意思的例子：人的眼睛其實總是在“忠實地欺騙”自己。你用眼睛看面前的珠峰，你看到的高度其實不是珠峰真正的高度，因為地球是橢圓的，你的視線的起點是你腳下的那一點，而不是珠峰腳下的那一點，因此你看到的珠峰要比其真實高度低一些。那些光學(xué)的測量儀器如果在遠(yuǎn)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，另外一個重要的概念就是高程的基準(zhǔn)是什么。通俗地說，就是珠峰腳下的海拔0米在哪里。這里就出現(xiàn)一個重要的概念——大地水準(zhǔn)面。測量學(xué)中的基準(zhǔn)面就是大地水準(zhǔn)面，是整體上非常接近于地球自然表面的水準(zhǔn)面。由于海洋占全球面積的71％，因此大地水準(zhǔn)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相垂直。理論上，它是一個延伸到全球的靜止海水面，是一個地球重力等位面，也是一個沒有褶皺、無棱角的連續(xù)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(zhǔn)面形狀非常復(fù)雜。在目前不能唯一地確定大地水準(zhǔn)面的時候，各個國家和地區(qū)往往選擇一個平均海水面代替它。我國使用的“1985國家高程基準(zhǔn)”中，采用的是青島驗潮站的18年長期觀測結(jié)果計算出來的平均黃海海水面，作為我國統(tǒng)一的高程起算基準(zhǔn)面，也就是海拔零起始面。所以，珠峰的高程實際上就是在珠峰的重力線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)的角度說來，測量珠峰高度，事實上是一件很復(fù)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)。

（以上節(jié)選自《珠峰簡史》）