#2020珠峰冲顶测量开启#

就在我写这篇科普文章的时候，中国的科学家和三十多名勘测队员们正在向珠峰顶端艰难挺进。他们需要携带的科学设备很多，包括北斗卫星定位设备、光学觇标、重力测量仪和测雪深的雷达等等。

你可能要问了，不就是测一座山的高度吗，干嘛搞这么复杂？

因为要想精确地丈量山的高度，这不是一般地难！

我们通常怎么量高度？

每当一个孩子出生，护士姐姐都会先把他捋直了，用皮尺从头到脚量一量长度，这个数字很重要，会被记录在出生证上。随着孩子一天天长高，爸爸或妈妈会不定期地让他站到墙角的某处量一量、划条线记录下来。这或许也是你童年的期待和快乐记忆吧？

每个孩子的成长都通过量身高记录下来

给人量身高挺容易，一支铅笔一条皮尺就够了。给房子量高度呢？如果楼很高，十几或几十层，用皮尺就不行，尺子不够长。这时候就要用到三角学（学好数学很重要），聪明的你一定想到了直角三角形求它的垂直边长！

运用测量法间接计算楼高

我们在楼房的附近架起一个经纬仪，再在楼下放置一根标尺，就可以测量出经纬仪的水平高度B'B，和它与楼顶的夹角θ，再量出测量点与标尺的水平距离AB，就可以通过三角函数计算出BC，将BC与B'B相加，便是楼房的高度h了。

运用正切函数，我们得出：

BC = AB × tanθ

B’B可以从标尺上读出，因此很容易算出楼房的高度：

h = B'B + BC

我们可以用同样方法测量山的高度吗？

不能。

为什么？因为山并不像楼房那样有一个垂直的面，也就是说B点是在山体里面，你没办法去量AB的距离。当然，你可以先找出水平面和山顶斜角θ，再用激光测距仪直接量出AC的距离，再用正弦函数算出：

BC = AC × Sinθ

测量山的高度要更复杂

问题解决了吗？并没有。

我们算出来的高度BC是山峰相对于测量点A水平面的高度，它不是海拔高度；AB、BC都在山体里，我们如何保证它们是水平和垂直呢？A点的高度又是多少？要想准确测量山峰的海拔高度，并不是你所想的那样简单。

什么是海平面与海拔高度？

你可能会说，海平面，顾名思义就是海水表面。海平面是静止的吗？不是，由于潮汐运动造成海水潮起潮落，实际上海面从来就没有静止的时候。

在大地测量学上通常将海平面定义为“平均海平面（MSL）”，也就是世界各地海平面的平均高度。换句话来说就是，海平面是在大量观测的基础上算出来的一个平均值，并且由于这个平均值本身是变化的，所以在实际使用时，MSL是一个定义值。比如说我国就将青岛测潮站1956年测量的黄海海面平均高程定义为海平面，之后所有的高度都以此为基准。

海平面高度是个变化的值

我们生活在陆地上，陆地相对于平均海平面的高度差被称为海拔高度（AMSL）。

前面说到，海平面是一个不断变化的表面，你很难去精确测量它，因此我们需要在陆地上找一个地质情况相对稳定的位置来做一个标记，以此为测量的基准。这个基准面被称为传统大地基准面。

我们国家1978年在陕西省泾阳县北纬34°32′27.00″，东经108°55′25.00″设立了大地原点，经高斯平面直角坐标法测定，这里的海拔高度为417.20米。

中国大地原点是地理坐标系的基准点

有了海平面，又确定了坐标原点，我们就可以测量珠峰的高度了吗？还是不行，因为中国大地原点与珠峰的水平距离有2200公里之遥，你无论是用皮尺还是激光都够不着。因此我们的测量人员需要通过大三角测量法构建出一个覆盖全国的地理坐标系统，这是一个宏大浩繁的科学工程。

说到这里，我们需要重新来认识我们脚下的地面，因为它不是你想象的那样简单。

重新认识地面

学过初中地理的人都知道，我们的地球并不是一个完美的球体，它实际上是一个“两极稍扁、赤道略鼓”的椭球体。地球扁到什么程度呢？我们用一张等比例图来表示一下：

地球并不如你想象中的那么扁，珠峰也“不高”

那条渐渐变粗的蓝色线，几乎看不出有多大变化，对吧？实际上地球赤道的平均半径比极半径仅多出1/298，也就是21.38千米。

从比例上看，我们引以为傲的“世界屋脊”最高峰珠穆朗玛峰仅是地球表面一个稍稍凸起的小点，它还不及篮球表面起防滑作用的小疙瘩高。

这意味着我们测量珠峰的高程变得容易了吗？

并不！

在前节介绍如何测量房屋和山峰高度时，我们利用到了两个关键要素：水平面和垂直线。它们是数学计算的基准，不可或缺。但是问题来了，水平面一定水平、垂直线一定是垂直的吗？

如果你见过建筑工人砌墙，就能发现他们会用细线吊一颗铅坠，这样他可以判断自己砌的墙体是否垂直于地面，学过物理的很容易理解，因为铅坠受万有引力的作用，细线会指向地球的质心。

铅垂线指向哪里，你想过吗？

但事实上，由于地球自转带来的离心运动以及局部地区地质密度的影响，地球表面的重力分布并不均匀，并且铅垂线也不总是指向地心。

地球有许多个“面”，铅垂线也不总是垂直

这将造成什么后果？它意味着当你测量珠峰时，你所有设备的铅垂线并不一定指向同一个点，也意味着你没办法确定测量的水平面和仰角，最后的结果自然是算不准。除非你同时精确测量每一个点的重力情况，并且将数据代入到三角坐标的公式中进行修正计算，以求出珠峰顶端真正的垂直线。这也是为什么科学家们要测量珠峰高度，却将沉重的重力测量仪扛上山的原因之一。

大地水准面高度以及重力梯度伪色图（夸张）

准备工作还远不止这些。

测量一座山峰的高程，我们需要在山峰的附近架起仪器来观测，然后将仰角、距离、方位角等参数代入公式计算结果。而我们每次得出的并不是海拔高程而是相对高度差，要想知道最终珠峰的高度以及坐标，需先算出它周围所有观测点位（包括大本营、西绒、中绒、III7-1、东绒1和东绒2）的精确坐标和海拔高程。事实上我们需要事先建立起一个覆盖全国的精确坐标系。

在测量珠峰之前需要先精确测量周边

早在此次登顶珠峰之前的几个月里，测绘人员就已经对珠峰周围进行了细致的测量和精确定位，他们同时运用三角测量技术和北斗卫星定位系统反复确定了至少6个点位的坐标参数。一切准备就绪后，当登顶队员在珠峰顶端立起光学觇标，所有周边6个观测点就能立刻对峰顶进行测量。

与此同时，测绘队员们还将在珠峰顶端采集重力参数、北斗卫星定位数据和雪深，以期计算出最准确的海拔数据。

前两次登顶测量竖起的觇标

写在最后：

在有些人看来，测量一座山的高度很容易，似乎从兜里掏出手机点开APP，利用GPS定位就可以得到结果，抬手之劳，完全不值得耗费人力物力。

而对于科学家们来说，卫星定位目前只是一种辅助手段。要想精确地测量一座山峰的海拔高度和坐标却是一项极其严谨的科学工程，需要数学家、地球物理学家、地质学家、天文学家共同协作，以及无数测绘人员翻山越岭、爬冰卧雪、日复一日地勘探测量、采集数据、细致计算，在建立完整的现代地理坐标系后，才能最终取得满意成果。

从这个角度来看，测量珠峰海拔高程不仅是对智慧与体能的考验，更是国家科学水平以及综合实力的体现，只有伟大的国家才能完成这项伟大的科学工程。

珠穆朗玛峰

向我们的科学家和默默无闻的测绘队员们致敬，他们是国家最高的山。预祝测量圆满成功！