[科普中國]-海拔高度的測量

為什么世界各地的海面不一樣高？ “水往低處流”等俗語都說明，只要是連通的靜態(tài)水體，其水面應(yīng)該一樣高。

海水在重力作用下也會水往低處流，構(gòu)成一個海洋平面。實際上，地球上不同區(qū)域的海洋水面并不一樣高，比如，大西洋不同海域的海面高度就不一樣，這是為什么呢？

地球不同地方的重力受到地球引力、離心力和固體潮三種因素的影響，相同的物體位于地球不同地方時，所受重力并不相同。假如精確稱量一個物體，在低緯度稱得的重量相比在高緯度稱時略輕，這是因為離心力受緯度的影響。地殼密度不均勻也是影響重力的一個因素，因此不同構(gòu)造的海洋底部對海水的吸引力會有不同。

相鄰海面不一樣高，落差會導(dǎo)致海水的流動。巴拿馬運河連接著北側(cè)的大西洋與南側(cè)的太平洋，但是大西洋海面比太平洋海面高了24厘米，運河上若沒有閘門，兩大洋的海面落差將導(dǎo)致運河水快速流動，船只在運河中航行就比較困難。

科學(xué)家經(jīng)常利用遙感衛(wèi)星攜帶的雷達（無線電）高度計精確測定海面高度，進行海洋監(jiān)測、環(huán)境研究，保證航海安全。另外，利用精確的海面高程數(shù)據(jù)，科學(xué)家還可以反過來推算海洋和地球的重力異常情況，進而判斷和分析地球的內(nèi)部構(gòu)造、地球的板塊運動等情況。

海拔高度是以什么為水準面的？由平均海水面起算測量得到的地面點高程，稱為海拔高度或絕對高程。平均海水面也稱為大地水準面，它的一個特點是，該面上的任何位置，平均海水面都與重力的方向相垂直。然而，由于受到地球內(nèi)部質(zhì)量分布不均勻和地球自轉(zhuǎn)等因素的影響，地球表面各點的重力方向并非都指向地球的球心，即各處的重力方向不同，這就使得平均海水面（大地水準面）不是一個標準的球面，而是形成了一個不規(guī)則的曲面。

為滿足各自的測量、建設(shè)和研究的需要，世界各國依據(jù)各自沿海的海面高度數(shù)據(jù)，確立了各自的平均海水面。中國將青島驗潮站從1952年起連續(xù)觀測多年的黃海水面數(shù)據(jù)，確定為中國使用的平均海水面（大地水準面），以此作為中國高程的起算零點。中國測量工作中公布的各地海拔高度，均指由黃海平均海水面起算的高度。

在經(jīng)歷了傳統(tǒng)的模擬測繪和數(shù)字化測繪之后，我們進入了信息測繪時代。信息測繪與傳統(tǒng)測繪的一個主要區(qū)別是：傳統(tǒng)測繪表示信息是以二維地圖平面為信息載體的，而信息化測繪和數(shù)字海洋建設(shè)需要全面實現(xiàn)三維可視化。因此，準確地確定高程起算點和測量各地的高程是不可或缺的基礎(chǔ)工作。無論是確定陸地的高程，還是動態(tài)監(jiān)測海洋，測量海面的高度都有重要的意義。

珠穆朗瑪峰“身高”怎么測量？珠穆朗瑪峰（簡稱為珠峰）地處中國和尼泊爾的邊界東段，是地球上的第一高峰。2005年，原國家測繪局測得珠峰峰頂巖石面海拔高程為8844.43米，精度為±0.21米。

要精確測量珠峰的高程，面臨的首要問題是海拔要從哪里算起。中國是以山東青島驗潮站的黃海平均海水面為海拔零點起算。測繪人員首先取得了西藏拉孜縣相對山東青島水準原點的精確高程。然后，測量隊從拉孜縣開始測量珠峰高程。前半程采用水準測量法，每隔幾十米豎立一個標尺，通過水準儀測出高差，一站一站地將高差累加起來就可得出準確的高差數(shù)字。這樣一直傳遞到珠峰腳下的6個測量點，就得到了精確的高程數(shù)據(jù)。

2005年測量珠峰時，登山隊員帶上去一臺專門測量冰雪層厚度的探地雷達，準確測量出了積雪層、冰層、冰與碎石混合層的厚度。

實際觀測中，重力和大氣會對量取精確測量數(shù)值有干擾，因此測量珠峰的同時還要觀測重力和氣象情況，做多方面的改正計算，得到最優(yōu)結(jié)果。實際上，2005年中國給珠峰測“身高”時還采用了重力、全球衛(wèi)星定位等各類測量手段獲取數(shù)據(jù)，經(jīng)過一系列的復(fù)雜計算取得珠峰精確高程，包括峰頂巖石面的海拔高程，峰頂各冰雪層的厚度，這為今后科學(xué)監(jiān)測珠峰高程的變化以及青藏高原地殼運動提供了準確科學(xué)的數(shù)據(jù)。

本作品為“科普中國-科學(xué)原理一點通”原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載時務(wù)請注明出處。