如何给山峰测高?

2023-05-18 10:22来源: 人民日报

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  给山峰测高有水准测量、三角高程测量、卫星测高等多种方法。掌握山峰高度,对工程建设、科学研究有着重要作用

  编者按:山水林田湖草沙是相互依存、紧密联系的生命共同体。党的二十大报告提出,坚持山水林田湖草沙一体化保护和系统治理,全方位、全地域、全过程加强生态环境保护。高山、碧水、茂林、沃田、净湖、绿草、黄沙……每个生态元素的背后,都藏着动人的“生态密码”。

  即日起,本版“把自然讲给你听”栏目将持续关注山水林田湖草沙一体化保护和系统治理,将自然科普与生态保护有机结合,展示我国山水林田湖草沙生命共同体呈现出的勃勃生机。

  “会当凌绝顶,一览众山小”“不识庐山真面目,只缘身在此山中”……古往今来,高大雄伟的山峰吸引着无数游人观赏,文人墨客也留下了许多动人的诗句。

  山峰的高度通常指海拔高,是以平均海水面为基准,到山顶的垂直距离。“横看成岭侧成峰,远近高低各不同”,当我们在不同位置观望山峰时,对其高度会有不同的视觉感受。珠穆朗玛峰的海拔高度为8848.86米,而当我们站在青藏高原上眺望珠峰,就会觉得它的高度可能只有海拔高的一半左右。这是因为我们站的位置海拔就很高,视觉上感受到的是山的相对高度。另外,所处环境的地形地貌也会影响我们的视觉感受:站在一望无际的平地上仰望山峰,就会觉得山峰很高;在起伏不断的山地上眺望山峰,就会觉得山峰没有想象中那么高。

  怎样测量山峰的准确高度呢?主要有3种办法。

  目前,山高测量中精度最高的属水准测量法。一般来说,从山脚下一个已知海拔高的点出发,利用水准仪和两把水准尺测得相距不远两点间的高差。由于水准尺长度的限制和清晰读数的要求,要一站一站地接续测量很多个高差,才能到达山顶。水准测量精度高,误差可控制在厘米级,甚至毫米级。但水准测量进度慢,即便是200米左右高度的山,沿上山路也需要测一天;如果碰到植被丛生没有路的山,测量进度就更加缓慢。因此,该方法只适合测量较低的山峰。

  相比之下,三角高程测量法要简单快捷得多。数年前,我们测量448.9米高的南京紫金山主峰,用的就是这个方法:在山脚下,利用安置在海拔高已知点上的全站仪,瞄准安置在山顶的棱镜,可测得视线的高度角和距离,利用数学方法就能算出一个垂直高差。这个垂直高差加上已知点海拔高和全站仪高、再减去山顶棱镜高,就得到了山的海拔高。如果要进一步提高准确度,还需要进行地球曲率和大气折光改正。由于引起大气折光的视线路径上空气密度、温度变化难以掌握,大气折光很难准确计算,导致山峰海拔高的测量误差可达分米级,且山越高误差越大。这个办法虽然“多快好省”,但只适合测量精度要求不高的山峰。

  利用北斗卫星导航定位技术测量山峰高度,工作更加简便且测量精度高,正在快速成为山高测量的主流方法。2020年,我国科学家测量珠穆朗玛峰时就采用了此种方法。但与以往方法不同的是,这个方法直接测得的不是海拔高,而是叫做大地高。大地高需要减去一个叫作大地水准面差距的值,才能得到海拔高。要想得到精确的大地水准面差距,需要有严密的数学模型和当地的重力加速度等数据,这也是在2020年珠峰测量中开展重力测量的重要原因。目前,北斗卫星测高误差已可控制在5厘米之内;随着科学技术的进一步发展,未来更可能达到毫米级精度,进而有望全面替代水准和三角高程山峰高度测量方法。

  掌握山峰高度,对工程建设、科学研究有着重要作用。一方面,在山区的水利、道路、桥隧等工程建设中,准确的山峰高度是工程规划、设计、施工的重要地理数据。另一方面,对于山峰及周边区域的高程监测,可用于地壳形变、板块运动等演变机理的研究,以及地震、泥石流等自然灾害的预报。此外,准确了解山峰的高度,还有利于科学家开展区域气候气象形成机理、生态环境演变规律研究,以及分析沧海桑田的变化趋势、探索人类家园的未知奥秘。

  (于先文 作者为东南大学教授、博士生导师,记者姚雪青采访整理)

[责任编辑: 涂子怡 ]
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