原标题：珠穆朗玛峰再量“身高”专家解读青岛水准原点的缘起和巨大价值
文/图 半岛记者 张文艳
27日上午11时,2020珠峰高程测量登山队成功登顶世界第一高峰珠穆朗玛峰,他们要重新给珠峰量身高。将目光回到距珠峰数千公里之外的青岛,在观象山上,有一座小石屋成为人们关注的重点,它造型别致却十分神秘,没有挂牌,大门紧锁,外层雕花石柱合围,内层绿色栅栏保护。除了偶尔有工作人员开门检查外,不向公众开放。它里面装载着世界最高峰珠穆朗玛峰海拔的起算点——水准原点。
半岛记者日前专访青岛市勘察测绘研究院院长张志华等专家,听他们讲述水准原点的来历、特殊价值以及观象山的故事。
水准原点藏身神秘小石屋
观象山上的石屋,面积不大,却是中国永久性水准原点,而且是独一无二的。石屋里面的旱井下镶嵌有一个价值不菲的拳头大小、浑圆的玛瑙,点位有18厘米长,这里就是“中华人民共和国水准原点”。何为水准原点?就是水准测量传递海拔高程的基准点,通俗地讲,就是山川的海拔高度从这里开始算。
早在1952年,国家测绘部门就专门对沿海一些验潮站高程基准点进行调查,筹建一个国家水准原点,而建于1898年的青岛验潮站,因为多年来的潮汐观测数据和经1950年改造后增设自动验潮仪,在众多海域中胜出。小石屋中标记的水准原点是海拔72.26米,也就说,从这里起算的海拔总数需要减掉72.26米,才能得出实际海拔高度。
天时地利人和选定观象山
张志华院长解释说,国家规定以黄海海平面作为高度起算标准,也就是说“零”是从黄海海平面取的:“海水有潮起潮落,青岛有典型的半日潮,每天、每个月都不一样,有时还有天文大潮和低潮,一直在变化,所以需要验潮。专业人员根据每天潮汐情况做连续记录,算出一天的平均值、一个月的平均值、一年的平均值,至少要达到一个潮汐周期大约是19年,满足了这些条件变化,才能找到一个很稳定的平均海水面,也就是‘零’。”
如此不稳定的“零”是无法确定何时何地为起算点的,需要找到一个陆地稳定点。青岛观象台有成熟的天文、地磁、地震检测技术和数据,观象山有稳定的花岗岩基岩,还有闻名中外的科学家曾在此做出开创性贡献,可谓天时地利加人和。所以,1954年10月,中华人民共和国水准原点定位于观象山,由1个原点2个附点3个参考点构成水准原点网。1987年确定1985国家高程基准72.26米,从那时开始全国使用至今。
专访
水准原点意义重大
盖楼造桥都要靠它
记者:请您从专业的角度来解读,水准原点的价值和意义是什么?
张志华:水准原点的应用很广泛,比如大家知道的南水北调,很多工程从不同的省市同时施工,多年来背靠背地干,这就需要事先有一个统一的海拔高度标准,没有这个原点,各省各地的标准不一样,水往低处流,若不准确计算,水就流不过来。再比如像高铁,也是分段施工,而且精度要求极高,一段一段的桥梁最后连接到一起通车,分毫不差,都和统一的高程有密切关系。
这样的例子咱们生活中比比皆是,老百姓盖房子建筑打桩,楼盘建设的高度和距离,都需要统一的高度标准。再大的像火箭卫星发射等,也都有严格的统一的高程起算点。
其实,高程和每个公众的生活都密切相关,只是我们有时候感受不到而已。
青岛下水道为什么不堵?除了下水道管道粗,宽度能够汽车通过,而且是鸭蛋形等原因之外,还有一个重要的原因,与当时的城市管理者使用了世界最先进的水准测量技术,比如坡度高度的计算有关。青岛老城区早期建设下水道时运用的坡度高程最准,不会出现海水倒灌现象,一般来说倒灌的原因是坡度算错了,青岛下水道设计建立在了科学的基础上,与水准原点在青岛当然关系密切。
青岛南北大致居中
地质稳定沿海难寻
记者:张院长,水准原点为什么定在青岛,选在观象山?
张志华:首先是地质结构,有专家曾经说过,青岛尤其是老城区坐落在一整块花岗岩上,而且中间没有断裂带,地质结构非常稳定,没有地震和自然灾害。中国沿海从鸭绿江口一直到广西云南一带整个海岸线,青岛也是不太多的几个非常稳定的地区之一,所以把水准原点放在青岛更有价值。
再一个青岛地处中纬度地区,位于从南到北大致居中的位置,把这个点放在青岛,更便于海拔高程传递到全国去。
还有一个因素是青岛是最早开展现代科学研究的城市之一,中国最早的现代气象观测在青岛,最早参加国际测量活动的万国经度测量就在观象山上。咱们国内原来有个说法,百分之七十的海洋科学家在青岛,包含潮汐、气象、天文等科学家以及大量的科学活动都在青岛,加上观象山很稳定、安静,便于保存,离海边又不远。
最后,青岛海域具有典型的半日潮汐,验潮站所在的胶州湾海面稳定,便于验潮也是一个原因。因此,咱们国家的水准原点选在了观象山。
注意“三脚架钢标”
测量标志依法保护
记者:除了观象山观象台石头屋这个水准原点,还有其他辅助的测量点做保障吗?
张志华:高度测量有一套科学的办法,除了这个原点以外,观象山周边一带还有两个附点、三个参考点作为组成部分,起到多重保险的作用。每过四年都有专业的队伍进行测量核算,即使万一某一个点被破坏,其他的点也可以作为测量标准。
咱们国家对测量标志保护立了法,测量标志保护极其重要,一旦损坏往往是不可弥补的。青岛市测量标志除了这六个点以外,在各个山头上都有和水准原点相关的测量标志,市民可以注意一下山顶上的三脚架钢标,那就是测量标志。由于城市的快速发展,测量标志保护的压力也越来越大,我们一定要加强测量标志保护。
水准原点测量标志是智慧城市的基础,是云计算、大数据、人工智能的基础,也是城市的数字底座,非常重要。十几年前国务院统一安排的对全国名山大川的高度进行统一测绘,我参与了青岛崂山海拔高度的测量,崂山是中国沿海第一高峰,最高点海拔1132.7米,都是从中华人民共和国水准原点起算的。
其实,德国侵占时期就测量过崂山,遗憾的是当时的测量点已被破坏,所以百年后我们无法判断崂山的高度变化。
看点一 2020年登顶珠峰有何意义?
5月27日上午11时,2020珠峰高程测量登山队成功登顶世界第一高峰珠穆朗玛峰。中国登山协会主席李致新表示,2020年登顶珠峰和以往有所不同,有三重特殊意义。
“这不仅仅是一次登山活动,最重要的是和国家科考工作紧密结合。虽然中国登山队在1975年和2005年也做过登山测量工作,但今年我们和自然资源部第一大地测量队联手重测珠峰高度,实现了技术的创新和突破——现代科技的发展,先进仪器和大数据的研发应用为我们更加准确地测量珠峰提供了条件,让我们可以更准确、更科学地向世人展示测量结果,也让我们对珠峰有更加深刻清晰的认知。”
“中国登山队以后会在攀登高峰的过程中继续和其他领域的科学工作者密切合作,对新科技、新产品、新材料等方面做出新探索,做出登山人应有的贡献。”
1960年5月25日,王富洲、贡布、屈银华三位中国登山队队员登顶世界最高峰珠穆朗玛峰,中国人的足迹第一次留在世界之巅,同时也实现了人类第一次从北坡成功登顶珠峰的夙愿,创造了世界登山史上的壮举。此后,英勇的中国登山队队员们一次次完成国家任务,继承发扬登山精神。“今年正好是中国人首次登顶珠峰、人类第一次从北坡成功登顶珠峰的60周年之际,让这一次登顶珠峰意义非凡。”
由于新冠肺炎疫情的突然来袭,全世界都仿佛被按下了“暂停键”,然而攀登者的脚步却没有因此停止。“在这样特殊的困难时期,我们如期进行珠峰高程测量工作,更具有特殊的历史意义。”李致新说。 据新华社
看点二 高程测量为什么均选在5月?
2005年的珠峰高程测量是在5月,这次的珠峰高程测量也是在5月进行,为什么都是5月呢?
据专家介绍,珠穆朗玛峰位于青藏高原南缘的喜马拉雅山脉中,山峰高出海面8000米以上,地理环境独特,峰顶的最低气温常年在-34℃,气候非常恶劣。每年的10月到第二年三四月,是珠峰地区的风季,风速随着海拔高度的升高而增大,在珠峰地区8000米高空,季候风没有遮挡,非常强劲。而6月到9月又是珠峰地区的雨季,由于印度洋暖湿气流沿山谷而上,易凝结成云雨,所以多出现雨雪交加或大风雪天气,变化也非常快。
所以,只有在5月,正是风季和雨季交替的短暂时间,风雪较小,是登山活动的好季节。
资料显示,即使是气温相对较高的5月份,峰顶温度也在-30℃以下,所以在攀登珠峰的时候人们需要专业的设备来避免冻伤。除此之外,测量仪器也需要特殊的保护。因为峰顶的低温、低气压和大风随时会损坏仪器,使测量无法进行。专家强调,即使是在每年5月这个珠峰登顶窗口期,也只有两三次适宜于登山的好天气,而且每次只有连续两天半左右的好天气。各个登山队正是掌握了这里的气候特点,在4月份开始作好准备,最后在5月份突击攀登珠峰的。据央视
看点三 相隔数千公里高程怎样传递?
□半岛记者 张文艳 报道
本报5月27日讯 从青岛到珠峰,数千公里的距离,其中要经过山川、河流,如何将坐落在观象山水准原点的高程传递到珠峰?记者日前专访青岛市勘察测绘研究院院长张志华,他解释说,为了精确测定和传递高程,我国在全国范围内建立了国家高程控制网,也称国家水准网,是国家大地控制网的组成部分,它的建立必须借助于高精度的几何水准测量方法建立。
从位于青岛的水准原点到珠峰脚下的水准路线差不多有6000多公里,观测中需要避开大气折射、地面振动、地形障碍等影响才能获取可靠的数据,并经过标尺长、正常水准面不平行、重力异常、固体潮和海潮等多种改正,才能获取准确结果。测绘人员必须徒步行走、分段测量,每隔几十米设一个站,反复观测,才能将高程传递到目的地,累计步行超过1.2万公里。如今,由于有了国家水准网,珠峰的身高只需要从最近的高程测算点测量就可以了,本次珠峰高程测量选择位于西藏日喀则市的高程基准点为起点。
当然,由于地形等因素存在着变化,测量的数据也存在变量,所以每隔一段时间都要进行重新测量,那么需要多久呢?张志华院长告诉半岛记者,中华人民共和国水准原点网包括原点、附点、参考点和验潮站在内沿设定的水准路线每四年进行一次复测。国家高程控制网的复测周期为25年,我国已经进行了三期大规模水准测量,最近一期为2012年至2015年,并在2017年启用新成果。
张院长说,测量标志一般都选在视野开阔,结构稳定的区域,以便于观测周围地形地貌。除非测量标志受外界或人为影响发生破坏或扰动,一般不会随意调整。同时精密水准测量有一套严密测量程序,可以排除人为原因引起的粗差。
