07.10 海拔高度的測量

為什麼世界各地的海面不一樣高? “水往低處流”等俗語都說明,只要是連通的靜態水體,其水面應該一樣高。

海水在重力作用下也會水往低處流,構成一個海洋平面。實際上,地球上不同區域的海洋水面並不一樣高,比如,大西洋不同海域的海面高度就不一樣,這是為什麼呢?

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,相同的物體位於地球不同地方時,所受重力並不相同。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,因此不同構造的海洋底部對海水的吸引力會有不同。

海拔高度的測量

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

科學家經常利用遙感衛星攜帶的雷達(無線電)高度計精確測定海面高度,進行海洋監測、環境研究,保證航海安全。另外,利用精確的海面高程數據,科學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部構造、地球的板塊運動等情況。

海拔高度是以什麼為水準面的?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,由於受到地球內部質量分佈不均勻和地球自轉等因素的影響,地球表面各點的重力方向並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則的曲面。

為滿足各自的測量、建設和研究的需要,世界各國依據各自沿海的海面高度數據,確立了各自的平均海水面。中國將青島驗潮站從1952年起連續觀測多年的黃海水面數據,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。中國測量工作中公佈的各地海拔高度,均指由黃海平均海水面起算的高度。

在經歷了傳統的模擬測繪和數字化測繪之後,我們進入了信息測繪時代。信息測繪與傳統測繪的一個主要區別是:傳統測繪表示信息是以二維地圖平面為信息載體的,而信息化測繪和數字海洋建設需要全面實現三維可視化。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工作。無論是確定陸地的高程,還是動態監測海洋,測量海面的高度都有重要的意義。

珠穆朗瑪峰“身高”怎麼測量?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岩石面海拔高程為8844.43米,精度為±0.21米。

海拔高度的測量

要精確測量珠峰的高程,面臨的首要問題是海拔要從哪裡算起。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。然後,測量隊從拉孜縣開始測量珠峰高程。前半程採用水準測量法,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據。

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,得到最優結果。實際上,2005年中國給珠峰測“身高”時還採用了重力、全球衛星定位等各類測量手段獲取數據,經過一系列的複雜計算取得珠峰精確高程,包括峰頂岩石面的海拔高程,峰頂各冰雪層的厚度,這為今後科學監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的數據。

海拔高度的測量


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