沒法測量的海平面

宇軒

尷尬的意外

毗鄰萊茵河的勞芬堡，是瑞士的一個(gè)小鎮(zhèn)，生活著大約2000名居民，而在河的另一邊也有一個(gè)勞芬堡小鎮(zhèn)，卻是德國的國土，兩國居民隔河而望。同樣的小鎮(zhèn)命名并不純屬意外，因?yàn)檫@兩個(gè)小鎮(zhèn)曾經(jīng)隸屬于同一個(gè)城市，直到19世紀(jì)早期，拿破侖將這個(gè)城市一分為二，分屬德國和瑞士，以萊茵河為界。

2004年，兩個(gè)小鎮(zhèn)決定建立一條新橋橫跨萊茵河，連接彼此。敲定了總體的設(shè)計(jì)模型，打好了橋墩后，兩國人開始著手從各自河邊施工。建了幾個(gè)月，等大家各自建的橋快 “合體”時(shí)，卻意外地發(fā)現(xiàn)兩邊橋梁高度并不一致，相差近54厘米。要完成橋梁“合體”，德國這邊的橋梁必須重新搭建，降低高度。

這一錯(cuò)誤的成本是昂貴的，而且鬧出了一個(gè)轟動一時(shí)的大笑話。那么，工程師們怎么會犯這么愚蠢的錯(cuò)誤呢？

這就要說到兩國不同的高度測量體系。一般，人們會用某個(gè)地點(diǎn)高出海平面的垂直距離，作為該地點(diǎn)的海拔高度。然而，德國人采用的測量海平面的基準(zhǔn)點(diǎn)為荷蘭阿姆斯特丹附近海面，而瑞士的基準(zhǔn)點(diǎn)在法國的某個(gè)地方。粗心大意的瑞士工程師本該在設(shè)計(jì)瑞士這邊的橋梁高度時(shí)，減去27厘米，但卻錯(cuò)誤地增加了27厘米，最終導(dǎo)致兩國各自建的橋梁高度相差54厘米。

不同的海平面測量法

事實(shí)上，這樣的尷尬情況已經(jīng)屢見不鮮了。19世紀(jì)末，各國聚在一起，決定在時(shí)間、經(jīng)度和度量單位方面采用統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，但他們從未在垂直標(biāo)準(zhǔn)上達(dá)成一致。今天，在世界各地，測量海平面時(shí)，有超過100個(gè)不同的海平面基準(zhǔn)點(diǎn)。

比如，我國現(xiàn)在使用的海平面的標(biāo)準(zhǔn)是黃海的平均水平面，美國和加拿大采用的是在加拿大魁北克里木斯基附近海域測量到的平均值，而在英國，除了北愛爾蘭，基準(zhǔn)點(diǎn)選的是英國康沃爾的新林海。由于海平面是各國用來測量物體高度的標(biāo)準(zhǔn)，這也使得一個(gè)珠穆朗瑪峰，會有不同的高度。中國以黃海平均海面為基準(zhǔn)，測量的珠穆朗瑪峰標(biāo)高是8844米，尼泊爾測量的卻是8848米，美國國家地理學(xué)既不認(rèn)可中國測量的結(jié)果，也不支持尼泊爾的，1999年，其自己的團(tuán)隊(duì)測量的珠峰高度是8850米。

然而，海平面，顧名思義，是指海的平均高度，測量基點(diǎn)不同，怎么會影響海平面值呢？

海平面不是靜止的

大家平常都說“水平”，認(rèn)為水是平的，大海也一樣，地球是圓的，海面也像球面一樣是平的。其實(shí)不然，海面是凹凸不平的。

一個(gè)原因是受風(fēng)和太陽照射的影響，海水是流動的，并且受月球引力的影響有潮汐漲落，所以海面是隨時(shí)變化的?，F(xiàn)在大多數(shù)國家只能在靠近自己的海面找基準(zhǔn)點(diǎn)來進(jìn)行長期測量，以獲得一個(gè)海平面值，受海面波動的影響，在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間測量，用不同的方法測量，都會讓數(shù)值出現(xiàn)差異。

即便是在相同的基準(zhǔn)點(diǎn)測量，海平面也并不總是一成不變的，因?yàn)楹Ｑ蠛完懙囟荚陔S著氣候變化、板塊構(gòu)造運(yùn)動，都會導(dǎo)致海平面的上升或者下降。

海洋在改變，各國現(xiàn)在使用的海平面值卻幾乎是不變的。比如，各國使用的海平面數(shù)據(jù)還是來自于20世紀(jì)50年代測量的，英國在第一次世界大戰(zhàn)期間測量的海平面高度，一直沿用到今天。現(xiàn)在由于氣候變暖，其測量的海平面已經(jīng)上升了約20厘米。按理說，現(xiàn)在英國的斯諾登山實(shí)際海拔高度應(yīng)該比過去“矮了”20厘米。

海平面測量系統(tǒng)的混亂，導(dǎo)致了許多非常昂貴的錯(cuò)誤。那么，全球的高度測量標(biāo)準(zhǔn)能否統(tǒng)一起來呢？

新的測量系統(tǒng)

現(xiàn)在科學(xué)家們想出了一個(gè)新辦法，即不用基于海平面來測量陸地高度，而是基于地球中心！他們采用的是“真正”的大地水準(zhǔn)面。

什么是大地水準(zhǔn)面呢？我們知道，地球是一個(gè)赤道微微凸起的橢圓形的球體。為此，我們?yōu)榱朔奖?，不管高山大海，以靜止的海水面延伸到陸地，把地球假設(shè)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的橢圓形，在這個(gè)橢圓面上，重力是一樣大的。但由于地球各處密度不同，所以在不同地點(diǎn)，地球重力是不同的。對于海水來說，由于重力不同，形成的海平面就不會是標(biāo)準(zhǔn)的橢球面，而是復(fù)雜的曲面。為了解決這個(gè)問題，科學(xué)家們把假想的重力一樣大的面都連起來，并延伸到陸地，形成包裹全球的近似橢圓面，這就是大地水準(zhǔn)面。

由于大地水準(zhǔn)面上任何地方的重力是一樣大的，即水在這個(gè)面上是不會流動的，所以如果知道了大地水準(zhǔn)面，任何一個(gè)山峰與地心連線，與大地水準(zhǔn)面有一個(gè)交點(diǎn)，計(jì)算出交點(diǎn)到峰頂?shù)木嚯x，就能得到山峰的海拔高度。

由于大地水準(zhǔn)面形狀非常復(fù)雜，在陸地上，現(xiàn)在使用的大地水準(zhǔn)面和重力線實(shí)際上都是虛擬的標(biāo)準(zhǔn)。而今天，NASA和德國航天中心合作，發(fā)射了引力恢復(fù)與氣候試驗(yàn)衛(wèi)星（GRACE），歐洲太空總署發(fā)射了GOCE衛(wèi)星，現(xiàn)在有足夠多的數(shù)據(jù)，讓科學(xué)家們可以制作一個(gè)誤差只有幾厘米的大地水準(zhǔn)面模型。

假如全球不再使用海平面，而是使用大地水準(zhǔn)面作為測量一個(gè)地點(diǎn)海拔高度的參照值，那么，許多地點(diǎn)的海拔將會被重新改寫。

現(xiàn)在珠穆朗瑪峰以海拔高度8848米奪得天下第一峰的寶座，但如果是依據(jù)大地水準(zhǔn)面模型，從地球中心來測量時(shí)，世界最高的山峰將是南美洲厄瓜多爾的欽博拉索山。

在海拔高度上，欽博拉索是名副其實(shí)的小矮子，其最高峰海拔為6248米，比珠穆朗瑪峰矮2600米。但我們知道，地球是個(gè)扁球體，在赤道附近隆起，在兩極附近扁平。欽博拉索位于赤道附近，距離地心更遠(yuǎn)，如果按地心到峰頂?shù)木嚯x計(jì)算的話，欽博拉索山的高度將是6384千米，珠穆朗瑪峰將是6382千米，欽博拉索山會比珠穆朗瑪峰高2000多米，成功奪冠，而珠穆朗瑪甚至?xí)凰Τ鋈蜃罡呱椒迩?0名。

美國、加拿大和墨西哥紛紛宣布自己將在2022年，使用這一更精確的高度測量方法，隨著現(xiàn)在的海平面測量技術(shù)被大地水準(zhǔn)面取代，未來我們教科書上許多地點(diǎn)的海拔也會被重新糾正，而全球也將結(jié)束現(xiàn)在混亂的垂直高度測量標(biāo)準(zhǔn)，在測量地點(diǎn)高度上達(dá)成一致。endprint