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(guó)的國(guó)土，兩國(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(dòng)一時(shí)的大笑話。那么，工程師們?cè)趺磿?huì)犯這么愚蠢的錯(cuò)誤呢？

這就要說(shuō)到兩國(guó)不同的高度測(cè)量體系。一般，人們會(huì)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(guó)人采用的測(cè)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(guó)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(guó)各自建的橋梁高度相差54厘米。

不同的海平面測(cè)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(guó)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(guó)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(cè)量海平面時(shí)，有超過(guò)100個(gè)不同的海平面基準(zhǔn)點(diǎn)。

比如，我國(guó)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(guó)和加拿大采用的是在加拿大魁北克里木斯基附近海域測(cè)量到的平均值，而在英國(guó)，除了北愛爾蘭，基準(zhǔn)點(diǎn)選的是英國(guó)康沃爾的新林海。由于海平面是各國(guó)用來(lái)測(cè)量物體高度的標(biāo)準(zhǔn)，這也使得一個(gè)珠穆朗瑪峰，會(huì)有不同的高度。中國(guó)以黃海平均海面為基準(zhǔn)，測(cè)量的珠穆朗瑪峰標(biāo)高是8844米，尼泊爾測(cè)量的卻是8848米，美國(guó)國(guó)家地理學(xué)既不認(rèn)可中國(guó)測(cè)量的結(jié)果，也不支持尼泊爾的，1999年，其自己的團(tuán)隊(duì)測(cè)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(cè)量基點(diǎn)不同，怎么會(huì)影響海平面值呢？

海平面不是靜止的

大家平常都說(shuō)“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(yáng)照射的影響，海水是流動(dòng)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。現(xiàn)在大多數(shù)國(guó)家只能在靠近自己的海面找基準(zhǔn)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)期測(cè)量，以獲得一個(gè)海平面值，受海面波動(dòng)的影響，在不同地點(diǎn)、不同時(shí)間測(cè)量，用不同的方法測(cè)量，都會(huì)讓數(shù)值出現(xiàn)差異。

即便是在相同的基準(zhǔn)點(diǎn)測(cè)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(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致海平面的上升或者下降。

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

海平面測(cè)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(cè)量標(biāo)準(zhǔn)能否統(tǒng)一起來(lái)呢？

新的測(cè)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(lái)測(cè)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(duì)于海水來(lái)說(shuō)，由于重力不同，形成的海平面就不會(huì)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(wèn)題，科學(xué)家們把假想的重力一樣大的面都連起來(lái)，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(huì)流動(dòng)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(guó)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(cè)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(huì)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(lái)測(cè)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(huì)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(guó)、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(cè)量方法，隨著現(xiàn)在的海平面測(cè)量技術(shù)被大地水準(zhǔn)面取代，未來(lái)我們教科書上許多地點(diǎn)的海拔也會(huì)被重新糾正，而全球也將結(jié)束現(xiàn)在混亂的垂直高度測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，在測(cè)量地點(diǎn)高度上達(dá)成一致。endprint