珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究

珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究

珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究

王文利①，陈俊勇 ②

(①国家测绘局大地测量数据处理中心，西安 710054；②国家测绘局，北京 100830)

【摘要】大气垂直折光是影响珠峰高程测量成果和精度的重要因素之一。本文根据2005年珠峰高程测量实际数据详细分析研究了大气温度垂直梯度与大气垂直折光系数的计算原则、方法及其变化特征与变化趋势，结合同以往（1975、1992年）珠峰高程测量中大气温度垂直梯度与大气垂直折光系数变化趋势的比较，得出气温垂直梯度与大气垂直折光系数均存在周日变化并给出了它们的变化趋势，提高了珠峰高程的计算精度。

【关键词】 珠穆朗玛峰；高程；大气温度垂直梯度；大气垂直折光

Research on Atmospheric vertical refraction index in the Height Determination of Qomolangma

Feng

WANG wen-li , CHEN jun-yong

(1 Geodetic Data processing Center, State Bureau of Surveying and Mapping ,

Xi’an 710054 China)

(2 State Bureau of Surveying and Mapping ,Beijing 100830 China )

Abstract: Atmospheric vertical refraction is one of the important factors that affect the height determination of Qomolangma Feng. This text Make use of the data of 2005 height determination of Qomolangma Feng, Implement the detailed analysis and research to the calculation principle, method and its changes the regulation of atmosphere temperature vertical gradient and atmospheric vertical refraction, and carried on comprehensive analysis that combined the results of 1975 and 1999, as a result that they all exist the period variety of the day, according to studied result to their variety trend，and improved the Compute accuracy of Qomolangma Feng Height. Key words: Qomolangma Feng; Height Determination; Atmosphere temperature vertical gradient; Atmospheric vertical refraction

①

②

1．概述

珠穆朗玛峰（以下简称珠峰）雄踞喜玛拉雅山之颠，是世界第一高峰，也是我国第一高峰。由于它是世界上最年青的山峰又处于欧亚与印度板块运动的冲撞地区，因而该地区地壳变化剧烈，地质结构复杂。长期以来已引起全世界地学工作者的广泛关住。大地测量工作者运用大地测量技术获取了宝贵的实测资料，为研究该地区的地壳运动和测量珠峰的高度作出了突出的贡献。我国曾于1966～1968年，1975年，1992年，1998年先后四次在珠峰地区进行大规模的大地测量工作。

珠峰是我国也是世界第一高峰，精确测定珠峰高程，是我国政府和我国测绘工作者面临的一项重要的历史任务。国家测绘局于2005年又一次大规模对珠峰高程及其邻近区域进行了平面和高程测量。

珠穆朗玛峰地区属于特高山区。在高山和高原地区进行三角高程测量作业时，影响测高成果和精度的重要因素之一是如何削弱和改正垂直折光对视线的畸变作用。在珠穆朗玛峰的高程计算中，必须精确的知道大气垂直折光系数。大气垂直折光是因为视线通过不同密度的大气层所引起的，而决定大气层垂直密度梯度的主要因素就是大气温度的垂直梯度τ。因此，要取得良好的三角高程测量成果，对大气垂直折光问题，特别是大气温度垂直梯度τ的

珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究

测定和处理是至关重要的。

2．2005年珠峰高程测量中大气温度垂直梯度和大气垂直折光系数计算 2.1. 大气温度垂直梯度τ

⑴. 大气温度垂直梯度τ的测定

为正确解决测定珠峰高程中的大气垂直折光问题，2005年5月22日在离峰顶约18km处的珠峰大本营（海拔高度约5100m）分别在8:00、10:00、12:00、14:00、20:00五个时间段释放探空气球进行了无线电高空探候，测定了相应的大气气象数据。 ⑵. 大气温度垂直梯度τ的计算 ①. 计算τ的高度区间

根据1966年、1975年、1992年珠峰高空探候研究经验，从地面至离地500m之间的大气温度，不很稳定，甚至出现过逆温层，而离地面500m以上的高空，温度梯度就趋于正常。从本次探空气象数据温度—高度变化曲线（图1）来看也基本如此。因此这次计算τ值的高度区间是从离地面500m以上5600～9000m（海拔高度），以这个区间中的大气温度变化来计算的。

图1 2005年珠峰高程测量5月22日不同时间段温度－时间变化折线图

②. τ值计算

计算公式：

t2 t1

100 （1）

H2 H1

式中：t1和t2分别是探空气球在H1和H2高度的实测摄氏温度C。

计算方法：从图1可以看出，海拔高度在5600～9000m范围内，温度随高度基本呈线性变化，温度梯度趋于正常，因此，本次计算τ值时分别对2005年5月22日探空气象数据几个时间段（8:00，10:00，12:00，14:00，20:00）从海拔高度为5600m开始，每隔200m高度范围取一个温度（如：5600m处的温度取高度为5500～5700m范围内的温度平均值，5800m处的温度取高度为5700～5900m范围内的温度平均值）计算一个 值，作为该200m高度范围的气温垂直梯度 ，至止海拔高度为9000m。然后将该时间段的各个200m高度范围的气温垂直梯度 取平均值作为该时间段的气温垂直梯度 值。

计算结果：2005年5月22日珠峰高程测量气温垂直梯度τ(℃/百米)计算结果见表1。

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均

2005年5月22日8:00～20:00平均值τ⑶. 大气温度垂直梯度τ变化分析

＝－0.8587℃/百米。

图2 气温垂直梯度随时间变化折线图

①. 从图1与表1可以看出，海拔高度在7000～8800m、10:00～14:00时间段内τ值趋于稳定。

②. 从气温垂直梯度τ随时间变化图（图2）可以看出：τ值在8:00～12:00时间段内迅速减小；12:00～14:00之间变化缓慢（基本上不变），14:00时达到最小；14:00以后又迅速增大。

2.2. 大气垂直折光系数k计算 ⑴．大气垂直折光系数k的计算公式

由于珠穆朗玛峰地区属于特高山区，在测定珠峰高程时只能采用单向三角高程测量，无法通过对向观测消弱大气垂直折光影响，因此，选用合适的大气垂直折光系数k的计算公式

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[2]

至关重要。经过选择、比较和实验，在几次珠峰测高中均选用了勃劳克斯（Brocks）公式，即

k 6.706

P1 H(3.42 )[1 (3.42 2 )]sinZ （2）

3TT2

式中：P为气压，以汞柱高度毫米（mm）为单位，T为地面测站处的绝对温度（K°）；τ为气温垂直梯度，以℃／百米为单位；△H为测站至珠峰的高差，以百米为单位；Z为测站至珠峰的观测天顶距。

勃劳克斯公式是假定视线通过“自由”大气层的条件下导出的，因此它适用于由较低测站向较高测站的单向三角高程测量。也就是说，适用于视线的绝大部分超过地面很高时的大气垂直折光系数k的计算。因此将式（2）应用于测站观测珠峰时计算k值，从理论上说是合理的。

在1966、1975、1992、1998年对珠峰测高的计算结果表明，观测距离在20km内，测站和珠峰间的高差与测站至珠峰的视线长度不相关[4]。这也从另一方面表明，式（2）算得的k值不具有系统性误差 …… 此处隐藏：3279字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……