珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究

11珠峰高程测量大气垂直折光系数的研究【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2021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拟，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ResearchonAtmosphericverticalrefractionindexintheHeightDeterminationofQomolangmaFengAbstract:AtmosphericverticalrefractionisoneoftheimportantfactorsthataffecttheheightdeterminationofQomolangmaFeng.ThistextMakeuseofthedataof2021heightdeterminationofQomolangmaFeng,Implementthedetailedanalysisandresearchtothecalculationprinciple,methodanditschangestheregulationofatmospheretemperatureverticalgradientandatmosphericverticalrefraction,andcarriedoncomprehensiveanalysisthatcombinedtheresultsof1975and2021,asaresultthattheyallexisttheperiodvarietyoftheday,accordingtostudiedresulttotheirvarietytrend，andimprovedtheComputeaccuracyofQomolangmaFengHeight.Keywords:QomolangmaFeng;HeightDetermination;Atmospheretemperatureverticalgradient;Atmosphericverticalrefraction

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，2021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2021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的测定和处理是至关重要的。2．2021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τ⑴.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，2021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、12:00⑵.大气温度垂直梯度τ的计算=1\*GB3①.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12021年珠峰高程测量5月=2\*GB3②.τ值计算计算公式：（1）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。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2021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：2021年5月22日珠峰高程测量气温垂直梯度τ(℃/百米)表12021年5月22日珠峰高程测量气温垂直梯度τ(℃/百米)时间海拔高(m)8:0010:0012:0014:0020:005600～58005800～60006000～62006200～64006400～66006600～68006800～70007000～72007200～74007400～76007600～78007800～80008000～82008200～84008400～86008600～88008800～9000平均2021年5月22日8:00～20:00平均值τ均＝－℃/百米。=3\*GB2⑶.大气温度垂直梯度τ变化分析图2气温垂直梯度随时间变化折线图=1\*GB3①.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\*GB3②.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=1\*GB2⑴．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，选用适宜的大气垂直折光系数k的计算公式至关重要。经过选择、比拟和实验，在几次珠峰测高中均选用了勃劳克斯（Brocks）公式[2]，即（2）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、2021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。因此，从实际试验也表明，勃劳克斯公式算得的k值能较好的表示向珠峰方向观测的大气垂直折光的平均状态。=2\*GB2⑵．计算K值时值取用原则2021年珠峰高程测量由于受外界环境的限制，只在5月22日8:00、10:00、12:00、14:00、20:00五个时刻释放了五次探空气球进行高空探候，而本次垂直角（天顶距）观测是从5月22日10:00～5月23日20:00这段时间进行的。考虑到值因时间的不同而出现的差异（见大气温度垂直梯度τ变化分析=2\*GB3②根据垂直角（天顶距）观测时间，5月22日上午（12:00以前）观测的取5月22日8:00、10:00、12:00三个时间段的值的平均值（），下午（12:00以后）观测的取5月22日12:00、14:00、20:00三个时间段的值的平均值（）；5月22日以后观测的采用=3\*GB2⑶．K值变化特征2021年珠峰高程测量计算了6个点至珠峰的大气垂直折光系数k值，现以东绒2这点至珠峰的大气垂直折光系数k值变化为例说明K值变化特征。图32021年5月23日东绒2至珠峰的大气垂直折光系数k值变化折线图从图3可以看出，k值存在周日变化，它总的趋势是：从当地时间9:00开始至12:00，k值由大变小，变化剧烈；12:00至16:00，k值由大缓慢变小，达最小值；16:00至18:00，k值由最小值缓慢变大；18:00至19:00，k值由小变大，变化较剧烈，19:00至20:00，k值由小缓慢变大，20:00以后k值趋于稳定。因此垂直角（天顶距）观测时间宜在12:00以后进行观测。=4\*GB2⑷．K值计算K值计算：用（2）式分别计算各测站至珠峰的K值，在2021年5月22～23日各个站至珠峰的K平均值为。3．几次珠峰高程测量大气温度垂直梯度τ和大气垂直折光系数K变化分析（1）1975、1992年珠峰高程测量中τ值变化图41975年5月各天τ日平均值及τ周平均值变化折线图图51992年9月各天τ日平均值变化折线图从图4、图5可以看出τ值存在周、日变化。周平均变化达4℃／百米；同一周内日最大变化也达4气周期，分别计算τ值来推算大气垂直折光系数，否则将导致测高成果的系统畸变。（2）几次珠峰高程测量不同观测时间τ平均值与K平均值变化下面绘制了1975年、1992年、2021年几次珠峰高程测量不同观测时间τ平均值与K平均值变化折线图。从图6可以看出：不同观测时间τ平均值与K平均值均存在周、日变化，k值的周日变化幅度△k小于，不同年代同一月份τ平均值与K平均值变化较小（如1975年与2021年）。图6τ平均值(℃/百米)变化折线图K平均值变化折线图

4．结论⑴．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。因此计算τ值的高度区间宜从离地面500m以上至9000m（海拔高度）。⑵．大气温度垂直梯度τ值存在周日变化，它总的趋势是：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。⑶．大气垂直折光系数k值存在周日变化，它总的趋势是：从当地时间9:00开始至12:00，k值由大变小，变化剧烈；12:00至16:00，k值由大缓慢变小，达最小值；16:00至18:00，k值由最小值缓慢变大；18:00至19:00，k值由小变大，变化较剧烈，19:00至20:00，k值由小缓慢变大，20:00以后k值趋于稳定。⑷．珠峰地区三角高程测量宜在北京时间12:00—18:00内进行。⑸．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，因此，至珠峰方向的大气垂直折光系数k宜用勃劳克斯公式计算。⑹．计算k值时的τ值应该为化算到与天顶距观测时间相应之τ值。⑺．在天顶距观测时间范围内每天从10:00开始每隔2h释放一次探空气球。

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论大学生写作能力写作能力是对自己所积累的信息进行选择、提取、加工、改造并将之形成为书面文字的能力。积累是写作的基础，积累越厚实，写作就越有基础，文章就能根深叶茂开奇葩。没有积累，胸无点墨，怎么也不会写出作文来的。写作能力是每个大学生必须具备的能力。从目前高校整体情况上看，大学生的写作能力较为欠缺。一、大学生应用文写作能力的定义那么，大学生的写作能力究竟是指什么呢？叶圣陶先生曾经说过，“大学毕业生不一定能写小说诗歌，但是一定要写工作和生活中实用的文章，而且非写得既通顺又扎实不可。”对于大学生的写作能力应包含什么，可能有多种理解，但从叶圣陶先生的谈话中，我认为：大学生写作能力应包括应用写作能力和文学写作能力，而前者是必须的，后者是“不一定”要具备，能具备则更好。众所周知，对于大学生来说，是要写毕业论文的，我认为写作论文的能力可以包含在应用写作能力之中。大学生写作能力的体现，也往往是在撰写毕业论文中集中体现出来的。本科毕业论文无论是对于学生个人还是对于院系和学校来说，都是十分重要的。如何提高本科毕业论文的质量和水平，就成为教育行政部门和高校都很重视的一个重要课题。如何提高大学生的写作能力的问题必须得到社会的广泛关注，并且提出对策去实施解决。二、造成大学生应用文写作困境的原因：（一）大学写作课开设结构不合理。就目前中国多数高校的学科设置来看，除了中文专业会系统开设写作的系列课程外，其他专业的学生都只开设了普及性的《大学语文》课。学生写作能力的提高是一项艰巨复杂的任务，而我们的课程设置仅把这一任务交给了大学语文教师，可大学语文教师既要在有限课时时间内普及相关经典名著知识，又要适度提高学生的鉴赏能力，且要教会学生写作规律并提高写作能力，任务之重实难完成。（二）对实用写作的普遍性不重视。“大学语文”教育已经被严重地“边缘化”。目前对中国语文的态度淡漠，而是呈现出全民学英语的大好势头。中小学如此，大学更是如此。对我们的母语中国语文，在大学反而被漠视，没有相关的课程的设置，没有系统的学习实践训练。这其实是国人的一种偏见。应用写作有它自身的规律和方法。一个人学问很大，会写小说、诗歌、戏剧等，但如果不晓得应用文写作的特点和方法，他就写不好应用文。（三）部分大学生学习态度不端正。很多非中文专业的大学生对写作的学习和训练都只是集中在《大学语文》这一门课上，大部分学生只愿意被动地接受大学语文老师所讲授的文学经典故事，而对于需要学生动手动脑去写的作文，却是尽可能应付差事，这样势必不能让大学生的写作水平有所提高。（四）教师的实践性教学不强。学生写作能力的提高是一项艰巨复杂的任务，但在教学中有不少教师过多注重理论知识，实践性教学环节却往往被忽视。理论讲了一大堆，但是实践却几乎没有，训练也少得可怜。阅读与写作都需要很强的实践操作，学习理论固然必不可少，但是阅读方法和写作技巧的掌握才是最重要的。由于以上的原因，我们的大学生的写作水平着实令人堪忧，那么如何走出这一困境，笔者提出一些建议，希望能对大学生写作水平的提高有所帮助。三、提高大学生应用写作能力的对策（一）把《应用写作》课设置为大学生的必修课。在中国的每一所大学，《应用写作》应该成为大学生的必修课。因为在这个被某些人形容为实用主义、功利主义甚嚣尘上的时代，也是个人生存竞争最激烈的时代，人们比任何时代都更需要学会写作实用性的文章，比如职场竞争中的求职信，生活中的财经文书、法律文书等，以提高个人的生存竞争能力。（二）端正大学生的学习态度。首先，要让大学生充分认识到实用写作课的重要性，这门课关乎到他人生的每一个方面，诸如就职，求爱，理财，人际交往等，是他终生都需要使用的一些基础性的知识，也是他必备的一项生存技能。其次，实用写作有它自身的