美国变得越来越短，地图制作者竞相跟上

身高就是身高，对吗？看看曼哈顿的摩天大楼，或者华盛顿纪念碑，或者加利福尼亚州的一座山峰，你会想象明天它会和今天一样高。

但在整个美国，建筑、地标、山谷、丘陵和几乎所有其他东西的高度都即将改变，至少在平均海平面方面是这样。大多数都会变短。根据国家大地测量局(National Geodetic Survey)主任朱莉安娜·P·布莱克韦尔(Juliana P.Blackwell)的说法，太平洋西北部的部分地区将缩小多达5英尺，阿拉斯加的部分地区将缩小6.5英尺。西雅图将比现在低4.3英尺。

这是因为高度只是与参考点相比的高度-测地仪计算地球随着时间的推移在空间中的形状、大小、重力场和方位，正在重新定义参考点或垂直基准，从中得出高度。这是一项极其困难的数学和物理任务，一旦完成，将需要15年的时间才能完成。

澳大利亚悉尼新南威尔士大学(University Of New South Wales)大地测量学名誉教授克里斯·里佐斯(Chris Rizos)是国际大地测量和地球物理联合会当选主席，他说，“就美国目前的规模而言，这是一件大事。”他是国际大地测量和地球物理联合会候任主席，也是澳大利亚悉尼新南威尔士大学(University Of New South Wales)的大地测量学荣休教授。

这项名为“高度现代化”的大调整是美国国家海洋和大气管理局(NOAA)内部更广泛努力的一部分，目的是更准确地确定美国在地球上的实际位置和位置。布莱克韦尔说，这个新的国家空间参考系统涵盖了高度、纬度、经度和时间，预计将在2022年末或2023年推出。它将取代20世纪80年代略有歪斜的参考系，这些参考系是从超级计算机或全球导航卫星系统(如GPS)出现之前进行的计算得出的。

当一个人从东南向西北沿对角线穿过这个国家时，高度误差会被放大。预计美国为数不多的几个要么保持不变，要么略有上升的地区之一将是佛罗里达州的脚趾。布莱克韦尔说，“这真的是一种倾斜，表明我们垂直网络中所有累积的误差都被推到了西北部。”

但长期以来，身高一直与自负捆绑在一起。布莱克韦尔说，一些科罗拉多州人担心，在新的高度系统下，他们的几座山峰会跌破吹嘘的门槛。

她说：“他们对这些东西有多高感到非常自豪，我知道如果它们开始比之前想象的短一点，那将会有点令人沮丧。”她补充说，她还不确定科罗拉多州山峰的新测量结果会是什么。

在德克萨斯州博蒙特附近，居民们正在努力应对这个不受欢迎的消息，因为自从之前的高度计算以来，某些地区已经下沉太多，以至于这些地区现在位于泛滥平原上。因此，一些土地所有者现在可能需要为洪水造成的损失投保，NOAA首席地质止痛师丹尼尔·R·罗曼(Daniel R.Roman)说。“他们不想知道高度已经改变了，”他说，“因为当他们绘制滩地地图时，他们会说，‘嗯，我就是这个高度--它没有改变。’”

自1807年以来，美国一直在测量自己的高度，当时的总统托马斯·杰斐逊(Thomas Jefferson)成立了国家大地测量局(National Geodetic Survey)的前身--海岸调查局(Survey Of The Coast)，用来绘制东海岸的水域和海岸图。这项调查是美国第一个民用科学机构，目的是让航运更安全。

随着这个国家在19世纪向西扩张，使用海岸线作为零海拔参考点的测量也是如此。测量员在旅行时在陆地上种植金属基准，描述每个点的海拔高度，通常是一英里接一英里。任何想要测量建筑物或小山高度的人都会相对于基准测量它，并间接测量到海平面。

这一过程被称为大地水准测量，这是一项艰苦而昂贵的工作。其基本原理是确保随着时间的推移，在全国范围内以相同的方式测量身高，而不是每个县或州都有自己的系统。例如，如果来自两个州的工程师正在建造一座跨越州界的桥梁，他们需要知道它会在中间相遇。

到了1900年，大地测量学变得更加复杂。大地测量仪没有使用海岸线作为海平面的替代物，而是根据潮汐读数开发了一个代表海平面的数学模型。自那以后，他们已经五次调整了身高参考，分别是1903年、1907年、1912年、1929年和1988年。1988年的模式仍然是美国和墨西哥的标准。

但国家大地测量局(National Geodetic Survey)前主任、大地测量学家大卫·B·齐尔科斯基(David B.Zilkoski)表示，1988年的版本缺乏加州以及德克萨斯州和北卡罗来纳州部分地区的准确信息。这是因为，由于构造板块活动和地下石油、天然气和水的清除，那里的地壳已经有了相当大的上下移动。

齐尔科斯基决定，解决方案可能是使用全球导航卫星系统技术，如GPS，这些技术当时正开始扩散。GPS在精确定位你在平面二维系统中的位置方面非常出色-比如，在银行街和花园大道的拐角处。但它也能告诉你你在一个三维世界的什么地方：银行街和海拔40英尺的花园大道。泽尔科斯基说，到20世纪90年代中期，利用GPS实现高度现代化的目标已经流行起来。

它的优点是既便宜又容易。卫星，因此全球定位系统，测量的高度相对于被称为椭球体的平滑的地球形状的数学近似。(想象一个篮球在顶部和底部被挤压。)

但是有一个很大的问题。“GPS对重力知之甚少，”纽约哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球天文台的地球物理学家詹姆斯·L·戴维斯(James L.Davis)说。

重力对大地观测学家来说很重要。高度是沿着重力点方向测量的距离，引力的强度和方向根据地形下方和附近的密度而变化。换句话说，高度不仅仅是离地面的距离或高度；它与重力息息相关。重力反过来又与质量的分布有关。因此，测地仪使用术语“高度”而不是“高度”。

戴维斯博士说，“每当我就地心引力进行公开演讲时，一半的内容都是让他们以不同的方式思考这个问题。”

因此，仅由GPS测量的高度可能会严重不准确。只使用GPS铺设管道，而没有测量重力影响的局部变化的工程师，可能不会让水流向它应该去的地方。

但是，对引力场进行非常详细的测量，以便将它们计入GPS捕获的高度，这不是一项小任务。2007年，美国国家大地测量局(National Geodetic Survey)启动了一项雄心勃勃的任务-GRAV-D，即重新定义美国垂直基准的重力-D(Grav-D)，以实现这一目标。

然后大地测量仪将使用这些重力读数来制作一个模型，最好地代表世界各地的平均海平面，即使是陆地上的平均海平面。因为引力在每个地方都不同，所以这个被称为大地水准面的模型就像一个块状的土豆。所有的高度将在随后进行测量，并将其考虑在内。

国家大地测量局的布莱克韦尔说，一旦新的高度系统就位，人们将发现它意想不到的用途。她引用了“杰森一家”(The Jetsons)，这是一部20世纪60年代的未来主义电视情景喜剧，卡通人物乘坐微型宇宙飞船在各自的城市里飞驰。潜在的技术-快速准确地计算高度和其他位置坐标的能力-在当时是不可想象的。今天，随着无人机、自动驾驶汽车和遥控空中系统的激增，在三维空间精确导航的能力变得至关重要。“我认为它很快就会被采用，”她说。

即使测地仪在计算地球形状方面做得越来越好，人类也在改变它。当我们使地球变暖时，我们正在融化冰川和冰原。它们的质量从陆地转移到海洋，升高海平面，最终改变高度，以海平面作为零海拔的基准。质量的转移也会对行星的形状产生影响。

哥伦比亚大学的戴维斯博士说：“地球表面的质量向下挤压地球，实际上改变了地球的形状。”

实际上，通过气候变化，我们的物种正在改变整个星球的重力。戴维斯博士说，“我们是通过在大气中进行化学变化来实现这一点的，这些变化会导致物质移动。”“现在的质量是巨大的。它在大地水准面的形状上很明显。这在地球自转过程中也很明显。“。

戴维斯博士和其他科学家正在争先恐后地研究如何更准确地计算人类足迹在未来几年的影响。

“几百年前，这一切都是关于地球的形状，”他说。“现在的问题是：我们能否测量地球不断变化的形状，冰川中的质量数量，以及它来自哪里，足够好地预测未来几年这个地方会发生什么？我们在赛跑。“