“海里”的地理知識(shí)

任正瑛

海里的地理知識(shí)數(shù)不勝數(shù)，絕非一篇文章所能涵蓋。本文所指的“海里”，是個(gè)國(guó)際度量單位。中學(xué)生最早接觸這個(gè)單位，是在新課標(biāo)高中地理選修二《海洋地理》中介紹的《聯(lián)合國(guó)海洋法公約》，該公約規(guī)定的領(lǐng)海、毗鄰區(qū)和專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍，均以“海里”作單位?！昂＠铩笔窃趺磥?lái)的？為什么有公里、米等長(zhǎng)度單位，還會(huì)出現(xiàn)“海里”？其實(shí)，“海里”蘊(yùn)含著豐富的地理知識(shí)，需要我們?nèi)フJ(rèn)知。

一、“海里”的來(lái)歷

近代以前的海上航行，由于在一望無(wú)際的大海上沒(méi)有參照物，對(duì)距離、速度、位置的測(cè)量是比較困難的。在經(jīng)緯度被應(yīng)用于航海之前，航行一般是靠星圖、羅盤(pán)定位。16世紀(jì)，航海儀器被發(fā)明出來(lái)，經(jīng)緯度開(kāi)始被加入到海圖中，1617年，荷蘭科學(xué)家斯內(nèi)爾（Snell）以24024英里（38662.9公里）評(píng)估了地球的周長(zhǎng)，之后的科學(xué)家們不斷地改進(jìn)這一測(cè)量結(jié)果，使得海上導(dǎo)航的參照系越來(lái)越精確。

之所以將經(jīng)緯度作為測(cè)量海距的依據(jù)，主要得益于數(shù)學(xué)和天文學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)用經(jīng)緯度測(cè)量海距十分方便。在地球上任何海域，只要有一只指南針、一只精確的鐘表、一根竹竿和一把卷尺（或者量角器），就可簡(jiǎn)易地測(cè)出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度。為了計(jì)算方便，我們?nèi)〈悍秩债?dāng)天，行駛在北大西洋的船只為例。水手配戴的手表顯示的是倫敦時(shí)間（本初子午線標(biāo)準(zhǔn)時(shí)），在太陽(yáng)處在正南時(shí)，假設(shè)此時(shí)手表顯示為15時(shí)，就說(shuō)明船只所處經(jīng)度比本初子午線偏西正好三個(gè)時(shí)區(qū)（每個(gè)時(shí)區(qū)的中心經(jīng)線度數(shù)相差15°），即西經(jīng)45°。

與此同時(shí)，水手在甲板上垂直地插上竹竿并固定住，再測(cè)量此時(shí)竹竿影子的長(zhǎng)度，假設(shè)桿長(zhǎng)與影長(zhǎng)之比為1（tanα=1，則α=45°），便可知該地是北緯45°（如圖1所示，角θ即為緯度）。

于是這位水手便知道：此時(shí)船只正行駛在北大西洋中心偏西位置。與已知的陸地某點(diǎn)經(jīng)緯度相對(duì)照，該水手會(huì)進(jìn)一步知道：保持西偏北航向行駛，即將靠近紐芬蘭島東岸。人們根據(jù)一年中太陽(yáng)直射點(diǎn)變化規(guī)律，利用更科學(xué)的工具，參照這種方法，在任意時(shí)點(diǎn)均可推算出當(dāng)?shù)氐慕?jīng)緯度。

當(dāng)時(shí)的人們認(rèn)為地球是正球形的，那么地球的每條經(jīng)線長(zhǎng)度都相等，且等于赤道長(zhǎng)度的一半。為了測(cè)算方便，人們將一條經(jīng)線跨1分（1度等于60分，圓周為360度）緯度的距離計(jì)為1海里，“1海里”實(shí)際上是將地球每條經(jīng)線平均切分為10800份（180×60）后每1份的長(zhǎng)度，計(jì)作1 n mile。

二、“1海里”的長(zhǎng)度

最早運(yùn)用“海里”測(cè)量海距的船只，大多是航行于大西洋和地中海的歐洲船只，他們將地球子午線上緯度1分所對(duì)應(yīng)的弧長(zhǎng)，定義為海洋里的“1海里”。而事實(shí)上，航海家們很早就知道地球的子午圈并非是規(guī)則的圓形。2000多年前，古希臘天文學(xué)家托勒密根據(jù)前人測(cè)量結(jié)果，繪制了一份標(biāo)有8000多個(gè)經(jīng)緯度的地中海地圖，用于船只定位和確定航程。經(jīng)過(guò)航海家的反復(fù)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)許多航線的距離存在偏差，從而發(fā)現(xiàn)了地球的單位經(jīng)緯線長(zhǎng)度并非完全相等，也就是說(shuō)：地球的不同海域，“1海里”的長(zhǎng)度是不一樣的。

但海上航行畢竟對(duì)距離的精確度要求不高，而且船員可以通過(guò)不間斷測(cè)量修正測(cè)量結(jié)果，更重要的是，用“海里”計(jì)量海距，通常情況下非常便捷實(shí)用，于是，人們擱置了“1海里”的精確長(zhǎng)度問(wèn)題。

現(xiàn)如今我們知道，地球子午圈是一個(gè)橢圓弧，它在不同緯度的曲率是不同的，因此，緯度1分所對(duì)應(yīng)的經(jīng)線弧長(zhǎng)也是不相等的。曲率越大，緯度1分所對(duì)應(yīng)的經(jīng)線弧長(zhǎng)越短，反之越長(zhǎng)。也就是說(shuō)，赤道附近緯度1分所對(duì)應(yīng)的經(jīng)線弧長(zhǎng)最短，兩極附近最長(zhǎng)。具體的說(shuō)，赤道附近1海里長(zhǎng)度為1843米，兩極1海里長(zhǎng)度為1862米。我們知道，地球的平均半徑為6371300米，周長(zhǎng)為：6371300米×2×3.14159=40032058米，那么1海里的平均長(zhǎng)度應(yīng)為40032058÷360÷60≈1853.3米。

現(xiàn)代航海的導(dǎo)航設(shè)備雖已十分發(fā)達(dá)，但由于“海里”已成為習(xí)慣性度量所用單位，因此被保留了下來(lái)。我國(guó)確定1海里的長(zhǎng)度為1852米，這也是世界上大多數(shù)國(guó)家采用的標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為1851.01米，英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)為1854.55米，俄羅斯標(biāo)準(zhǔn)為1855.78米，不同的標(biāo)準(zhǔn)在比照時(shí)需要進(jìn)行換算。

三、“海里”的發(fā)展

“海里”隨航海而誕生，又是隨著航海的發(fā)展而發(fā)展。最早期的航海者，憑借著對(duì)星相、島嶼、水流、鳥(niǎo)類、海草、風(fēng)勢(shì)等自然事物的辨認(rèn)而測(cè)量方位，這種方法只能適用于靠近陸地的航行。后來(lái)，航海家使用簡(jiǎn)單的儀器來(lái)測(cè)量天體角度，依靠天體定位，但在確定經(jīng)度方面較為困難。即便在指南針和鐘表出現(xiàn)后，人們使用地球經(jīng)緯網(wǎng)作為定位參照，但也受制于測(cè)量精度和地球真實(shí)形狀的影響，海上航行精準(zhǔn)定位仍然比較困難。

隨著導(dǎo)航定位電子化和電子海圖信息系統(tǒng)的出現(xiàn)，“海里”越來(lái)越走向精準(zhǔn)化，特別是全球定位系統(tǒng)（GPS）在全球范圍內(nèi)全天候地為海上用戶提供三維定位，加上中國(guó)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等別的系統(tǒng)相繼加入，全球定位已經(jīng)帶動(dòng)航海業(yè)發(fā)生了劃時(shí)代的變革（如圖2所示）。

經(jīng)過(guò)精確測(cè)量并劃定大地平均水準(zhǔn)面后（減少地形影響），人們發(fā)現(xiàn)，從遠(yuǎn)距離看上去，地球形狀像一只梨子：它的赤道部分鼓起，是它的“梨身”;北極有點(diǎn)放尖，像個(gè)“梨蒂”;南極有點(diǎn)凹進(jìn)去，像個(gè)“梨臍”，整個(gè)地球像個(gè)梨形的旋轉(zhuǎn)體。從地心到北極或南極的距離大約6356.9公里（兩極的差極小，可以忽略）;從地心到赤道的距離大約6377.8公里;地球平均半徑大約6371.4公里，這個(gè)數(shù)字是地心到地球表面所有各點(diǎn)距離的平均值。據(jù)此可計(jì)算出地球赤道周長(zhǎng)大約為40075公里，比用地球平均半徑計(jì)算出來(lái)的結(jié)果，大約增加45公里。如果仍然按傳統(tǒng)方法規(guī)定“海里”的長(zhǎng)度，必將引起混亂。

1929年在摩納哥舉行的國(guó)際水文地理學(xué)會(huì)議（International Extraordinary Hydrographic Conference），將1海里定為1.852公里，以便于統(tǒng)一計(jì)算。各國(guó)領(lǐng)海的寬度是12海里，即22.224公里，按照《聯(lián)合國(guó)海洋公約》的規(guī)定，我國(guó)管轄的海域面積約300萬(wàn)平方公里。

四、與“海里”相關(guān)的“節(jié)”和“鏈”

節(jié)（knot）是船員為測(cè)船速而使用的速度單位。船只每走1海里，船員就在放下的繩子上打一個(gè)節(jié)，逐步衍化為用“節(jié)”做船速的單位。1節(jié)=1海里/小時(shí)=0.514m/s，即船速為1節(jié)的船只每小時(shí)行駛1.852公里。相應(yīng)地，海水流速、海上風(fēng)速、魚(yú)雷等水中兵器等，其速度計(jì)量單位國(guó)際上也通用“節(jié)”?，F(xiàn)代海船的測(cè)速儀已非常先進(jìn)，有的隨時(shí)可以數(shù)字顯示，“拋繩計(jì)節(jié)”早已成為歷史，但“節(jié)”作為海船航速單位一直被沿用。我國(guó)首艘航母遼寧艦最快航速是29節(jié)，即每小時(shí)可航行53.7公里。

“鏈”是航海計(jì)量短距離的單位，1鏈等于1/10海里，代號(hào)是英文“Cable”的詞頭，用“Cab”作為單位符號(hào)。