“海里”的地理知識

任正瑛

海里的地理知識數不勝數，絕非一篇文章所能涵蓋。本文所指的“海里”，是個國際度量單位。中學生最早接觸這個單位，是在新課標高中地理選修二《海洋地理》中介紹的《聯合國海洋法公約》，該公約規(guī)定的領海、毗鄰區(qū)和專屬經濟區(qū)范圍，均以“海里”作單位。“海里”是怎么來的？為什么有公里、米等長度單位，還會出現“海里”？其實，“海里”蘊含著豐富的地理知識，需要我們去認知。

一、“海里”的來歷

近代以前的海上航行，由于在一望無際的大海上沒有參照物，對距離、速度、位置的測量是比較困難的。在經緯度被應用于航海之前，航行一般是靠星圖、羅盤定位。16世紀，航海儀器被發(fā)明出來，經緯度開始被加入到海圖中，1617年，荷蘭科學家斯內爾（Snell）以24024英里（38662.9公里）評估了地球的周長，之后的科學家們不斷地改進這一測量結果，使得海上導航的參照系越來越精確。

之所以將經緯度作為測量海距的依據，主要得益于數學和天文學的發(fā)展，人們發(fā)現用經緯度測量海距十分方便。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），就可簡易地測出當地的經緯度。為了計算方便，我們取春分日當天，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間（本初子午線標準時），在太陽處在正南時，假設此時手表顯示為15時，就說明船只所處經度比本初子午線偏西正好三個時區(qū)（每個時區(qū)的中心經線度數相差15°），即西經45°。

與此同時，水手在甲板上垂直地插上竹竿并固定住，再測量此時竹竿影子的長度，假設桿長與影長之比為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：此時船只正行駛在北大西洋中心偏西位置。與已知的陸地某點經緯度相對照，該水手會進一步知道：保持西偏北航向行駛，即將靠近紐芬蘭島東岸。人們根據一年中太陽直射點變化規(guī)律，利用更科學的工具，參照這種方法，在任意時點均可推算出當地的經緯度。

當時的人們認為地球是正球形的，那么地球的每條經線長度都相等，且等于赤道長度的一半。為了測算方便，人們將一條經線跨1分（1度等于60分，圓周為360度）緯度的距離計為1海里，“1海里”實際上是將地球每條經線平均切分為10800份（180×60）后每1份的長度，計作1 n mile。

二、“1海里”的長度

最早運用“海里”測量海距的船只，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分所對應的弧長，定義為海洋里的“1海里”。而事實上，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，古希臘天文學家托勒密根據前人測量結果，繪制了一份標有8000多個經緯度的地中海地圖，用于船只定位和確定航程。經過航海家的反復驗證，發(fā)現許多航線的距離存在偏差，從而發(fā)現了地球的單位經緯線長度并非完全相等，也就是說：地球的不同海域，“1海里”的長度是不一樣的。

但海上航行畢竟對距離的精確度要求不高，而且船員可以通過不間斷測量修正測量結果，更重要的是，用“海里”計量海距，通常情況下非常便捷實用，于是，人們擱置了“1海里”的精確長度問題。

現如今我們知道，地球子午圈是一個橢圓弧，它在不同緯度的曲率是不同的，因此，緯度1分所對應的經線弧長也是不相等的。曲率越大，緯度1分所對應的經線弧長越短，反之越長。也就是說，赤道附近緯度1分所對應的經線弧長最短，兩極附近最長。具體的說，赤道附近1海里長度為1843米，兩極1海里長度為1862米。我們知道，地球的平均半徑為6371300米，周長為：6371300米×2×3.14159=40032058米，那么1海里的平均長度應為40032058÷360÷60≈1853.3米。

現代航海的導航設備雖已十分發(fā)達，但由于“海里”已成為習慣性度量所用單位，因此被保留了下來。我國確定1海里的長度為1852米，這也是世界上大多數國家采用的標準。美國標準為1851.01米，英國標準為1854.55米，俄羅斯標準為1855.78米，不同的標準在比照時需要進行換算。

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，憑借著對星相、島嶼、水流、鳥類、海草、風勢等自然事物的辨認而測量方位，這種方法只能適用于靠近陸地的航行。后來，航海家使用簡單的儀器來測量天體角度，依靠天體定位，但在確定經度方面較為困難。即便在指南針和鐘表出現后，人們使用地球經緯網作為定位參照，但也受制于測量精度和地球真實形狀的影響，海上航行精準定位仍然比較困難。

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

經過精確測量并劃定大地平均水準面后（減少地形影響），人們發(fā)現，從遠距離看上去，地球形狀像一只梨子：它的赤道部分鼓起，是它的“梨身”;北極有點放尖，像個“梨蒂”;南極有點凹進去，像個“梨臍”，整個地球像個梨形的旋轉體。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，這個數字是地心到地球表面所有各點距離的平均值。據此可計算出地球赤道周長大約為40075公里，比用地球平均半徑計算出來的結果，大約增加45公里。如果仍然按傳統(tǒng)方法規(guī)定“海里”的長度，必將引起混亂。

1929年在摩納哥舉行的國際水文地理學會議（International Extraordinary Hydrographic Conference），將1海里定為1.852公里，以便于統(tǒng)一計算。各國領海的寬度是12海里，即22.224公里，按照《聯合國海洋公約》的規(guī)定，我國管轄的海域面積約300萬平方公里。

四、與“海里”相關的“節(jié)”和“鏈”

節(jié)（knot）是船員為測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節(jié)，逐步衍化為用“節(jié)”做船速的單位。1節(jié)=1海里/小時=0.514m/s，即船速為1節(jié)的船只每小時行駛1.852公里。相應地，海水流速、海上風速、魚雷等水中兵器等，其速度計量單位國際上也通用“節(jié)”。現代海船的測速儀已非常先進，有的隨時可以數字顯示，“拋繩計節(jié)”早已成為歷史，但“節(jié)”作為海船航速單位一直被沿用。我國首艘航母遼寧艦最快航速是29節(jié)，即每小時可航行53.7公里。

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