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如何测算当地经纬度

第一部分理论依据
  要测量当地的经纬度,首先我们应了解一下什么是经线和纬线。
  经线就是连通南北两极并同纬线垂直相交的线。通过观察可知,所有的经线都是半圆状,长度都相等,都指示南北方向。地球上的零度经线叫做本初子午线。从本初子午线向东、向西各分为180°,以东的180°属于东经,习惯上用"E"做代号;以西180°属于西经,习惯上用"W"作代号,而各国共同商定,以通过英国伦敦格林尼治天文台原址的经线作为0度经线。
  纬线就是在地球上顺着东西方向,环绕地球一周的圆圈。通过观察可知,所有的纬线都是圆,可称为纬线圈,纬线圈的长度有短有长,赤道最长,往两极逐渐缩短,最后成一点,纬线都指示东西方向。赤道是地球上最长的纬线,长约4万千米,它与两极之间的距离相等,把地球分为南北两半球,赤道是地球上的零度纬线,赤道以北的纬度叫北纬,习惯上用"N"作代号,赤道经南的纬度叫南纬,习惯上用"S"作代号。北纬、南纬各有90度,北极和南极分别是90°N和90°S。
一、纬度测量的理论依据
  方法一:利用二分二至日正午的太阳高度角
  我们已经知道,地球绕太阳公转,由于地轴倾斜,地轴与公转轨道平面始终保持66°34′的夹角,这样才引起太阳直射点在南北纬23°26′之间往返移动,并决定了太阳光可直射的范围:春、秋分日(北半球)太阳直射赤道——直射点的纬度为0°。冬至日(北半球)太阳直射南回归线——即直射点的纬度为23°26′S。夏至日(北半球)太阳直射北回归线——即直射点的纬度为23°26′N。
  如果我们知道某地的二分二至日正午太阳的高度角的大小,依据下面这个公式就可以计算出此地的纬度大小。
  正午太阳高度的计算公式为:H=90°-|φ-δ|
  式中H为正午太阳高度,φ为当地地理纬度,δ为太阳直射点的纬度,在测量时,当地地处北半球,在夏至日时,δ取正、冬至日时取负。

例如:在冬至日测北半球某地的正午太阳高度为35°26′,求当地的地理纬度。
  H=90°-│φ-(-23°26′)│=35°34′ ∴φ=31°

  在春、秋日时,δ=0°,夏至日δ=23°26′N,冬至日时δ=23°26′S,所以在二分二至时测得当地正午太阳高度,就可计算出当地的地理纬度。

  方法二:测量北极星的仰角。
  因为地球在自转和公转的同时,地轴总是指向北极星附近,一般来说,这是不会改变的,当地地处北半球,理论上在晴朗的夜晚可以观察到北极星。
  设D为地球北半球任意一点,N为北极点,BC为赤道面,北极星在BN的延长线上。
  ∵AB⊥BC
  ∴∠BAD+∠C=90°
  ∵AC是圆B的切线
  ∴∠C+∠DBC=90°
  ∴∠BAD=∠DBC
  ∵AB∥ED
  ∴∠BAD=∠α∴∠α=∠β
  这就是说,北半球某地的地理纬度等于当地观测北极星仰角的度数。

  二、经度测量的理论依据。
  由于地球自西向东自转,在同纬度地区,相对位置偏东的地点,要比位置偏西的地点先看到日出,这样时刻就有了早迟之分。显然偏东地区的时刻要早一些。因经度而不同的时刻,统称为地方时,经度每隔15°,地方时相差一小时;经度每隔1°,地方时相差4分钟;经度每隔1′,地方时相差4秒钟,经度上的微小差别,都能造成相应的地方时差。
  例如:某地地方时比东八区区时早20分钟,求该地的地理经度。
  此地比东八区早20分钟,即此地东经120°以东20/4度,即该地是东经125°。
  当地采用北京时间,所谓北京时间,是我国为了便于不同地区的联系和协调,全国目前采用了北京所在东八区的区时,即东经120°的地方时。知道 当地的地方时与北京时间的时差,就可以知道经度数,于是就能求出当地的地理经度。

第二部分测量器材
  水平仪 直杆(1米长) 秒表 皮尺 测角器

第三部分测量步骤
  一、利用正午太阳高度测纬度。
  1、分别在二分二至日的晴天,找一块平地,在地中间立一直杆。利用水平仪,使直杆与水平地面垂直。
  2、观测一天之中,直杆的影长,取其最短的影长,即当地正午直杆的影长,用皮尺量出此时影长的长度。
  3、利用测量得的数据按照公式计算出纬度的大小。
  为了使得计算出的纬度比较精确,应多测几组,取其平均数。

  二、利用北极星测纬度
  1、找一块平地,利用水平尺使地面较平整。
  2、在晚上看到北极星的时候,用量角器测出北极星的仰角。
  测出的仰角就是该地的纬度,为了使得测量出的数据比较精确,就多测几次。(因为本地区位于山区谷地,往往晴朗的夜晚看不到北极星,这只是从理论上说明测量方法)

  三、利用地方时和区时之间的差值测经度。
  1、用秒表设定北京时间。
  2、晴天找一块平地,在地中间立一直杆,用水平尺,使其直杆与水平地面垂直。
  3、观测太阳光照射出直杆的影长最短时,即当地地方时为十二点,看秒表北京时间是什么时间。
  4、计算时差,得出经度数,从而得出当地经度。
当地午(地方时12点正)时的北京时间、时差、经度数、测量表。

在地上立一根杆子,不断的画出它的影子。当影子最短时,记录下此时影子的方向。这是正北方向。测量此时影子和杆子的长度,用三角函数算出太阳仰角,再考虑测量日距离春(秋)分和夏(冬)至的日期数,用三角插值算出当日太阳直射点纬度,附加后即可得出当地纬度值。因为北极星不严格在北极点,所以用测量北极星仰角得纬度会有大约半度的误差。另外,得到正北方向后,记录太阳过正南方向时的时间,因为北京时间用的是东经120度的时间,用记录的时间和12时整的时间差就可以得出经度了。­

●用仪器测量●

在计时器的帮助下,还可以利用六分仪,根据星空中某一恒星的位置来确定当前方位。水手通过选定一颗恒星,测量它的高度角,查表可以计算出当前时刻在这样的高度角看到这颗恒星应该在哪个位置,由此可以知道自己当前位于哪个圆上。再选取另一颗恒星,如法炮制,可以画出当前位置的另一个圆,两圆有两个交点,但是因为相距很远,根据航海日志可以知道现在在两个交点中的哪个上。实在不行还可以再选取一颗星,三圆只有一个交点,这个交点就是当前位置。­

●自己总结●正确与否还得核算:春秋分时90度-正午太阳高度角=当地纬度。冬至时把结果加23度26分,夏至时把结果减23度26分,也就是说太阳直射点从赤道,往南移多少度结果就加多少,往北移多少度结果就减多少。­

£心血来潮又总结有待核算:在北半球,春秋分时,用1米木棍量出一天中最短的影子,那这条最短的影子应该可以直接换算成纬度,如果直射点往南移应该加上移的度数,往北移减去移的度数。­

●手表辩方向●

将你所处的时间除以 2,再在表盘上找出商数的相应位置,然后将这个数字对准太阳,表盘上"12"点所指的方向就是北方。如上午10点,除以2,商为5。将表盘上的"5"对准太阳,"12"的方向即为北方。北方一旦确定,其他方向就一目了然了。如果是在下午则应按24小时记时法计算。如下午 4点,就要按16点计算。用这种方法求方向不亚于指南针的准确度。
另一种方法:时针和12点角平分线方向对着太阳,12点指南.

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