Широта земли. Что такое широта и долгота в географии?

Что такое географические координаты: широта и долгота

Определить местоположение точки на планете Земля, как и на любой другой планете сферической формы, возможно с помощью географических координат – широты и долготы. Пересечения под прямым углом кругов и дуг создают соответствующую сетку, что позволяет однозначно определить координаты. Наглядный пример – обыкновенный школьный глобус, разлинованный горизонтальными кругами и вертикальными дугами. О том, как пользоваться глобусом будет рассказано ниже.

Данная система измеряется в градусах (градус угла). Угол рассчитывается строго от центра сферы до точки на поверхности. Относительно оси, градус угла широты рассчитывается по вертикали, долготы – по горизонтали. Для вычисления точных координат существуют специальные формулы, где не редко встречается еще одна величина – высота, которая служит в основном для представления трехмерного пространства и позволяет производить вычисления для определения положения точки относительно уровня моря.

Широта и долгота – термины и определения

Земная сфера разделена воображаемой горизонтальной линией на две равные части света – северное и южное полушария – на положительный и отрицательный полюса соответственно. Так введены определения северной и южной широт. Широта представляется в виде параллельных относительно экватора кругов, называемых параллелями. Сам экватор со значением 0 градусов выступает отправной точкой для измерений. Чем ближе параллель к верхнему или нижнему полюсу, тем меньше ее диаметр и тем выше или ниже угловой градус. Например, город Москва расположен на 55-м градусе северной широты, что определяет местонахождение столицы как приблизительно равноудаленное и от экватора, и от северного полюса.

Меридиан – так называется долгота, представляемая в виде вертикальной дуги строго перпендикулярной кругам параллели. Сфера разделена на 360 меридианов. Точкой отсчета является нулевой меридиан (0 градусов), дуги которого проходят по вертикали через точки северного и южного полюсов и распространяются в восточном и западном направлениях. Таким образом определяется угол долготы от 0 до 180 градусов, вычисляемый значениями от центра до крайних точек к востоку или югу.

В отличие от широты, точкой отсчета которой служит экваториальная линия, любой меридиан может быть нулевым. Но для удобства, а именно удобства отсчета времени, определили гринвичский меридиан.

Географические координаты – место и время

Широта и долгота позволяют назначать тому или иному месту на планете точный географический адрес, измеряемый градусами. Градусы, в свою очередь, делятся на меньшие величины, такие как минуты и секунды. Каждый градус дробится на 60 частей (минут), а минута – на 60 секунд. На примере Москвы запись выглядит так: 55° 45′ 7″ N, 37° 36′ 56″ E или 55 градусов, 45 минут, 7 секунд северной широты и 37 градусов, 36 минут, 56 секунд южной долготы.

Интервал между меридианами составляет 15 градусов и около 111 км по линии экватора – такое расстояние Земля, вращаясь, проходит за один час. Для полного оборота, составляющего сутки, потребуется 24 часа.

Используем глобус

Модель Земли точно передана на глобусе с реалистичной прорисовкой всех материков, морей и океанов. В качестве вспомогательных линий проведены на карте глобуса параллели и меридианы. Практически любой глобус имеет в своей конструкции серпообразную меридиану, которая устанавливается на основании и служит вспомогательным мерилом.

Меридианная дуга оснащена специальной градусной шкалой, по которой определяется широта. Долготу можно узнать посредством еще одной шкалы – обруча, горизонтально установленного на уровне экватора. Отметив пальцем искомое место и вращая глобус вокруг своей оси к вспомогательной дуге, фиксируем значение широты (в зависимости от местонахождения объекта она окажется либо северной, либо южной). Затем отмечаем данные шкалы экватора в месте ее пересечения с меридианной дугой и определяем долготу. Узнать – восточная это или южная долгота, можно только относительно нулевого меридиана.

Читайте также:  Как выглядят следы. Следы животных. Полевой определитель

Широта — Latitude

Эта статья о географической справочной системе. Для использования в других целях, см Широта (значения) .
географическая координата, указывающая положение север-юг

Координатная сетка на Земле в качестве сферы или эллипсоида . Линии от полюса к полюсу — это линии постоянной долготы или меридианы . Окружности, параллельные экватору, представляют собой линии постоянной широты или параллели . Сетка показывает широту и долготу точек на поверхности. В этом примере меридианы расположены с интервалом 6 °, а параллели — с интервалом 4 °.

В географии , широта является географическая координата , которое указывает на север — юг положение точки на поверхности Земли. Широта — это угол (определенный ниже), который колеблется от 0 ° на экваторе до 90 ° (север или юг) на полюсах. Линии постоянной широты или параллели проходят с востока на запад в виде окружностей, параллельных экватору. Широта используется вместе с долготой для указания точного местоположения объектов на поверхности Земли. Сам по себе термин широта следует понимать как геодезическую широту. как определено ниже. Вкратце, геодезическая широта в точке — это угол, образованный вектором, перпендикулярным (или нормальным ) к эллипсоидальной поверхности от этой точки и экваториальной плоскости. Также определены шесть дополнительных широт , которые используются в специальных приложениях.

Предварительные мероприятия

При определении широты и долготы используются два уровня абстракции. На первом этапе физическая поверхность моделируется геоидом — поверхностью, которая приблизительно соответствует среднему уровню моря над океанами и его продолжению под сушей. Второй шаг состоит в аппроксимации геоида с помощью математически простой опорной поверхности. Самый простой выбор для опорной поверхности является сфера , но геоида более точно моделируется эллипсоида. Определения широты и долготы на таких опорных поверхностях подробно описаны в следующих разделах. Линии постоянной широты и долготы вместе образуют координатную сетку на опорной поверхности. Широта точки на реальной поверхности — это широта соответствующей точки на эталонной поверхности, причем соответствие идет по нормали к эталонной поверхности, которая проходит через точку на физической поверхности. Широта и долгота вместе с некоторыми характеристиками высоты составляют географическую систему координат, как определено в спецификации стандарта ISO 19111.

Поскольку существует множество различных справочных эллипсоидов , точная широта объекта на поверхности не является уникальной: это подчеркивается в стандарте ISO, который гласит, что «без полной спецификации системы отсчета координат координаты (то есть широта и долгота) в лучшем случае неоднозначны, а в худшем — бессмысленны «. Это очень важно в точных приложениях, таких как глобальная система позиционирования (GPS), но при обычном использовании, где не требуется высокая точность, опорный эллипсоид обычно не указывается.

В английских текстах угол широты, определяемый ниже, обычно обозначается греческой строчной буквой фи ( φ или ϕ ). Он измеряется в градусах , минутах и ​​секундах или десятичных градусах к северу или югу от экватора. Для целей навигации позиции указываются в градусах и десятичных минутах. Например, маяк Иглы находится на 50 ° 39,734’N 001 ° 35,500’W.

Точное измерение широты требует понимания гравитационного поля Земли либо для установки теодолитов, либо для определения орбит спутников GPS. Изучение фигуры Земли вместе с ее гравитационным полем — это наука геодезия .

Эта статья относится к системам координат для Земли: она может быть расширена для охвата Луны, планет и других небесных объектов путем простого изменения номенклатуры.

Читайте также:  Сборка детской палатки видео. Как сложить детскую палатку в чехол

Широта на сфере

Перспективный вид Земли, показывающий, как широта ( ) и долгота ( ) определены на сферической модели. Шаг сетки 10 градусов.

Сетка на сфере

Масштабная сетка образована линиями постоянной широты и постоянной долготы, которые построены относительно оси вращения Земли. Первичные опорные точки — это полюса, в которых ось вращения Земли пересекает опорную поверхность. Плоскости, содержащие ось вращения, пересекают поверхность по меридианам ; а угол между любой плоскостью меридиана и плоскостью, проходящей через Гринвич ( нулевой меридиан ), определяет долготу: меридианы — это линии постоянной долготы. Плоскость, проходящая через центр Земли и перпендикулярная оси вращения, пересекает поверхность по большой окружности, называемой экватором . Плоскости, параллельные экваториальной плоскости, пересекают поверхность кругами постоянной широты; это параллели. Экватор имеет широту 0 °, Северный полюс имеет широту 90 ° северной широты (записывается 90 ° северной широты или + 90 °), а Южный полюс имеет широту 90 ° южной широты (записывается 90 ° южной широты или -90 °. ). Широта произвольной точки — это угол между экваториальной плоскостью и нормалью к поверхности в этой точке: нормаль к поверхности сферы проходит по радиус-вектору.


Широту, как определено таким образом для сферы, часто называют сферической широтой, чтобы избежать неоднозначности с геодезической широтой и вспомогательными широтами, определенными в последующих разделах этой статьи.

Названные широты на Земле

Ориентация Земли в день декабрьского солнцестояния.

Помимо экватора, важны еще четыре параллели:

Плоскость орбиты Земли вокруг Солнца называется эклиптикой , а плоскость, перпендикулярная оси вращения Земли, — плоскостью экватора. Угол между эклиптикой и экваториальной плоскостью называется по-разному осевым наклоном, наклоном или наклоном эклиптики и условно обозначается i . Широта тропических кругов равна i, а широта полярных кругов является его дополнением (90 ° — i ). Ось вращения медленно меняется во времени, и значения, приведенные здесь, относятся к текущей эпохе . Изменение во времени более подробно обсуждается в статье о наклоне оси .

На рисунке показана геометрия поперечного сечения плоскости, перпендикулярной эклиптике и проходящей через центры Земли и Солнца в день декабрьского солнцестояния, когда Солнце находится над головой в некоторой точке Тропика Козерога . Южнополярной широты ниже полярного круга в дневное время , в то время как северные полярные широты над Полярным кругом в ночное время . Ситуация меняется на противоположную во время июньского солнцестояния, когда Солнце находится над головой в тропике Рака. Только на широтах между двумя тропиками Солнце может находиться прямо над головой (в зените ).

На картографических проекциях нет универсального правила относительно того, как должны выглядеть меридианы и параллели. В приведенных ниже примерах показаны названные параллели (в виде красных линий) на обычно используемой проекции Меркатора и в поперечной проекции Меркатора . На первом параллели горизонтальны, а меридианы вертикальны, тогда как на втором нет точного соотношения параллелей и меридианов с горизонталью и вертикалью: оба являются сложными кривыми.

Нормальный Меркатор Поперечный Меркатор

Расстояние по меридиану на сфере

На сфере нормаль проходит через центр, поэтому широта ( φ ) равна углу, образуемому в центре дугой меридиана от экватора до рассматриваемой точки. Если обозначить меридианное расстояние через m ( φ ), то

где R обозначает средний радиус Земли. R равно 6 371 км или 3 959 милям. Для R не подходит более высокая точность, поскольку для получения более точных результатов требуется модель эллипсоида. При этом значении R длина меридиана 1 градуса широты на сфере составляет 111,2 км (69,1 статутных миль) (60,0 морских миль). Длина 1 минуты широты составляет 1,853 км (1,151 статутной мили) (1,00 морская миля), а длина 1 секунды широты составляет 30,8 м или 101 фут (см. Морскую милю ).

Читайте также:  Как правильно ставить палатку по сторонам света. Установка палатки

Широта на эллипсоиде

Эллипсоиды

В 1687 году Исаак Ньютон опубликовал Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica , в которой доказал, что вращающееся самогравитирующее жидкое тело в состоянии равновесия принимает форму сплюснутого эллипсоида. (В этой статье используется термин эллипсоид, а не более старый термин сфероид .) Результат Ньютона был подтвержден геодезическими измерениями в 18 веке. (См. Дуга меридиана .) Сплюснутый эллипсоид — это трехмерная поверхность, созданная вращением эллипса вокруг его более короткой оси (малой оси). «Сплюснутый эллипсоид вращения» в оставшейся части этой статьи сокращенно обозначается словом «эллипсоид». (Эллипсоиды, не имеющие оси симметрии, называются трехосными.)

В истории геодезии использовалось множество различных справочных эллипсоидов . В дни, когда еще не было спутников, они были разработаны для точного соответствия геоиду на ограниченной области съемки, но с появлением GPS стало естественным использовать опорные эллипсоиды (такие как WGS84 ) с центром в центре. масса Земли и малая ось совмещена с осью вращения Земли. Эти геоцентрические эллипсоиды обычно находятся в пределах 100 м (330 футов) от геоида. Поскольку широта определяется относительно эллипсоида, положение данной точки на каждом эллипсоиде отличается: нельзя точно указать широту и долготу географического объекта, не указав используемый эллипсоид. Многие карты, поддерживаемые национальными агентствами, основаны на старых эллипсоидах, поэтому необходимо знать, как значения широты и долготы преобразуются из одного эллипсоида в другой. Мобильные устройства GPS включают программное обеспечение для преобразования датума, которое связывает WGS84 с локальным опорным эллипсоидом с соответствующей сеткой.

Геометрия эллипсоида

Сфера радиуса a, сжатая по оси z, образуя сплюснутый эллипсоид вращения.

Форма эллипсоида вращения определяется формой эллипса, который вращается вокруг своей малой (более короткой) оси. Требуются два параметра. Одним из них является неизменно экваториальным радиусом, который является большой полуосью , . Другой параметр, как правило , (1) полярный радиус или малая полуось , б ; или (2) (первое) сплющивание , f ; или (3) эксцентриситет , e . Эти параметры не являются независимыми: они связаны соотношением

Многие другие параметры (см. Эллипс , эллипсоид ) появляются при изучении геодезии, геофизики и картографических проекций, но все они могут быть выражены в терминах одного или двух членов набора a , b , f и e . И f, и e малы и часто появляются в вычислениях в виде разложения в ряды; они в порядке 1 / 298 и 0,0818 соответственно. Значения для ряда эллипсоидов приведены на Рисунке Земли . Справочные эллипсоиды обычно определяются большой полуосью и обратным сглаживанием, 1 / ж . Например, определяющие значения для эллипсоида WGS84 , используемого всеми устройствами GPS, являются

  • a (экваториальный радиус): 6 378 137 0,0 м точно
  • 1 / ж (обратное сплющивание): 298,257 223 563 ровно

из которых происходят

  • b (полярный радиус): 6 356 752 0,3142 м
  • e 2 (квадрат эксцентриситета): 0,006 694 379 990 14

Разница между большой и малой полуосями составляет около 21 км (13 миль), и как часть большой полуоси она равна уплощению; на мониторе компьютера размер эллипсоида может составлять 300 на 299 пикселей. Его едва ли можно отличить от сферы размером 300 на 300 пикселей, поэтому иллюстрации обычно преувеличивают сглаживание.

Геодезические и геоцентрические широты

Определение геодезической широты ( ) и долготы ( ) на эллипсоиде. Нормаль к поверхности не проходит через центр, за исключением экватора и полюсов.

Сетка на эллипсоиде строится точно так же, как на сфере. Нормаль в точке на поверхности эллипсоида не проходит через центр, за исключением точек на экваторе или полюсах, но определение широты остается неизменным как угол между нормалью и экваториальной плоскостью. Терминологию широты необходимо уточнить, выделив:

  • Геодезическая широта: угол между нормалью и экваториальной плоскостью. Стандартное обозначение в английских публикациях — φ . Это определение предполагается, когда слово широта…

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here