下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
我们在第1章中看到，一切地理研究的起点是地方和事物的位置，而绝对位置是用精确且被认可的坐标系对地方的识别。
为了使地球上定位点的基本系统形象化，把世界想象为一个上面没有任何标志的球体。当然，不建立一个参考系就无法描述地球上某个特定地点的准确位置。我们利用一个 网格系统 （grid system），该系统由一套想象的通过地球表面的线组成。系统的关键控制点是天然存在的北极、南极和 赤道 （equator），以及本初子午线。
北极和南极是地球绕之旋转的地轴的端点。两极之间一半处，环绕地球一周、与地轴相垂直的线就是赤道。我们可以根据一个地点离赤道以南或以北的距离，用其与地心的交角来描述其位置。因为一个圆有360度，两极之间的距离为180度，所以赤道和南北极之间的距离就是90度。 纬度 （latitude）就是离赤道南北的角度距离，以度（°）来量测，其范围从0°（赤道）到90°（北极和南极）。从图2.1（a）明显可见，相互平行并平行于赤道的纬线呈东西走向。
图 2.1 （a）网格系统：纬度圈。请注意离两极越近纬度圈越短。
地球两极的圆周长约为24,899英里；因此，相邻两个纬度圈的距离为24,899÷360，即约为69英里（111千米）。如果地球是一个完美的球体，则相邻纬度圈的间距均应等长。但是，由于地球两极地区略微扁平，所以两极附近的相邻纬度圈间距（111.7千米）要略长于赤道附近的间距（110.56千米）。
为了更精确地记录某一地点的纬度，每度又分为60分（′）；每一分又分为60秒（″），与1小时完全一样。纬度的1分大约是1.85千米，1秒大约是31米。芝加哥市中心的纬度为北纬41°52′50″。
由于与赤道之间的距离本身不足以确定一个地点在空间的位置，我们需要制定第二个坐标来指示从一条一致同意的基准线向东或向西的距离。大多数国家的地图学家用假想中通过英国格林尼治天文台的经线，即 本初子午线 （prime meridian），作为东西方向量度的起点。1884年的一次国际会议上，本初子午线被选定为零度经线。它和所有经线一样，是一条连接地球两极的真正南北向的线（图2.1［b］）（“真北”与“真南”有别于“磁北”和“磁南”，后者是地球磁极的方向，罗盘指针指向磁北和磁南）。赤道上经线相距最远，随纬度增加越来越近，到南极和北极相交汇。经线和 纬度圈 （parallel of latitude）不同，所有经线长度相等。
经度 （longitude）就是从本初子午线（零度经线）向东或向西的角度距离，以度（°）来表示，范围由0°到180°。与本初子午线相对的子午线就是180°经线——位于太平洋。经度和纬度圈一样，也可以细分为分（′）和秒（″）。不过，相邻经度之间的距离从赤道向两极变短，因为经线在两极交汇。北美洲和南美洲所有地方均位处西经地区，唯有阿拉斯加几个岛屿除外；亚洲和澳大利亚所有地方均位处东经地区，但西伯利亚的楚科奇半岛的一部分除外。
时间取决于经度。地球分为24个时区，每天24小时完成一次360°的自转，在经线上大体上以15°的间距划分。 格林尼治标准时 （Greenwich mean time，GMT）就是本初子午线的时间。 国际日界线 （International Date Line，以下简称为“日界线”），即新的一天开始的地方，主要沿着180°经线。但是，正如图2.2所示，有些地方日界线有所偏离，以免一国或一个群岛内有两个不同日期。因而，日界线呈“之”字形，以便西伯利亚和俄罗斯其他地方有同一个日期，而且使阿留申群岛和斐济岛不致被划分开。新的一天从日界线开始并向西推移，因此这条线以西一般比其东面提前进入新的一天。
图 2.2 世界时区。每个时区宽约15度，但为了适应政治界限而有些变化。
通过使用经度和纬度的度和分，必要时使用秒，我们就能描述地球表面任何地点的位置。例如，芝加哥市中心位于41°52′50″N，87°38′28″W；香港位于22°17′40″N，114°10′26″E（图2.3）。
图 2.3 香港的经纬度为22°17'N, 114°10'E。河内的坐标是多少？
经纬度网格系统是描述位置的一种方法。另两种主要的土地识别系统是美国公共土地测量系统（U.S. Public Land Survey System，PLSS）和加拿大土地测量系统（Canada Land Survey System，CLSS）（见“区-列系统”专栏）。
美国独立战争结束时，《巴黎条约》把密西西比河以东和五大湖以南（佛罗里达除外）的区域划归美国管辖。大陆议会做出决议，这些公地应予出售以增加政府的收入，但是在进行系统测量之前，土地不能公开销售。
《1785年土地法令》（Land Ordinance of 1785）建立了系统的测量，称为“区-列系统”（township and range system）。如图所示，该系统以测量线的基本方向为依据：东西走向的基线和南北走向的经线。间距为9.7千米的网格线把土地细分为一系列方块。一个区（township）由边长为9.7千米的方块组成；区进一步划分为36个地段（section），每个地段面积为1平方英里。每个1平方英里的地段细分为4个160英亩的象限段（quarter-section），而这些象限段——被认为是一个农场的标准大小——原本是能被购买作为小住宅区的。后来把最小单位减少到80英亩，然后又减少到40英亩。每个地块都有一份唯一的证书。
俄亥俄州东部率先使用区-列测量系统，随后该系统被推广到西抵太平洋，北达阿拉斯加的美国大部分地区。加拿大土地测量系统与美国开发的上述系统相似，也采用基线和经线，将土地细分为镇区、牧场、地段和地段以下的小区。
这种矩形调查系统对美国中西部和加拿大的地景有着深远的影响。道路与地界通常都依从测量系统的直线，形成棋盘式的开发模式。甚至房舍和谷仓也倾向于按基本方位定向。矩形测量系统导致的另一个结果是许多政治管辖权也具有直角的边界。
（a）管理美国公地测量的主要基线测量系统。（b）美国公地测量系统中的区、地段以及进一步的细分。
资料来源：（a）
From U .S. Department of the Interior, Bureau of Land Management
, Surveying Our Public Lands.
Washington, D.C.: U.S. Government Printing Office, 1980
.
近年来， 全球定位系统 （Global Positioning System，GPS）使位置的确定比过去容易得多。这种导航与定位系统形成于20世纪70年代并得到美国国防部的扶持。这种技术利用美国国防部一系列——24至28颗——的卫星，于地球上空约2万千米处运行，每24小时通过同一地点。每颗卫星携带4只精密的原子钟，它们平均每3万年只快或慢1秒钟。
卫星在轨道上运行的时候，不断发射其位置、时间信号和其他数据。这些卫星被安排为任何时刻都有4颗卫星在地平线以上，全球都能进行同步测量。GPS接收器同时记录到许多卫星的位置，然后确定接收器的经纬度、高度和时间（图2.4）。为了精确测量某一地点的位置，接收器必须至少检测到4颗卫星。
图 2.4 这种手持GPS接收器在一个小型液晶显示屏上显示经纬度和一张地图。（ Courtesy Garmin Corporation ）
GPS技术原先是为军事应用、尤其是为海军与空军导航而设计的。1991年美国与伊拉克进行的海湾战争见证了这种技术的成功。那时在“沙漠盾牌”与“沙漠风暴”行动中，美国军队用这种设备寻找穿越沙特阿拉伯沙漠的道路。这种技术还促进了精确制导武器的开发，这种叫作“聪明炸弹”（smart bomb）的武器靠雷达导向追踪目标。美国政府在其他方面的应用包括用GPS接收器监测地质断层和洋流、传感大气层的全球变暖、消防和灾情制图等方面。
例如，为了寻找航天飞机哥伦比亚号（ Columbia ）2003年2月1日重新进入大气层时解体的线索，联邦政府调查员使用GPS技术圈定航天飞机残片散落的地域——包括得克萨斯州的一部分、路易斯安那州和其他若干个州的部分地区。几百名志愿者和执法官员发现并收集了成千的碎片，把碎片的精确位置输入装有特殊制图软件的计算机。悲剧发生后只过了几天，设在得克萨斯州拉夫金（Lufkin）的联邦突发事件管理局灾难现场办公室就每天打印出1000多张地图。这些地图帮助紧急救援人员集中需要搜索的地区，以便找回更多的航天飞机残片。
由于GPS接收器越来越小、越轻、越便宜，民用数量倍增。有些汽车厂家在新车上安装了车载导航系统供用户选择，有些租车公司在汽车中装备这种系统。系统选择GPS信号监测汽车的位置，将其与储存在压缩光盘中的电脑地图相比较。不断更新的汽车位置显示在固定在仪表盘的电脑屏幕上。导航系统令驾车者找到自己的所在地和到达目的地的路径。例如，驾车者可以给出街道地址，电影院、旅馆或别的建筑物的名称，系统就会将其展示在屏幕上，指出驾车者离目的地还有多远，还需要多长时间才能到达，系统在屏幕地图上给出建议路线方向，或用电子语音“说出”指导意见。经常开车到陌生地点的推销员、房产经纪人和修理工常使用车载导航系统。
娱乐休闲人士也普遍使用GPS接收器，例如徒步旅行者、露营者和乘船旅游者。最近几年来，此类系统还开发出各种微型GPS接收器，可安装在手表、手镯、手机乃至狗项圈上，以便确定目标位置。许多州使用GPS监视装置作为监视系统，跟踪假释和缓刑人员，以确保他们没有擅自走进禁入的地区，例如学校、游戏场所或受害人的住宅等。