北回归线定位建筑物引起的思虑

中国科学院成都山地灾害与环境研究所　   陈民沛

起因

笔者曾参观过云南省墨江县的“北回归线公园” 。在这个公园里，有太阳投影器及垂直投影于地面的圆圈，说是夏至日的中午时分，若是天晴，必有太阳影像刚好落入地面圆圈的奇观。此外，在公园的广场上，用耐用材料镶嵌出一条几十厘米宽的白色线条标出北回归线的具体位置。笔者看到，参观此“北回归线公园”者，不在少数。表明这是具有科学含量的“地标”建筑物。一般人参观后得到的印象是，北回归线是固定的，它就在这里。这就有“误导”的嫌疑了。据说广州市、广西梧州市也有类似的地标建筑物。于是就有讨论的必要。

北回归线

上海词书出版社1981年12月出版的<<测绘词典>>242页这样介绍：

【回归线】①地球表面通过23°26′地点的等纬圈。北半球有北回归线，夏至日（每年６月22日前后）太阳垂直照射。南半球有南回归线，冬至日（每年12月23日前后）太阳垂直照射。夏至日太阳到达北回归线后即转向南去；冬至日太阳到达南回归线后即转向北去。南、北回归线之间称为“热带”。②天球上赤纬等于黄赤交角的等赤纬圈。由于有岁差和章动影响的存在，赤道面和黄道面都不是固定的平面，因此，南、北回归线每年有微小的变动，它每年的精确位置用下式计算：

 ε= 23°27′08″.26 － 0.46845(t – 1900)″　 

式中t 是公元年份。按上式计算1979年的精确回归线应在南、北纬23°26′31″.25 。

第②是天文学上关于回归线的定义和解释。

为叙述方便，之后我们只在地球椭球体表面的北半球上讨论；上面的公式不妨称为北回归线公式。

若定义北回归线为“地球面上北纬（Φ度）等于黄赤交角的等纬圈”。则有这个Φ以什么为基准的问题。如以大地坐标系为基准，则各国不尽相同。同在我国，某点在1954年北京坐标系与1980年国家坐标系上的纬度也有差异。若以天文坐标为基准。由于天文坐标是以大地水准面为基础的，所以Φ等于黄赤交角的各点连线是一条不规则的曲线；天文测量定位精度不高且坐标之间推算困难。

在不影响分析结果的前提下（即不管以什么为基准，分析的结果都基本一样），不妨按“地球面上北纬等于黄赤交角的等纬圈”的定义，并以1980年国家坐标系为基准。按北回归线公式计算1983年至2011年的各年北回归线纬度；　 设定经差为0，计算各年北回归线的高斯投影纵坐标X(南北向)数值，再计算各年北回归线与1983年北回归线的距离（以米单位）。距离的具体数值是：1983年是0米、1984年是14.4米、1985年是28.8米，……43.2、57.6、72.1、86.5、（1990年是）100.9米、115.3、129.7、144.1、158.5、172.9、187.3、201.8、216.2、230.6、（2000年是）245.0、259.4、273.8、288.2、302.6、317.1、317.1、345.9、360.3、374.7、（2010年是）389.1、（2011年是）403.5米。

思虑

北回归线不是固定的，每年都有变动。变动虽然微小，但是不同年份的北回归线的位置是有明显距离的。由上述的北回归线公式和具体数值可知，北回归线逐年向南移动。按精确到0.1米的说法，一年移动14.4米，十年移动144米，二十八年移动403.5米。　

现在，如果有好事者，查一查当年的<<天文年历>>，拿一个GPS仪器，到云南省墨江县的北回归线公园旅游，测得的北回归线位置，不但不在公园里标出的北回归线上，而是在北回归线公园外（2010年的北回归线离开原有的白线已有300多米）。这公园还能叫“北回归线公园”吗？

由于北回归线的移动，“北回归线公园”多年后就难以名副其实。而那条白色的北回归线只是某年的。所以应该如实地、明显地标出“这是某年的北回归线”“一年以后北回归线就不在这里了” 。“北回归线公园”也改为“某年北回归线公园”较好！不过，这样就削弱了“地标”的功能，不利于满足花那么多钱建设的初衷。

再说那个“太阳投影器”和太阳影像垂直投影于地面的那个“圆圈” 。随着年份远离建设的年份，夏至日中午，太阳投影会逐渐向北偏离那个圆圈。每年的偏离虽然微小，但其是要累积的，多年后，人们可观察到它的偏离。于是，“夏至日的中午时分，若是天晴，必有太阳影像刚好落入地面圆圈”的奇观将不复存在。“地标”又从何谈起？

地球那么大，其半径有6300多千米，周长约有4万千米。而北回归线每年变动只有十几米，相比之下，当是微小无疑。一般情况下，北回归线是可看作固定的。何时须顾及它的变动，应视具体情况而定。

 “微小” 、“很多” 、“高大”等等定性的量词，频繁出现在各种论文中。这些定性的量词的使用，必须顾及它的相对性，必须顾及它的限制范围和条件。在可能产生误解时，应该加以说明。只有在不会产生误解、别人都明白时，才可以省略。<<测绘词典>>关于天文上的回归线的介绍，就是范例。

只知其“微小” ，不知其量，容易出错。知其量，但不了解、不分析其量在何种情况下可以忽略，何种情况下要顾及，也会出错。建设“北回归线公园”时，对“微小”的认识不够清醒。建设“北回归线公园”是一个特殊情况，这个“微小”正好是不能忽略的。

作为补救措施，下面的方法可供参考。

在现有的北回归线划线上，标明它是依某某(例如1980国家坐标系)推算、某年（例如1983年）1月1日的北回归线；在其南面连续测定之后若干年的北回归线，按现有的北回归线式样划线，同时标明它是某年（例如1984年、1985年、1986年……）1月1日的北回归线。测定的方法也很简单，只要在现有的北回归线划线的南面连续地量出14.411米的距离，就得到之后若干年的北回归线的位置(14.411米是参考椭球体表面上的距离，若划的北回归线在十条以内，所在地的高程在600米以下，其高程的影响小于2厘米。可以忽略)。至于做多少条，视具体情况而定。在最后一条北回归线南面，写出（或镶嵌出）“以后的年份，北回归线的位置还要向南移动”。这样一来，就不会产生“北回归线是固定的” 这种误导了，同时也给人们了解北回归线的变动是微小的，一些年份的具体位置也有了。“北回归线纪念塔” 、“北回归线公园”等等仍不失其实。