海里

定义

海里是用于航海和航空的长度单位,其长度的原始来源是地球子午线上纬度 1 分所对应的弧长。地球一圈为 360 度,1 度再分为 60 分,因此沿子午线量取 1 分的长度即构成 1 海里^[1]。

由于地球并非正球体,子午线各处的曲率不同,纬度 1 分的实际弧长随纬度变化:赤道附近最短,约为 1843 米,两极附近最长,约为 1862 米,两处相差接近 20 米^[2]。目前国际普遍采用的固定值是 1852 米,约相当于 6076 英尺,也等于 1.852 千米^[3]。

中文旧称「浬」或「海浬」。在中国现行计量规范中,海里被选定为只用于航程计量的法定计量单位,符号写作 n mile,1 n mile 等于 1852 米,已不再使用「浬」字^[4]。这一数值来自 1929 年国际水文地理学会议的决议,并被世界上大多数国家采纳^[5]。

原理

海里的取值可以用地球周长与角度划分来推算。若把地球视为半径约 6371 千米的球体,子午线全长为 4 万千米,则 1 分对应的弧长约为 $40000\,\text{km}\div 360\div 60\approx 1852\,\text{m}$,这正是 1852 米这一标准值的来源^[6]。

考虑到椭球形状,实际弧长随纬度 φ 变化,工程上常用近似式 $1\ \text{n mile}\approx 1852.25-9.31\cos(2\varphi)\,\text{m}$ 描述这一差异;由此在赤道得到约 1842.94 米,在两极得到约 1861.56 米,而在纬度约 44 度 14 分处恰好接近 1852 米^[7]。

flowchart LR

A[子午线纬度 1 分弧长] --> B[赤道处约 1843 m]

A --> C[中纬度处约 1852 m]

A --> D[两极处约 1862 m]

C --> E[1929 年取统一值 1852 m]

E --> F[标准海里]

发展历程

以子午线角分长度作为海上距离单位的做法由来已久,它与经纬线划分和远洋航行中对航程、船位的估算需求相联系。早期各国按自身地理位置选用不同基准,英国曾取 6080 英尺,相当于 1853.184 米,美国曾取 6080.2 英尺,相当于 1853.249 米^[1]。

1929 年,在摩纳哥召开的国际水文地理学会议将 1 海里统一规定为 1852 米,此后多数海运国家陆续采用这一标准^[8]。1948 年国际海上人命安全会议承认 1852 米或 6076.115 英尺作为 1 海里,进一步推动了该值的国际通行^[2]。美国直到 1954 年前后仍沿用自有的海里长度,其后也采纳了 1852 米这一标准^[9]。

中国在 20 世纪后期统一计量制度时,确认采用 1929 年会议确定的海里标准,并在法定计量单位中将其限定用于航程计量^[7]。相关规范同时将旧称「浬」退出使用,写作「海里」^[8]。

应用

海里最主要的使用场合是海上航行与航空导航。由于 1 海里与纬度 1 分直接对应,在航海中把海图上的角度差换算为距离、用航迹推算估计船位时,海里比千米更为方便^[8]。

与海里配套的是速度单位「节」(knot),1 节等于每小时 1 海里,即 1.852 千米每小时。船舶、军舰以及海水流速、海上风速等量值通常也用节表示^[10]。航行中测量较短距离时使用「链」,1 链为 1/10 海里,约合 185.2 米^[11]。

节这一名称来自早年的测速方法:水手在船尾拖出打了等距绳结的计速绳,用沙漏计时,数出单位时间内放出的结数,即可得到以海里每小时计的航速^[2]。现代船舶改用计程仪等仪器测速,抛绳计节的做法已不再使用,但节仍作为航速单位沿用^[10]。

局限

海里不属于国际单位制,而是与秒、节等构成一套专门用于航行的计量体系,在陆上工程、科研论文中通常需要换算成米或千米才能与 SI 单位通约^[4]。

由于 1852 米只是纬度 1 分弧长的平均值,它与所处纬度的实际弧长之间存在偏差。有计算显示,在赤道附近以 1852 米计程时,误差约为航行距离的 0.5%,在中纬度海区误差更小,但对于高精度测量仍不可忽略^[12]。

此外,海里在不同国家与领域曾长期并存多种取值,部分资料记载的英、美、法、俄等国旧值并不相同,至今仍有文献使用非 1852 米的旧标准,跨文献引用时需注意基准是否一致^[8]。

参见

• 节(单位) —— 以海里每小时为定义的速度单位,与海里配套使用。

• 链(单位) —— 等于 1/10 海里的短距离计量单位。

• 计程仪 —— 测量船舶航速与累计航程的航海仪器。

• 航迹推算 —— 依据航向与航程推算船位的导航方法。

• 国际单位制 —— 海里不属于其中的长度单位体系。