高中地球科学/地球表面建模
- 描述地图可以传达哪些信息。
- 确定几种主要类型的 地图投影，并讨论每种投影的优缺点。
- 讨论使用地球仪的优缺点。
想象一下你正在进行公路旅行。也许你正在度假。你怎么知道去哪里？最有可能的是，你会使用一张地图。地图是地球表面特定部分的图片。地图有很多类型。每张地图都提供不同的信息。让我们看看公路地图，这可能是你最常用的地图（图 2.14）。
在地图的左上角寻找图例。它解释了这张地图如何记录不同的特征，并显示了地图上的标记代表什么。你可以看到以下内容
- 州的边界显示了它的形状。
- 黑点代表城市。每个城市都有名字。点的尺寸代表城市的规模。
- 红线和棕色线显示连接城市的 主要道路。
- 蓝线显示河流。他们的名字用蓝色书写。
- 蓝色区域显示湖泊和其他水路 - 墨西哥湾、比斯坎湾和奥基乔比湖。水体的名称也用蓝色书写。
- 一条线或比例尺显示地图上表示的距离 - 地图上的英寸或厘米代表一定的距离（英里或公里）。
- 图例解释了地图上的其他特征和符号。
- 虽然这张地图没有指南针玫瑰，但地图的顶部是北方。
你可以使用这张地图在佛罗里达州找到你的去处，并通过公路从一个地方到另一个地方。
除了公路地图，还有许多其他类型的地图。一些例子包括
- 地形图显示了地图上景观的详细海拔。
- 地形图显示了区域的海拔，但通常在更大的比例尺上。地形图可能显示全球范围内的地貌，而不是当地地区。
- 卫星视图地图显示了地形和植被 - 森林、沙漠和山脉。
- 气候图显示了平均温度和降雨量。
- 降水图显示了不同区域的降雨量。
- 天气图显示了风暴、气团和锋面。
- 雷达地图也显示了风暴和降雨。
- 地质图详细描述了该地区发现的岩石类型和位置。
- 政治地图或地理地图显示了州和/或国家的轮廓和边界。
这些只是各种地球科学家可能会使用的一些地图类型。你可以轻松地将地图放在口袋或包里随身携带。地图易于使用，因为它们是平坦的或二维的。然而，世界是三维的。那么，制图师如何在平坦的纸上表示三维世界呢？让我们看看。
地球是一个三维球体。在一个小区域，地球看起来是平坦的，因此制作一个小地方的精确地图并不困难。当制图师想在地球的平坦纸上绘制地图时，他们会使用投影。你是否曾经尝试过将剥皮的橘子的皮弄平？或者你是否曾经尝试过将足球包成礼物送给朋友？用平坦的纸包裹圆形物体是困难的。投影是一种将地球的曲面表示在平坦纸上的方法（图 2.15）。
有很多类型的投影。每种都使用不同的方法将三维转换为二维。
制图师在投影中使用两种基本方法
- 制图师以某种方式“切片”球体，然后将其展开以制作平坦的地图，就像将橘子皮弄平一样。
- 制图师可以从某个点观察球体，然后将此视图转换为平坦的纸张。
让我们看看一些常用的投影。
1569 年，杰拉杜斯·麦卡托（1512-1594；图 2.16）想出了一种制作我们圆形世界平坦地图的方法，称为麦卡托投影（图 2.17）。想象一下用一大块平坦的纸包裹我们圆形的、球形的地球，使其成为一个管子或圆柱体。圆柱体将接触地球的赤道，这是一条横向环绕地球中部的假想线，但两极将离圆柱体更远。如果你能从模型地球内部照射一束光到圆柱体上，你在纸上投影的图像将是麦卡托投影。你的地图在赤道处会很准确，但靠近两极的大陆的形状和大小会变得更加拉伸。早期的水手和航海家发现麦卡托地图很有用，因为当时大多数探险家都前往位于赤道附近的定居点。今天，许多世界地图仍然使用麦卡托投影。
麦卡托投影最能描述赤道以北或以南 15 度范围内国家的形状和大小。例如，如果你在地球仪上看格陵兰，你会发现它是一个靠近北极的相对较小的国家。然而，在麦卡托投影中，格陵兰看起来几乎和美国一样大。格陵兰的形状和大小被大大增加了，而美国则更接近其真实的尺寸。在麦卡托投影中，所有罗盘方向都是直线，这使得它成为一种适合导航的地图类型。地图的顶部是北方，底部是南方，左侧是西方，右侧是东方。
然而，因为它是一个曲面的平坦地图，地图上的直线不是连接两个点的最短距离。
你可以尝试用圆锥形而不是圆柱体包裹平坦的纸张。圆锥形地图投影使用圆锥形来更好地表示区域，使它们相等（图 2.18）。这种类型的地图最适合显示圆锥形接触地球仪的区域，这将沿着纬线，例如赤道。
也许你根本不喜欢尝试将一块平坦的纸包裹在一个圆形物体上。在这种情况下，你可以将一块平坦的纸直接放在你想要绘制的地图区域上。这种类型的地图称为正射投影（图 2.19）。纸张只接触地球的一个点，但它将很好地显示靠近该点的国家的大小和形状。两极通常以这种方式映射，但它适用于你选择的任何区域。
1963 年，亚瑟·罗宾逊制作了一幅地图，在地形和尺寸方面看起来更好。他将坐标转换到地图上，而不是使用数学公式。他这样做是为了使地图上的区域看起来更正确。这幅地图呈椭圆形（椭圆形），而不是矩形（图 2.20）。
罗宾逊的地图显示了极地附近的较少失真，并且将大陆的形状和大小保持在接近其真实尺寸，尤其是在赤道 45 度范围内。赤道和平行于它的线的距离是真实的，但每个纬度线的比例尺都不同。1988 年，国家地理学会采用了罗宾逊投影来绘制其所有世界地图。
无论使用哪种地图投影，地图都旨在帮助我们找到位置并能够从一个地方到达另一个地方。那么如何在地图上找到你的位置呢？让我们来看看。
大多数地图使用网格或坐标系来查找你的位置。这种网格系统有时被称为地理坐标系。该系统通过两个数字（纬度和经度）来定义你的位置。这两个数字都是你所处位置、地球中心和参考线之间的夹角（图 2.21）。
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| 图 2.21：纬度线从赤道开始。经度线从本初子午线开始。 | ||
纬度线绕地球环绕。赤道是地球中间的一条纬度线，与北极和南极的距离相同。在网格中，你的纬度告诉你你距离赤道的南北距离。经度线是绕地球从极点到极点的圆圈，就像橙子的切片一样。经度线从本初子午线开始，本初子午线是一个从北到南运行的圆圈，穿过英国格林尼治。经度告诉你你距离本初子午线的东或西距离。你可以通过做跳跃来记住纬度和经度。当你的手举过头顶，双脚并拢时，说经度（你的身体很长！），然后当你水平地将手臂伸出时，说纬度（你的头部和手臂形成一个十字，就像纬度的“t”）。当你跳跃时，你的手臂与这些网格线的方向相同；纬度水平，经度垂直。
如果你知道某个地方的纬度和经度，你就可以在地图上找到它。只需将一根手指放在地图垂直轴上的纬度上。将另一根手指放在地图水平轴上的经度上。沿着纬度和经度线移动你的手指，直到它们相遇。例如，如果你想找到的位置在北纬 30 度和西经 90 度，将你的右手指放在地图右侧的北纬 30 度处（图 2.22）。将你的左手指放在底部的西经 90 度处。沿着这些线移动它们，直到它们相遇。你的位置应该靠近美国墨西哥湾沿岸的美国路易斯安那州新奥尔良。此外，如果你知道你在地图上的位置，你可以反向操作来找到你的纬度和经度。
你还可以使用另一种类型的坐标系从一个地方到另一个地方，那就是极坐标系。在这里，你的位置用一个角度和一个距离从某个参考点来标记。这个角度通常是你的位置、参考点和指向北方的线之间的角度。另一个数字是以米或公里为单位的距离。为了找到你的位置或从一个地方移动到另一个地方，你需要一张地图、一个指南针和一些测量距离的方法，比如测距仪。假设你需要从你的位置前往一个标记，该标记位于你的当前位置的东经 20 度和 500 米处。你必须执行以下操作
- 使用地图上的指南针和罗盘玫瑰将你的地图与北方对齐。
- 使用指南针找到东经 20 度的方向。
- 向那个方向走 500 米到达目的地。
极坐标最常用于一项叫做定向越野的运动。在这里，你使用指南针和地图穿过野外地形找到你的路线（图 2.23）。你穿过地形到达路线上的各个检查点。你以最快的速度完成路线到达终点线就能获胜。
地球仪是制作地球全图的最佳方式，因为地球是球体，地球仪也是球体。由于地球和地球仪都有弯曲的表面，因此国家的大小和形状不会失真，距离也按比例真实（图 2.24）。
地球仪通常有地理坐标系和比例尺。地球仪上两点之间的最短距离是连接它们的弧线（圆形的一部分）的长度。尽管精度很高，但地球仪很难制作和携带。它们也不能放大以显示任何特定区域的细节。Google 地球是一个很酷的程序，可以下载到你的电脑上。这是一个你可以点击的链接：http://earth.google.com/download-earth.html。该程序中的地图允许你放大或缩小、从上方查看、倾斜图像等等。
- 地图和地球仪是地球表面的模型。将地球的三维表面投影到平面地图上有很多方法。每种地图类型都有一些优点和缺点。
- 大多数地图使用地理坐标系来帮助你使用纬度和经度找到你的位置。
- 地球仪是最准确的表示方式，因为它们像地球一样圆形，但不能轻易携带。地球仪也不能显示地图可以显示的地球表面的细节。
- 以下哪一项最准确地表示了地球表面的距离和形状？
- 墨卡托投影地图
- 罗宾逊投影地图
- 地球仪
- 解释纬度和经度的区别。
- （使用图 2.25。）如果你位于北纬 60 度和西经 120 度，你位于哪个国家？
- 哪种地图投影最适合导航，尤其是在赤道附近？解释。
- 在许多情况下，地图比地球仪更有用。为什么？
- 以下哪种地图投影在极地周围的失真最小？
- 墨卡托投影地图
- 罗宾逊投影地图
- 圆锥投影
- 圆锥地图投影
- 将地球的三维表面投影到包裹在地球周围的圆锥体上的地图投影。
- 坐标系
- 网格中用于定位特定点的数字。
- 正射投影
- 将地球的三维表面投影到只接触地球一个点的平面纸上的地图投影。
- 纬度
- 平行于赤道（纬度 0 度）绘制在围绕地球的水平假想线。
- 经度
- 绘制在围绕地球从极点到极点的垂直假想线；本初子午线是经度 0 度。
- 地图
- 地球表面的二维表示。
- 墨卡托投影
- 墨卡托发明的二维投影，使用包裹在地球周围的圆柱体。
- 投影
- 一种将三维表面在二维中失真和/或表示的方法。
- 想象你是一名飞行员，必须从纽约飞往巴黎。使用地球仪和世界地图执行以下操作
- 在地球仪上绘制你从纽约到巴黎的航线。使其成为最短的距离。
- 使用比例尺、尺子和绳子测量距离。
- 将地球仪上的航线绘制到世界地图上。
- 在地图上绘制一条连接纽约和巴黎的线。
- 地球仪上的航线与地图上的线如何比较？哪个距离最短？写一段简短的文字描述差异并解释它们为何不同。
- 如果你要去探索南极洲，你会选择使用墨卡托投影的地图吗？解释为什么这不是一个好的选择。什么其他类型的地图会更好？
- 地图使用比例尺，这意味着地图上的特定距离等于地球上更大的距离。为什么地图要按比例绘制？如果地图不使用比例尺，你会遇到哪些问题？