给你一个包裹,里面有:指南针、六分仪、带 GPS 的手机。
你已经进入极圈,现在准备自己去极点,但必须要丢掉一个东西,你会丢哪个?
1。指南针
是的,大部分人会丢掉指南针。
小学地理课就学过,地磁北极和地理北极不在一个地方,而且地磁的极点会随时间不停的变化,它甚至都不是对称的,也就是说,地磁北极与地磁南极并不是处在对跖点位置上。
用指南针只能找个大概,进了极圈之后,指针会倾斜,有时会转个不停,偏差会越来越厉害,即使在相对较短的距离上也是如此。
当然,在接近极点之前,指南针还是可以提供一定的辅助。所以有些人喜欢把指南针装在滑雪杆上、装在口罩上,但针总会跳来跳去。
扔掉。
哦,再多说一句,对于迷路又什么都没带的人来说,北极比南极更容易导航,这是因为北极有很多大的冰脊,可以给你一个方向感,而南极是一片平坦的白色,除了太阳在变化,什么变化也看不到。不过北极有时会有大雾(主要发生在 5 月左右),这时你看手表(格林威治时间),半夜 12 点,你的阴影将指向北极点。
2。手机 /GPS
手机不能扔,毕竟还得留着发朋友圈。但手机里的 GPS,在极地已经有点略微不好用了。
很多人想,商业航班都能飞过极圈,那说明全球定位系统(GPS)起作用啊。
对于航向相对固定的飞机来说,GPS+ 惯性导航确实能用,直接替代了 20 世纪 40 年代到 20 世纪末使用的陀螺仪 +(格林威治)网格导航法[1]。在地面雷达和 ADS 的帮助下,飞行管理系统不会飞偏。
但对于手机来说,它的工作原理导致导航精度会略下降。
虽然与中低纬度地区相比,极区具有更多的可视卫星,但多数卫星高度角较低。我们知道,GPS 卫星的轨道倾角是 55 度左右,伽利略是 56 度左右,我国北斗的 IGSO 也是 55 度,这意味着在北纬 56 度以北的地区,这些个导航卫星不再会出现在天顶,卫星的仰角会随着纬度的增加而进一步减小。
下图是丹麦哥本哈根(北纬 56°)和挪威斯瓦尔巴群岛(北纬 78°)的 GPS 卫星的在天球上的轨迹。
这导致了 GPS 中的水平分量精度因子(HDOP)的数值虽然小,但垂直分量精度因子(VDOP)数值较大 / 质量不佳。由于 DOP 的值与定位误差成正比。因此纬度越高,卫星在垂直分量上的几何分布就越不理想,定位精度就会越差。
这也是为什么国土主要分布在高纬度的俄罗斯,它的 Glonass 系统的倾角会到 65 度的一个原因。
下面这个数据,是北斗二代区域卫星导航系统(DB2)在北纬 55°~90°不同高度截止角下的可见性[2]:
从表中可以看出,北斗二代在北纬 60°~75°间 ,仅有一小部分可见(且 PDOP 值偏大),在北纬 75°~90°间 ,BD2 基本不可见。
这也是为什么要搞北斗全球星座布设的原因。目前北斗三代在极区的导航服务能力有了明显改善,在两极地区的平均可见卫星数达到了 8.8 颗[3]。在北极地区E、N、U方向定位精度分别优于 1 m、1 m 和 5 m,定位精度与 GPS 相差不是太大,各频点组合定位精度在E、N、U方向均优于 2 cm。
另外,对流层延迟、极区电离层闪烁、恶劣的气候环境都会对定位造成干扰。我们知道,大气中的电离层是由连续运动的不均匀的带电粒子组成的,从卫星发出的 GPS 信号会在电离层中收到干扰而延迟。为了保证定位的精确性,除了采用双频甚至多频消电离层组合外,还可以建更多的监测站,从而建立更为精确的区域电离层模型,定期纠正补偿。
但如果遇上太阳活动周期,电离层就会变得更加活跃,导航精度不可避免会变得很差。所以当你在极圈内因看到极光而兴奋不已时,这时候你可以留意一下 GPS 导航的数据。
为此,目前有很多国家在极地附近会安置地面导航站,用来弥补天上卫星的不足。
像这种基站可以在它附近使用,与 GPS 一起用时,能达到厘米级精度[4]。但它不广播差分校正,与普通手持的 GPS 导航接收器不兼容。
另外,过低的气温下,普通的手机有时会直接关机给你看。即使是用体温捂热了开机,在寒冷的气温下又会很快冷掉。事实上,温度对 GPS 的定位精度也有一定影响[5]。
所以,你的手机可能在极点并没那么好用,所以得买个专业的耐候设备(还有备用电池)。比如 Garmin、deLorme 和 Silva 的手持 GPS,Silva 是最耐寒的,但很难买到了,现在很多人都还是买 Garmin。从下图 Garmin 的 GPS 导航设备的屏幕上,可以看到南纬 90 度的数据(注意看,经度不是 0)。
如果你的系统老旧,不能记录你的路线轨迹,那么还要带记事本、地图、尺子和铅笔(在极圈户外没法用圆珠笔哦),来记录位置和进度。
3。六分仪
这是最不应该丢掉的东西,因为它不用电,而且很准确。
在极昼时,可以用六分仪来测量太阳在地平线上的最大高度,就能得到所在的纬度变化。在极夜时,可以用它来测量恒星的高度变化,就可以确定自己前进时的纬度变化,有点像下西洋的郑和所用的牵星板的那个意思。(抢答:当你到达极点仰望天空时,天上的太阳或星星在⼀天之内的仰角高度会如何变化?)
1911 年第一个到达南极点的阿蒙森,他靠的主要就是六分仪。他在极点搭的帐篷,目前离南极点只有 1.8~2.5 公里左右(还要考虑冰层的运动)。
下图是阿蒙森 - 斯科特南极站。在图上中间偏上的位置,能看到一排《南极条约》最初签署国的国旗,中间围着一个小点,那是所谓的“南极点”,一根不锈钢柱子上面顶个球。其实它是用来给人拍照打卡的,实际的地理南极点在它左边几米的地方。
极地的冰盖会以每年约 10 米的速度移动。因此,科考站所在的经纬度实际会不断地变化。每年元旦时,那个极点的标志物都会被重新定位一次,以补偿冰盖的运动。
好了,你现在已经学会怎么找南极点和北极点了,接下来只要准备一下(包括资金等),就能出发了。