第一节郭守敬与元代的纬度测量

中国古代的地图测绘

作者：葛剑雄

第一节郭守敬与元代的纬度测量

　　郭守敬(公元1231—1316年)，字若思，顺德邢台(今河北邢台市)人。他的祖父郭荣学识渊博，精于算数与水利，对郭守敬的成长影响很大。郭荣还使郭守敬师从精通天文、地理、律历的刘秉忠。中统三年(公元1262年)，郭守敬因熟悉水利而受到元世祖忽必烈的召见，此后即被委派为负责水利的官员。至元十三年(公元1276年)，郭守敬调任太史局(后改为院))，负责编制新历，在此期间组织了“四海测验”，对全国的纬度进行了空前规模的实测。至元十七年(公元1280年)编成了著名的授时历。此后，郭守敬还主持开通了通州至首都大都(今北京市)的运河。

　　郭守敬受命编制新历后，就认识到“历之事，在于测验，而测验之器，莫先于仪表”(历法的制订主要依靠实际测量和检验，而测量、检验的工具又取决于仪表)。正因为如此，他首先致力于创制“仪表”，即简仪、高表、仰仪、立运仪、景符等十几种专用仪器，还为野外观测设计了丸表、悬正仪、座正仪等仪器。这些仪器具有精确、灵巧、简便的优点，对这次大规模的测量起了重要作用。

　　以郭守敬为首的14名官员和大量测量人员在南北长11000里，东西宽8000里的辽阔范围内布下了27个观测站，又在其中精心选出七个比较重要的点：南海(今越南中部)、衡岳(今湖南衡山)、岳台(今河南开封)、和林(今蒙古鄂尔浑河上游东岸哈尔和林)、铁勒(今俄罗斯境内安卡拉河、叶尼塞河地区)、北海(今俄罗斯下通古斯卡河下游)和大都(今北京市)。除大都是首都外，其余六个点从南到北代表了各大区域，相邻两点纬度的间隔都是10度。在这些点所作的观测项目都较其他点齐全。为保证资料的可靠性，在中原地区加密了观测站，这些站集中在北纬40度至30度的范围。为了顾及东西的差异，还选取了高丽(今朝鲜开城)和西凉州(今甘肃武威市)。将这些站的北极出地值(即北天极的地平高度，亦即纬度)和它们现在测得的实际纬度相对照(见下表)，可以看出，中原地区观测站的差值比较小，特别是陕西四川行省三个点、河南行省四个点和中书省直辖地三个点的差值分别是5'、12'和23'，其中岳台(今河南开封市岳台坊)完全没有误差。衡岳的差值最大，达2°23'，可能是古今的观测点不在一处造成的。用当时的仪器和技术能达到这样的结果，是非常先进的水平。

　　遗憾的是，这一重大成果仅运用于历法的编制，却没有能用之于地图测绘。

　　据《元文类·郭守敬传》记载，他在今宁夏时，曾想乘船溯黄河而上，考察河源。又曾从孟门以东，沿着黄河故道在方圆数百里的范围内测量地平面，以决定哪里可以分流减少水患，哪里可以引水灌溉，这些都画有地图。他还曾用海平面来比较大都与汴梁(今河南开封市)的地势高低之差，认为汴梁的水高出海平面很多，所以流速相当快；而大都的水高出海平面少，流速就慢得多。这是我国以海平面为水准测量高程起算面最早的文字记录。郭守敬从理论上认识了海平面，并把它作为测量高程的起算面，对大地测量和地图的绘制都做出了重大贡献。

　　元朝四海测验观测值与现在纬度对照

元测站	今地	元测值	现纬度	差值
上都北京西京大都太原登州益都东平大名南京岳台阳城安西府兴元扬州成都鄂州衡岳吉州雷州琼州	内蒙古正蓝旗兆乃曼苏默内蒙古宁城西北大明城山西大同北京市山西太原山东蓬莱山东青州市山东东平河北大名东河南开封河南开封市岳台坊河南登封县告成镇北陕西西安陕西汉中江苏扬州四川成都湖北武汉湖南衡山江西吉安广东海康海南琼山	42°38′ 41°29′ 39°40′ 40°15′ 37°42′ 37°42′ 36°43′ 35°14′ 35°29′ 34°20′ 34°30′ 34°10′ 34°05′ 33°06′ 32°32′ 31°08′ 31°03′ 24°38′ 26°07′ 20°27′ 19°28′	42°10′ 41°45′ 40°06′ 39°55′ 37°50′ 37°50′ 36°40′ 35°55′ 36°20′ 34°48′ 34°30′ 34°24′ 34°14′ 33°05′ 32°25′ 30°40′ 30°30′ 27°15′ 27°06′ 20°54′ 20°00′	-28′ 16′ 26′ -20′ 8′ 8′ -3′ 41′ 51′ 28′ 0 14′ 9′ -1′ -7′ -28′ -33′ 2°37′ 59′ 27′ 32′

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