简短的回答:为保住方向而让出面积的地图
墨卡托投影(Mercator projection)精确地保持方向,代价是扭曲面积。因此在世界地图上,格陵兰(Greenland)看起来和非洲(Africa)差不多大。UN News 指出,实际上非洲约大 14 倍。韩国国土地理情报院(NGII)把圆球形的地球转绘到纸张这类平面上的过程定义为地图投影。据其说明,在转绘为平面的这一步,仍会残留变形。
美国地质调查局(USGS)指出,所有平面地图都会以某种方式错误地表现地表。因此,与其追问地图是不是错了,不如问它保住了什么、让出了什么。墨卡托投影保住的是方向,让出的是面积。
所有平面地图都会变形——美国地质调查局的地图投影问答
美国地质调查局的地图投影问答页面写道,变形无法避免。其说明是:在真实地表现地球整个表面这件事上,任何平面地图都比不上地球仪。该页面关于墨卡托投影的说明译成中文如下。“基本的墨卡托投影是唯一一种地图:在其范围内的任何地方画一条直线,这条直线都显示真方向;但在墨卡托投影的地图上,距离和面积在地图的极地附近会严重变形。”这段文字并非原文照搬,而是意思的转译。原文可以在美国地质调查局网站的这个问答页面直接阅读。
国土地理情报院也写道,要做出距离、方向、形状、面积全都准确反映的地图是不可能的。美国国家海洋和大气管理局(NOAA)海岸测量局把海图的平面化解释为:用数学方法把球面上的位置投影到圆柱面上。UN News 报道说,保持方向的代价是牺牲面积。同一篇报道写道,陆地离赤道越远,显示得越大。把这两种说明放在一起看,变形不是失误,而可以看作选择的结果。
1569 年发表的投影与海图实务——NOAA 海图学指南
UN News 报道说,佛兰德斯地图制作者赫拉尔杜斯·墨卡托(Gerardus Mercator)在 1569 年设计出这一投影。同一篇报道写道,其目的是解决海上航行的实务问题。美国国家海洋和大气管理局海岸测量局也写道,矩形的墨卡托投影最早发表于 1569 年。国土地理情报院说明,这一投影是为远距离航海而设计的。理由写的是:可以按同一个方位角在两点之间航行。
美国国家海洋和大气管理局用“直线”来解释为什么大多数海图采用墨卡托投影。因为在海图上画出的直线就是航向保持不变的线,也就是恒向线(rhumb line)。使用电子海图(ENC)数据的 ECDIS 和多种航海系统,也以墨卡托投影来显示。该机构海图的比例尺在 1:2,500 到 1:1,000 万之间。传统纸质海图的发行已于 2024 年结束。
国土地理情报院写道,在与圆柱相切的赤道附近没有面积变形。接着的说明是,越靠近两极,面积变形越严重。可以认为,把为海上使用而制作的投影用来比较面积,偏差就会变大。
2026 年联合国大会决议 A/80/L.104 与 Equal Earth 投影
联合国非洲问题特别顾问办公室(OSAA)表示,联合国大会于 2026 年 9 月 4 日通过了决议 A/80/L.104“Correct the Map”。这项决议由多哥和非洲联盟主导。UN News 报道,表决结果为 164 票对 1 票。据同一篇报道,美国称这一构想属于“激进意识形态工程”的一部分,投下了唯一一张反对票。爱沙尼亚、格鲁吉亚、立陶宛、摩尔多瓦、塞尔维亚、乌克兰 6 个国家弃权。法国外交部长让-诺埃尔·巴罗(Jean-Noël Barrot)在表决前几个小时宣布,计划在世界地图上放弃墨卡托投影。
OSAA 说明,这项决议并不禁止墨卡托投影,也不强制替换,而是建议在相对大小很重要时,使用 Equal Earth 投影这类等积地图。决议同时还包含一项建议:应讲授平面地图在表现球形行星时存在的局限。OSAA 写道,等积地图并不是把非洲放大。其说明是:它消除了墨卡托投影对靠近极地的陆地所造成的夸大。
决议指出,2018 年开发的 Equal Earth 投影能更准确地表现相对大小。莫纳什大学(Monash University)公开的 2019 年论文《The Equal Earth map projection》把这一投影介绍为用于世界地图的等积伪圆柱投影。它的灵感来自广为使用的罗宾逊投影(Robinson projection),不同之处在于它保持各地区之间的相对面积比。文中写道,其投影方程实现简单、计算快速。国土地理情报院说明,彼得斯投影(Peters projection)虽然形状与实际不同,但面积是准确的。
各机构与文献所用投影的逐项整理
把同一个问题摆到各机构面前,选择就各不相同了。美国地质调查局几十年间只使用多圆锥投影,如今在出版地图上使用多种通用投影。对地形图和州基本图系列这类大比例尺地图,则使用横轴墨卡托投影和兰伯特等角圆锥投影这类等角投影。该机构说明,基于横轴墨卡托投影的 1:24,000 的 7.5 分地形图在各方面都几乎准确。在小比例尺的世界墨卡托地图上,高纬度的变形是极端的。文中写道,如果用横轴墨卡托地图把同样处于高纬度的狭长区域妥当地安放其中,这种变形就几乎消失了。
逐项整理如下。首先,美国国家海洋和大气管理局海岸测量局在海图上使用墨卡托投影,比例尺为 1:2,500 到 1:1,000 万。其次,美国地质调查局在 1987 年以专业报告第 1395 号出版了约翰·P. 斯奈德(John P. Snyder)的《Map projections: A working manual》,正文为 385 页。该机构为了用卫星对地球进行低变形的连续测绘,设计了空间斜轴墨卡托投影(Space Oblique Mercator)。这份报告按 Crossref 统计被 674 篇文献引用。国土地理情报院用把圆柱旋转 90 度以尽量减小变形的横轴墨卡托投影来制作韩国国内的地图,世界地图则从 2011 年起采用罗宾逊投影制作。对面积数字感兴趣的读者,也可以一并阅读另一篇考察韩国面积的文章。
刊登在《韩国地图学会志》上的一篇论文,以确定最适合制作大韩民国周边图的投影为目的。候选被选定为四种:兰伯特等角圆锥投影、阿尔伯斯等积圆锥投影、兰伯特等积方位投影、等距方位投影。文中判断,在变形分析中使用极小尺度的局部变形度指数最为合适。分析平台则选定了基于局部变形度指数的 PDAT(Projection Distortion Analysis Tool)。综合考察的结果,最终投影是兰伯特等积方位投影。这篇论文可以在韩国研究基金会 KCI 门户的论文信息页面上查到。
| 机构·文献 | 所用投影 | 依据中写明的数字·年份 |
|---|---|---|
| 美国国家海洋和大气管理局(NOAA)海岸测量局海图学指南 | 墨卡托投影(海图·ECDIS 显示) | 比例尺 1:2,500~1:1,000 万,纸质海图发行于 2024 年结束,投影于 1569 年发表 |
| 美国地质调查局(USGS)地图投影问答 | 基于横轴墨卡托的 7.5 分地形图 | 比例尺 1:24,000,海报上有 18 种投影 |
| 美国地质调查局专业报告第 1395 号 | 横轴墨卡托、兰伯特等角圆锥、空间斜轴墨卡托 | 1987 年出版,正文 385 页,Crossref 引用 674 次 |
| 国土地理情报院(NGII)地图投影 | 本国地图用横轴墨卡托,世界地图用罗宾逊 | 世界地图自 2011 年起,圆柱旋转 90 度 |
| 《韩国地图学会志》论文(KCI) | 最终选定兰伯特等积方位投影 | 候选 4 种,分析平台 PDAT,发表年份尚无法确认 |
| 联合国大会决议 A/80/L.104 | 建议使用 Equal Earth 等等积地图 | 2026 年 9 月 4 日通过,164 票对 1 票,6 国弃权,Equal Earth 于 2018 年开发 |
小结
这个问题的答案在于投影的目的。墨卡托投影是为了航海而保住方向、让出面积的投影。所以地图上的格陵兰看起来和非洲差不多,但据 UN News,非洲约大 14 倍。国土地理情报院写道,距离、方向、形状、面积全都准确的地图是做不出来的。
OSAA 总结说,任何投影都无法把地球的曲面完美地再现在平面上。其说明是:每种投影都会牺牲面积、形状、距离、方向中的一部分,各自适合不同的用途。美国地质调查局指出,在所有等积地图上形状都会有一定程度的变形。2026 年的决议没有约束力,墨卡托投影也不会消失。因此可以认为,选择地图的标准,取决于你想比较什么。