谭老师地理工作室|【备考干货】高考热点问题专题探究——大圆航线

_本文原题：【备考干货】高考热点问题专题探究——大圆航线
如下图，是全球航线图
以前我就很好奇
明明两点之间直线最短
那为什么飞机飞上蓝天的时候
不是直线的呢
被这个问题困扰了好久
直到我看到了下面的内容

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实际上飞机的航线图在具体航班中是这样的

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从上海飞往福州的航线就不是一条直线，而是接近于圆弧。
为什么飞机航线是弯弯曲曲的圆弧呢?
DI YI
飞机不能按直线飞行?是的
在看地图的时候，比如从上海到福州，最近的距离肯定是画条直线。可是地球是球体而不是平面，出发地和目的地与地心做一个平面，平面与地球表面相交的大圆劣弧就是最短距离，所以在地球上的两点之间的最短距离是一段圆弧，并非直线，我们把两点之间沿地球表面的最短路径称作「大圆航线」。

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DI ER
飞机沿大圆航线飞行
原理上，飞机按大圆航线飞行距离最短，最省时、最省油、最高效。可惜理想很丰满，现实很骨感，飞机并非严格沿着大圆航线飞行，主要受到以下4个因素的限制：
导航技术限制：然目前有GPS导航技术，但很多民航客机的飞行仍然依靠惯性导航(IR)和指向台导航(VOR/DME)的叠加使用，从而保证飞机导航精度达到非常高的程度，但VOR导航技术的一个缺点是导航需要依赖于导航台，且飞机只有在面向或背向导航台飞行时才能获得高精度导航，所以飞机的飞行轨迹本质上就是从一个导航台飞向另一个导航台，因此无法实现直线飞行。

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适航规章限制(ETOPS规定限制)：由于早期飞机发动机可靠性不强，当时双发飞机很容易在飞行过程中出现一个发动机失效的情况，造成严重的安全隐患，因此国际民航管理机构规定飞机的全航路中，任何一点到最近的备降机场的距离不得超过单发飞行60分钟的航程，在飞机不可控之前能够安全着陆。
现在随着发动机可靠性提升，这个单发飞行到最近备降机场的时间已经延长到了120分钟的航程，使得飞机可以选择更近的航线，原本双发飞机无法飞行的线路都不再受限制了。而空客公司最新研发的 A350XWB 客机，更是获得了最长达 370 分钟的延程运行认证，也就是说 A350 即便在一个发动机坏了的情况下，依然能够靠另一个发动机最长飞行 6 小时。

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空管限制：空中的交通管理员(可以认为这是交警)对每架飞机从起飞到降落的整个飞行过程中的指挥和调配。在空中飞行的两个飞机之间要保持一定的高度差和水平距离差，否则会相互受到影响甚至发生危险。而这些垂直间隔和水平间隔都有着具体的数值规定，并且要依赖管制员的指挥得以保证。

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地形、气候的限制：不同的地理环境会产生不同的天气情况，飞机在飞行中会受到天气条件的制约。比如盆地、山谷多大雾天气，在温带多雷暴，在热带、亚热带海域多台风、飓风。这些天气带有明显的区域性、季节性，所以飞机航线会尽量避开危险天气的易发地区。分页标题

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【谭老师地理工作室|【备考干货】高考热点问题专题探究——大圆航线】
DI SAN
凹造型航线
飞机不是按直线飞行的，而是一条弯弯曲曲的大圆航线。遇上恶劣天气，还会有绕飞、备降等情况，这时候航线更是各种凹造型。

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面对威力巨大的恶劣天气，航班取消或延误频发都是正常的。
以上，对于飞机为什么不能直线航行的原因，你明白了吗?
地球是圆的，地图却是平的，如何调和三维球面与二维地图平面的矛盾呢?
1.1 墨卡托投影
大航海时代的1569年，一位比利时的地图学家创立了一种以他名字命名的经典的投影方法：墨卡托投影(Mercator Projection 或称：麦卡托投影)
用这种方式做出来的世界地图长这个样子：

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墨卡托投影的最大问题就是高纬度地区的严重失真。
为了解决这个问题，地图学家们前仆后继，再后来的几百年里又折腾出了几种投影方法：
1.2 桑生投影(Sanson Projection)：

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由法国的尼古拉斯·桑生于 1762 年创立。
纬线平行间距相等，中央经线为直线，其它经线为正弦曲线且成轴对称分布于中央经线左右。
适用于沿着赤道和中央经线分布的地区，如南美洲，非洲。
1.3 哈默投影(Hammer Projection)：

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由美国地理学家哈默于1872年创立。
由双半球地图合并而来，更加接近于真实球面，但并未摆脱近大远小的视觉变形。
1.4 古德投影(Goode Projection)

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由美国的地理学家古德于1923年创立。
又称分瓣投影，还原度最高，但会断裂。
但这几种方法，不但在绘图地域上有局限性，而且经纬度是曲线，对于航海家和后来的飞行员来说，在茫茫大海或者天空中导航，需要时刻计算并且调整航向，可谓是极不方便，也很危险。所以绝大多数航图到今天仍然是根据墨卡托投影制成的。
2. 大圆航线与等角航线
在几何课上我们学过一条公理：两点之间，线段最短。
但这是平面。在球面上可不是这样。
球面上两点间的所有弧线中，弧线对应的半径越大，弧的弯曲程度越小，就越趋近于直线，距离也就越短。
打个比方，你拿一个乒乓球，你会觉得它的表面是弧的，但远眺地平线的时候，你就会觉得它是一条直线。
一个球可以切出很多圆，就像纬度线，但球大圆(→_→)球半径所在的圆是最大的，球大圆上面的弧线是两点之间最短的弧线，而用这种方式规划的航线，就叫做大圆航线。分页标题
除了赤道和经度线，一般情况下球大圆都不符合东南西北的正方位，人才会觉得在地图上绕了远路，但这恰恰才是机组抄的近路。
航线的航角是根据GPS显示的，但在飞机上的GPS是通过显示航向和经度的夹角来提示坐标的，领航员要确定后续航向，计算航速来指导驾驶员。
大圆航线距离短，但导航相当麻烦。
等角航线距离较长，但导航简单，操作最简。
如果我们坐过飞往美国的航班，那么我们会发现，中国飞往美国的航班是要在北极上绕一圈的。但是如果我们看地图就会觉得，从中国飞往美国的最短航线是横穿太平洋的。那么为什么飞机在实际飞行的过程中不是穿越太平洋而是要选择绕这么一大圈呢?

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要回答这个问题，我们要了解一下航线规划需要考虑的条件。首先，航线需要符合国际航空管制;其次，航线要考虑经济性。航空公司为了尽最大可能去减少成本，获取收益，所以航线的选择也是选择出发地到目的地之间最短的距离，因为这样可以有效减少形成时间，减少航空燃油的消耗;第三，航线的设置需要考虑安全性。地球各个地区气候不一，天气变化多端，民航路线的选择会选择一些天气变化相对稳定，气候条件时候的空域。从地图上看，横穿太平洋的确是更为便捷的路线，但是大家忘了一个问题。那就是，地球是圆的。地图上的最短距离并不是实际飞行路线的最短距离。

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地理上把飞行最短路径叫做“大圆航线” 。这个名称的定义是把地球看成一个球体，通过地面上任意两点和地心做一平面，平面与地球表面相交得到的圆周就是大圆。而两点之间的大圆劣弧线才是两点在地表上的最短距离。如果我们是从上海飞往纽约，因为上海在经度上和纽约相差了将近180° ，因此上海到纽约的大圆航线会跨越北极圈。

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细心的朋友会发现，从上海飞洛杉矶的实际飞行路线要比这个大圆航线偏南一些。飞机飞过日本后，再从北太平洋穿越。这个飞行路线虽然比大圆航线要长，但是飞行时间会更短。这是因为北半球中纬度地区，对流层顶部平流层底部有一条高空急流带，这条急流带内常年吹西风。借助西风，飞机可以获得超过1000km/h的对地速度。
所以上海飞洛杉矶按照这条线路来飞，虽然飞行距离长了点，但是时间更短，燃油也更少。不过从美国回中国却不是按这条路线飞行了，因为这样一是路线长，二是逆风。所以回来的路线飞行员会选择大圆航线。

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抛开油耗以及成本问题，不直接走太平洋的原因还有一个，那就是为机组及乘客安全考虑。按照现在的航空线路，一旦飞机出现机械性故障，谭老师地理工作室综合整理飞机可以绕白令海峡进入美国，美国有不少大型机场可以作为备降机场。而飞机如果从太平洋上空飞行，没有国家会在太平洋上建立中转机场。所以飞机一旦出事，后果将不堪设想。

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因此，总的来说，从中国飞往美国的航线选择从北极上绕一圈而不是直接飞过太平洋有两个原因，一个是飞行距离短，耗费的成本少;另一个是保障飞机上所有人员的安全。
高考地理专题设计——航线
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 分页标题
一、单选题
1．如下图所示， 1941年12月7日日本海空军偷袭美国珍珠港舰队航行路线(图中B表示夏威夷群岛) 。日本海军选择了M代表的路线，而没有选择N路线，那么M路线的有利条件是()

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①这条航线的航程较短，理由是球面上任意两点间最短距离是通过这两点的大圆劣弧
②冬季该线路上空多大雾天气，便于舰队隐蔽
③该线路航速快，因为顺风
④该线路顺着东北信风，大气能见度好
A．①②③ B．②③④
C．①③④ D．①②④
2．关于经线、纬线说法正确的是（）
A．同一条经线上的两点能确定东西方向
B．同一条经线上的两点能确定南北方向
C．构成地球大圆的两条经线必须一条是东经所在经线，一条是西经所在经线
D．任何一条纬线圈都是地球的大圆
3．近年来，全球变暖使北极(海洋运输)航线的开通逐渐成为可能。下图示意计划中的北极航线(包括东北航线和西北航线) 。下列说法正确的是

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A.东北航线、西北航线会合处P临近北冰洋和大西洋的分界线
B.若北极航线开通，该航线单位距离能源消耗较少
C.若北极航线开通，该航线航行的船舶维护费用较高
D.西北航线的开通将缩短大连和鹿特丹的航程
近年来，全球变暖使北极(海洋运输)航线的开通逐渐成为可能。下图示意计划中的北极航线(包括东北航线和西北航线) 。据此完成下列各题。

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4．东北航线、西北航线会合处N临近
A．马六甲海峡 B．巴拿马运河 C．直布罗陀海峡 D．白令海峡
5．若北极航线开通，从亚洲东北部到北美洲东海岸最近的航线是
A．东北航线 B．西北航线 C．经苏伊士运河航线 D．经德雷克海峡航线
下图左中大圆为晨昏线， M点纬度为70° ，且在东西半球分界线上；P点线速度为0；图中阴影与非阴影部分日期不同。完成下题。

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6．
A．3日2时40分 B．3日21时20分 C．4日2时40分 D．4日21时20分
7．
A．正南4:40 B．正北4:40 C．正南19:20 D．正北 19:20
8．
A．飞机飞行方向保持不变 B．航线是按QM两地间最近距离飞行
C．飞机将飞越太平洋上空 D．此日后，北半球各地昼变短，夜变长
参考答案
1．A
【解析】
试题分析：M线路是球面两点的大圆劣弧，航程较短；受北太平洋暖流的影响，冬季该线路上空多大雾天气，并且顺洋流航速快。故选A
考点：洋流和球面距离
点评：本题考查北太平洋暖流，试题难度较大，解题关键是理解球面上两点之间的最短距离，掌握北太平洋暖流的影响。
2．B
【解析】
【分析】
本题主要考查经线和纬线的有关知识，意在考查学生基础知识的掌握情况，总体难度不大。
【详解】
同一经线上的两点能确定南北方向，纬线上的点确定东西方向，构成地球大圆的经线包括0°经线与180°经线组成的经线圈，赤道是纬线圈中的大圆，故选B 。
3．C
【解析】图中阴影部分代表水域，空白部分代表陆地，根据图示和经纬度定位， P是白令海峡，它既是北冰洋和太平洋的分界线，又是亚洲和北美洲的分界线， A错误；北极航线浮冰较多，运行速度慢，单位距离能源消耗较多， B错；浮冰易冲撞船体，破坏船只，维护费用较高， C正确；分页标题
西北航线连接的是亚洲东北部到北美洲东海岸，对缩短大连和鹿特丹的航程影响不大， D错误。故答案选 C 。
4．D
5．B
【解析】
4．读图，根据图中大洲名称和经纬度分析， N位于180°经线东侧，北极圈附近，且是亚洲和北美洲的分界，所以应临近白令海峡， D对， A、B、C错。故选D 。
5．若北极航线开通，从亚洲东北部到北美洲东海岸，读图可以看到，最近的航线是乙航线，即西北航线。这条航线更接近两点间大圆劣弧的长度，不用经过苏伊士运河或巴拿马运河。 ACD错误，故选B 。
【点睛】
本题主要考查世界主要海峡、运河的分布位置以及两点间的最短航线。难度较大，要求学生掌握世界地图，并掌握相关知识。
6．B
7．A
8．C
【解析】
6．本题考查日期分界线。地球上的日期分界线有两条，一条是180°经线，另一条是0:00所在经线。顺着地球自转方向经过180° ，日期减一天，经过0:00所在经线日期加一天。 PN的地方时为0:00 ，经度为160°E ， PQ的经度为180° ，则北京时间为3日的21时20分。所以本题选择B选项。
7．根据图示PN的地方时为0:00 ，则北极附近出现极夜现象，太阳直射点位于南半球，全球非极昼极夜区日出东南方向，影子位于西北，所以甲指向正南，根据日出影子和正午影子方位不同，则该地昼长于夜，乙地指向西北，为日出影子朝向，所以地方时小于6:00 。所以本题选择A选项。
8．Q地经度为180° ， M点经度为20°W ，所以从Q点起飞， M点降落，图中经过太平洋上空；图中方向为先向东北，再向东南，不是最短航线；此日后，全球昼夜长度状况无法确定。所以本题选择C选项。
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