위도
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1. 개요
위도는 지구 표면의 한 지점에서 지구 중심을 향하는 수직선과 적도면이 이루는 각도로 정의되며, 적도를 0도로 하여 북쪽을 북위, 남쪽을 남위로 나타낸다. 위도에는 지리 위도, 지심 위도, 천문 위도 등 여러 종류가 있으며, 지구의 형상, 중력, 천문 관측 등에 따라 정의가 달라진다. 위선, 회귀선, 극권 등 위도와 관련된 개념들이 있으며, 대한민국은 북위 33도에서 43도 사이에 위치한다. 남반구에서는 위도에 따라 로어링 포티스, 퓨리아스 피프티스, 슈리킹 식스티즈와 같은 속칭이 사용된다.
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측지계는 지구의 형태와 위치를 수학적으로 모델링하여 위도, 경도, 고도 등을 정의하고 측량, 지도 제작, GPS 등에 활용되는 기준 좌표계이다.
| 위도 | |
|---|---|
| 지도 정보 | |
| 정의 | |
| 설명 | 지구 표면의 한 점의 위치를 나타내는 데 사용되는 지리 좌표계 중 하나로, 지구 중심에서 해당 지점까지의 선이 적도면과 이루는 각도 |
| 측정 단위 | 각도 (°, 도) |
| 종류 | |
| 종류 | 지심 위도 천문 위도 측지 위도 |
| 세부 정보 | 지심 위도: 지구 중심을 기준으로 측정한 위도 천문 위도: 천체를 기준으로 측정한 위도 측지 위도: 지구 타원체를 기준으로 측정한 위도 |
| 위도와 관련된 주요 개념 | |
| 적도 | 위도 0도 |
| 극 | 위도 90도 |
| 위선 | 동일한 위도를 가진 지점들을 연결하는 선 |
| 지리 좌표계 | 위도와 경도를 함께 사용하여 지구상의 위치를 지정하는 시스템 |
| 활용 | |
| 사용 | 지도 제작 항해 위치 추적 기타 지리 정보 시스템 분야 |
| 기타 | |
| 참고 | 위도는 북위(북반구) 또는 남위(남반구)로 표시 |
2. 위도의 정의 및 종류
지구상의 위치를 나타내는 방법 중 하나인 위도는 지구 표면의 한 지점에서 지구 중심을 향하는 수직선(연직선)과 적도면이 이루는 각도로 정의된다.[1] 적도는 위도 0도이며, 북쪽은 '''북위''', 남쪽은 '''남위'''라고 한다. 북극과 남극은 각각 90도가 된다. 북위는 +, 남위는 - 부호를 붙여 나타내기도 한다. 1도보다 더 세밀하게 나타낼 때는 1도 = 60분 = 3600초로 나누어 표현한다.[22]
같은 위도의 점들을 연결한 선을 '''위선'''이라고 한다. 메르카토르 도법 지도에서는 위선이 적도에 평행한 직선으로 나타난다. 태양은 지상에서 볼 때 적도를 중심으로 남북으로 왕복 운동을 하는데, 그 범위는 위도 23도 27분까지이며, 이 위선을 회귀선이라고 한다. 또한, 위도가 66도 33분보다 높은 지역을 극권이라고 한다.
해리는 위도 1분의 지구 표면 거리를 기준으로 만들어졌으며, 거의 같다.
지구는 완벽한 구가 아니라 회전타원체에 가깝기 때문에, 위도의 정의에 따라 여러 종류가 있다.[22]
| 종류 | 정의 | 특징 | 주된 사용처 |
|---|---|---|---|
| 지리 위도 | 지구 타원체면에 수직인 법선과 적도면이 이루는 각도 | 일반적으로 사용되는 위도, 그냥 위도라고 하면 지리 위도를 의미[22] | GPS(위성항법시스템), 지도 제작 등 |
| 지심 위도 | 지구 중심에서 해당 지점을 연결하는 직선과 적도면이 이루는 각도[22] | 지리 위도와 최대 11분 33초 차이(위도 45도 부근)[22] | 지구 내부 구조 연구 등 |
| 천문 위도 | 지구 적도면과 지표면의 한 점에서의 진정한 연직 방향 사이의 각도[5] | 연직선 편차 때문에 지리 위도와 수 초 차이 발생[5][21], 극운동에 의해 주기적 변화 | 천문 항해, 과거 정밀 측정 등 |
| 기타 위도 | 정류 위도, 등면적 위도, 등각 위도, 등거리 위도 등 | 특수한 목적을 위해 정의된 위도 | 지도 투영, 측지학 계산 등 |
2. 1. 지리 위도
지오이드와 회전타원체를 이용해 지구 상의 위도와 경도를 정의한다.[1] 일반적으로 사용되는 위도는 지구를 회전타원체로 가정했을 때 해당 지점에서의 타원체면에 수직인 법선과 적도면이 이루는 각도인 지리 위도이다. 그냥 '위도'라고 하면 보통 지리 위도를 의미한다.[22]지리 위도는 법선과 적도면 사이의 각도로, 영어권에서는 보통 그리스 소문자 파이(ϕ영어)로 표시한다.[1] 항해 목적상으로는 도와 소수점 분으로 표시하기도 한다.[2] 예를 들어, 니들스 등대는 북위 50°39.734′, 서경 001°35.500′에 위치한다.[2]
지리 위도는 기준 타원체에 따라 달라지므로, 정밀한 측정이 필요할 때는 기준 타원체를 명시해야 한다.[1] GPS(위성항법시스템)에서는 WGS84 타원체를 사용하며, 국가 기관에서 관리하는 지도 중에는 이전의 타원체를 기반으로 하는 경우가 있어 주의가 필요하다.[1]
지리 위도 외에도, 지구 중심에서 해당 지점을 잇는 선과 적도면이 이루는 각도인 지심 위도가 있다.
과거에는 측량 기술의 한계로 인해 측지학적 위도를 지리 위도로 간주하는 경우가 많았다.[27] 20세기 중반까지는 수도 천문대 관측 결과를 바탕으로 측지계와 지구 타원체를 결정하고, 지상 측량을 통해 위도를 결정했다.[27] 이 방식은 중력 왜곡의 영향을 직접 받지는 않지만, 측지계 결정 시 측량 오차나 채택한 지구 타원체 오차의 영향을 받았다.[27]
2. 2. 지심 위도
지심 위도는 지구 중심에서 해당 지점을 연결하는 직선과 적도면이 이루는 각도이다.Geocentric latitude영어[22]지구는 완벽한 구가 아니라 회전타원체(편구)에 가깝기 때문에, 지심 위도는 지구 표면의 법선과 적도면 사이의 각을 나타내는 지리 위도와는 약간의 차이가 있다.[22]
어떤 지점의 지심 위도 는 같은 지점의 지리 위도 와 다음의 관계를 갖는다.
:
같은 지점에서 지리 위도와 지심 위도의 차이는 해당 지리 위도를 사용하여 다음과 같이 나타낼 수 있다.
:
위 식에서 알 수 있듯이, 지리 위도와의 차이는 최대 11분 33초 정도(위도 45도 부근)이다.
지심 위도는 주로 지구 내부 구조 연구 등에 사용된다.
2. 3. 천문 위도
Astronomical latitude영어는 지구 적도면과 지표면의 한 점에서의 진정한 연직 방향 사이의 각도이다. 진정한 연직 방향, 즉 연추선의 방향은 그 위도에서의 중력 방향(질량 기반의 중력 가속도와 원심 가속도의 합력)이기도 하다.[5] 천문 위도는 천정과 그 적위가 정확하게 알려진 별들 사이에서 측정된 각도로부터 계산된다.일반적으로 지표면의 한 점에서의 진정한 연직 방향은 참조 타원체의 법선 또는 지오이드의 법선과 정확히 일치하지 않는다. 지오이드는 "평균 해수면"에서 이상화된 이론적 형태이다. 육지의 점들은 지오이드 위에 정확히 위치하지 않으며, 특정 시간에 한 지점에서의 연직 방향은 이론적 지오이드가 평균을 내는 조석력의 영향을 받는다. 천문 법선과 지오데틱 법선 사이의 각도를 ''연직 편차''라고 하며, 일반적으로 수 초의 호 정도이지만 측지학에서는 중요하다.[5][21]
천문 위도는 적위와 혼동해서는 안 된다. 적위는 천문학자들이 별의 천구 적도에 대한 남북 방향의 각 위치를 지정하는 데 유사한 방식으로 사용하는 좌표이다(적도 좌표계 참조). 또한 황도 위도와도 혼동해서는 안 된다. 황도 위도는 천문학자들이 별의 황도에 대한 남북 방향의 각 위치를 지정하는 데 사용하는 좌표이다(황도 좌표계 참조).
어떤 지점의 중력에 따른 “수직”(연직 방향, 천정 방향)과 적도면이 이루는 각도를 천문위도라고 한다. 천구의 북극·천구의 남극의 고도와 같으며, 주로 천문 관측을 통해 구했기 때문에 “천문”이라는 이름이 붙었다. 실제로는 대기차에 의한 오차가 발생하기 때문에, 대기차가 작은 “수직” 부근에 위치하는 별을 자오환으로 관측하여 적위를 측정하여 구했다.
중력은 등중력퍼텐셜면(지오이드면)의 법선 방향이므로, 지오이드면이 지구타원체면과 완전히 일치하면 천문위도와 지리위도는 일치한다. 그러나 실제로는 지하의 질량 분포가 불균일하기 때문에 지오이드면이 복잡하게 왜곡되어 있다. 그 영향으로 천문위도와 지리위도 사이에는 수 초 정도의 차이가 있다(연직선 편차).
자전축의 변화(극운동)는 428일 주기를 가지므로, 천문위도는 항상 주기적으로 변화하고 있다. 하지만 수 년 폭의 단기적인 변화는 0.5초 이하이다. 그 이상의 장기적인 변화도 존재하며, 지구 전체의 질량 분포 변화가 원인으로 생각되지만, 현재로서는 장기적인 예측이 어렵다.
그럼에도 불구하고 GPS 등 긴 거리를 정확하게 측정하는 수단이 없었던 20세기 전반까지는 천문위도가 가장 정확한 측정 방법이었다.
2. 4. 기타 위도
정류 위도, 등면적 위도, 등각 위도, 등거리 위도 등 특수한 목적을 위해 정의된 위도들이 있다. 이들은 지도 투영이나 측지학 계산 등에 사용된다.- 등각 위도(χ): 구면에 대한 각도를 보존하는(등각) 변환을 제공한다.[16] 메르카토르 도법에서 평행선의 간격을 결정하는 데 사용된다.
- 등거리 위도: 적도에서 특정 지리 위도까지의 자오선 호의 길이를 기준으로 계산되는 위도이다.
아래 표는 WGS84 타원체를 기준으로 지오데틱 위도(ϕ)와 보조 위도들의 차이를 분(arc minutes) 단위로 나타낸 것이다. (단, 등각 위도는 극에서 무한대로 발산하므로 제외)
| ϕ | 매개변수 β − ϕ | 등면적 ξ − ϕ | 정류 μ − ϕ | 지심 θ − ϕ |
|---|---|---|---|---|
| 0° | 0.00′ | 0.00′ | 0.00′ | 0.00′ |
| 15° | −2.88′ | −3.84′ | −4.32′ | −5.76′ |
| 30° | −5.00′ | −6.66′ | −7.49′ | −9.98′ |
| 45° | −5.77′ | −7.70′ | −8.66′ | −11.55′ |
| 60° | −5.00′ | −6.67′ | −7.51′ | −10.02′ |
| 75° | −2.89′ | −3.86′ | −4.34′ | −5.79′ |
| 90° | 0.00′ | 0.00′ | 0.00′ | 0.00′ |
대한민국의 국토는 북위 33°(마라도)에서 43°(온성군) 사이, 동경 124° 11분(마안도)에서 131° 52분(독도) 사이에 위치한다. 독도는 대한민국의 최동단 영토로, 일본과의 영유권 분쟁이 지속되고 있다.
위도는 지구 표면에 도달하는 태양 에너지의 양을 결정하는 주요 요인 중 하나이다. 저위도 지역은 태양 에너지를 많이 받아 기온이 높고, 고위도 지역은 태양 에너지를 적게 받아 기온이 낮다. 대한민국의 기후는 위도에 따라 온대 기후와 냉대 기후가 나타나며, 뚜렷한 사계절 변화를 보인다.
남반구는 북반구와 달리 육지가 적고 아한대가 없다. 대신 남극 대륙에 가까운 해역은 날씨가 험한 경향이 있어, 위도에 따라 속칭이 붙어 있다.
북반구(위도가 양수인 경우)에서는 θ ≤ χ ≤ μ ≤ ξ ≤ β ≤ ϕ이며, 남반구(위도가 음수인 경우)에서는 부등식이 반전된다. 적도와 극에서는 모든 위도가 같다. 등각 위도와 지심 위도는 그 값이 매우 유사하여, 과거 수작업 계산 시절 지도 투영 구성을 빠르게 하는 데 활용되기도 했다.[10]
3. 위도와 관련된 개념
같은 위도를 가진 지점들을 연결한 선을 '''위선'''이라고 한다. 메르카토르 도법 지도에서 위선은 적도에 평행한 직선이 된다. 태양은 지상에서 볼 때 적도 바로 위를 중심으로 남북으로 왕복 운동을 하는데, 그 범위는 위도 23도 27분까지이며, 이 위선을 회귀선(북회귀선, 남회귀선)이라고 한다. 또한, 위도가 66도 33분보다 높은 지역을 극권(북극권, 남극권)이라고 한다.
적도 외에도 중요한 네 개의 위도선은 다음과 같다.
지구의 태양 공전 궤도면을 황도라고 하며, 지구 자전축에 수직인 면을 적도면이라고 한다. 황도와 적도면 사이의 각도는 자전축 경사, 황도 경사각 또는 황도의 기울기라고 다양하게 불린다. 열대권의 위도는 이 각도와 같고, 극권의 위도는 그 여각(90° - ''i'')이다.
12월 동지에 태양이 남회귀선의 어떤 지점 바로 위에 있을 때, 황도에 수직이고 지구와 태양의 중심을 지나는 면의 단면 기하학을 보여준다. 남극권 이남의 남극 고위도 지방은 낮이고, 북극권 이북의 북극 고위도 지방은 밤이다. 태양이 북회귀선 바로 위에 있는 6월 동지에는 상황이 반전된다. 두 열대 사이의 위도에서만 태양이 바로 머리 위(천정에)에 있을 수 있다.
4. 대한민국의 위도와 경도
5. 위도와 기후
적도 외에도 중요한 네 개의 위도선은 다음과 같다.
지구의 태양 공전 궤도면을 황도라 하고, 지구 자전축에 수직인 면을 적도면이라 한다. 황도와 적도면 사이의 각도는 자전축 경사, 황도 경사각 또는 황도의 기울기라고 다양하게 불린다. 열대권의 위도는 황도 경사각과 같고, 극권의 위도는 그 여각(90° - 황도 경사각)이다. 자전축은 시간이 지남에 따라 천천히 변한다.
12월 동지에 태양이 남회귀선의 어떤 지점 바로 위에 있을 때, 황도에 수직이고 지구와 태양의 중심을 지나는 면의 단면 기하학을 보여준다. 남극권 이남의 남극 고위도 지방은 낮이고, 북극권 이북의 북극 고위도 지방은 밤이다. 태양이 북회귀선 바로 위에 있는 6월 동지에는 상황이 반전된다. 두 열대 사이의 위도에서만 태양이 바로 머리 위(천정에)에 있을 수 있다.
6. 위도와 관련된 속칭 (남반구)
6. 1. 吠える40度 (Roaring Forties)
남위 40도에서 50도 사이의 해역은 '로어링 포티스(Roaring Forties)'라고 불린다. 이 해역에서는 서풍 계열의 탁월풍이 분다. 육지가 적어 바람의 속도가 줄어들지 않기 때문에 남반구에서 특히 강하며, 그중에서도 인도양 남부에서 가장 강하다. 이 바람은 항해 속도를 높이는 데 이용된다.
6. 2. 狂う50度 (Furious Fifties)
남위 50도에서 남위 60도 사이의 해역을 가리키는 말이다. 영어로는 '퓨리어스 피프티스(Furious Fifties)'라고도 한다. 남극해를 항해하는 배들은 이 위도에서 '회오리치는 40도'보다 더 강한 폭풍을 만나고, 높은 파도로 인해 배가 크게 흔들린다. 매우 거친 해역이기 때문에 회오리치는 40도보다 위험하다.[1]
6. 3. 絶叫する60度 (Shrieking Sixties/Screaming Sixties)
남위 60도에서 70도 사이의 해역을 가리키는 속칭이다. 영어로는 '슈리킹 식스티즈'(Shrieking Sixties) 또는 '스크리밍 식스티즈'(Screaming Sixties)라고도 한다. 남극해를 항해하는 배는 격렬한 40도, 광포한 50도를 넘어 이 해역에서 더욱 강력한 폭풍을 만난다. 파괴적인 폭풍과 벽 같은 파도가 끊임없이 발생하는 세계 최악의 험난한 해역이며, 항해에는 숙련된 항해 기술이 요구된다.[1]
참조
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