Vị trí vĩ độ

Vị trí vĩ độ, thường được ký hiệu bằng ký tự phi ($\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$) trong bảng chữ cái Hy Lạp, dùng để xác định vị trí của điểm trên mặt đất (hoặc các hành tinh khác) so với xích đạo, với vị trí phía bắc hoặc nam. Vĩ độ được thể hiện bằng các đường nằm ngang trên bản đồ chạy theo hướng đông-tây. Về mặt toán học, vĩ độ là một giá trị góc đo bằng độ (ký hiệu °) và/hoặc các đơn vị nhỏ hơn (như phút, giây v.v) từ 0° tại xích đạo đến 90° tại các cực (90° vĩ bắc cho Bắc cực hoặc 90° vĩ nam cho Nam cực). Góc đối diện của vĩ độ gọi là độ dư vĩ. Có thể hiểu đơn giản là đường ngang cách trục Trái Đất về phía Bắc và Nam của xích đạo.

Đường vĩ tuyến

Các vị trí có cùng vĩ độ nằm trên cùng một đường vĩ tuyến vì chúng nằm trên cùng mặt phẳng, và mọi mặt phẳng như vậy đều song song với mặt phẳng xích đạo. Các vĩ tuyến ngoài xích đạo trên Trái Đất gần giống như các vòng tròn nhỏ trên bề mặt; chúng không phải là các đường trắc địa vì đường ngắn nhất giữa hai điểm cùng vĩ độ là một đường cong hơi lồi về phía cực gần nhất, với sự di chuyển ra xa khỏi xích đạo rồi quay trở lại gần đường này (xem thêm vòng tròn lớn).

Để xác định chính xác vị trí trên bề mặt Trái Đất, cần kết hợp một vĩ độ cụ thể với một kinh độ cụ thể (xem thêm Hệ thống vệ tinh định vị toàn cầu).

Những vĩ tuyến quan trọng

Ngoài xích đạo, còn có 4 vĩ tuyến quan trọng khác được đặt tên vì chúng có vai trò trong sự tương tác hình học giữa Trái Đất và Mặt Trời (kỷ nguyên J2000):

• Vòng Bắc cực — 66° 33′ 39″ vĩ bắc
• Chí tuyến Bắc — 23° 26′ 21″ vĩ bắc
• Chí tuyến Nam — 23° 26′ 21″ vĩ nam
• Vòng Nam cực — 66° 33′ 39″ vĩ nam

Chỉ ở các vĩ độ nằm giữa hai đường chí tuyến mới có thể quan sát Mặt Trời đạt đến thiên đỉnh. Ngoài ra, chỉ ở các vĩ độ cao hơn phía bắc của vòng Bắc cực hoặc phía nam của vòng Nam cực mới có hiện tượng ngày vùng cực. Lưu ý rằng ngày vùng cực khác với đêm trắng; đêm trắng có thể thấy gần ngày hạ chí tại các vĩ độ từ 60° trở lên, mặc dù Mặt Trời có thể hạ xuống tới 6° dưới chân trời.

Các vĩ tuyến quan trọng có giá trị vì chúng liên quan đến độ nghiêng của trục Trái Đất so với Mặt Trời. Cần lưu ý rằng các giá trị đo bằng độ của vĩ độ được chia nhỏ để tăng độ chính xác.

Phân chia vĩ độ

Mỗi độ được chia thành 60 phút, và mỗi phút lại chia tiếp thành 60 giây. Ví dụ cụ thể cho vĩ độ có thể là 13°19'43″ vĩ bắc (có thể thêm phần thập phân vào giây để tăng độ chính xác). Một cách biểu diễn khác chỉ sử dụng độ và phút, với giây được thể hiện dưới dạng thập phân của phút: ví dụ, 13°19.717' vĩ bắc. Vĩ độ cũng có thể chỉ được biểu diễn bằng độ, với phút và giây tạo thành phần thập phân của độ và được làm tròn theo yêu cầu: ví dụ, 13,32861° vĩ bắc. Đôi khi, người ta bỏ vĩ bắc/vĩ nam và thay thế bằng dấu âm cho các vĩ độ nam (ví dụ, −90° cho Nam cực).

Ảnh hưởng của vĩ độ

Vĩ độ của một khu vực ảnh hưởng đáng kể đến khí hậu và thời tiết của khu vực đó (xem Tác động của góc Mặt Trời lên khí hậu). Vĩ độ cũng ảnh hưởng đến các hiện tượng như cực quang, gió thịnh hành và các đặc điểm tự nhiên khác của vị trí địa lý.

Năm 2001, các nhà nghiên cứu tại Trung tâm phát triển quốc tế Harvard (CID) phát hiện rằng chỉ có ba nền kinh tế ở vùng nhiệt đới — Hồng Kông, Singapore và Đài Loan — được Ngân hàng Thế giới phân loại là thu nhập cao. Trong khi đó, tất cả các quốc gia ở các khu vực ôn đới đều được xem là nền kinh tế thu nhập trung bình hoặc cao khi phân tích mối liên hệ giữa khí hậu, ảnh hưởng của bệnh tật và năng suất nông nghiệp đối với sự thành công kinh tế.

Các tham số elip

Hầu hết các hành tinh (bao gồm cả Trái Đất) có hình dạng elipxoít xoay vòng, không phải hình cầu, do đó bán kính và độ dài cung thay đổi theo vĩ độ. Sự thay đổi này yêu cầu sử dụng các tham số elip dựa trên độ lệch tâm góc, $o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}$ (tính bằng $\arccos \left(\frac{b}{a}\right)$, trong đó $a$ và $b$ là bán kính tại xích đạo và cực; $\sin (o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}{)}^2$ là độ lệch tâm bậc nhất bình phương, $e{2}^{}$; và $2\sin (\frac{o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}}{2}{)}^2$ hay $1-\cos \left(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}\right)$ là độ dẹt, $f$). Thông tin này được sử dụng trong việc tính toán tích phân cho suất cong, nghịch đảo của tích phân elip, $E^{\prime }$:

Độ dài của một độ cung

Độ dài của một độ cung trong sự khác biệt về vĩ độ theo hướng bắc-nam, $\mathrm{\Delta <!--\; \Delta \; -->}\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$, luôn là khoảng 60 hải lý, tương đương 111 kilômét hoặc 69 dặm Anh ở bất kỳ vĩ độ nào. Độ dài của một độ cung trong sự khác biệt về kinh độ theo hướng đông-tây, $\cos <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)\mathrm{\Delta <!--\; \Delta \; -->}\mathrm{\lambda <!--\; \lambda \; -->}$, tại xích đạo thì gần như bằng con số trên nhưng giảm dần về 0 ở hai cực.

Trong trường hợp của hình cầu giả định, một kinh tuyến và kinh tuyến đối diện của nó tạo nên một elip, vì vậy công thức chính xác cho độ dài của một độ cung vĩ độ sẽ là:

Bán kính của cung nằm trong mặt phẳng của kinh tuyến, và được gọi là bán kính cong của kinh tuyến, $M$.

Tương tự, công thức chính xác cho độ dài của một độ cung vĩ độ là:

$\frac{\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}}{{180}^{\circ <!--\; \circ \; -->}}\cos <!--\; \; -->($

ϕ ) N ( ϕ ) {displaystyle {rac {pi }{180^{circ }}}cos(phi )N(phi );!}

Bán kính cung ở đây nằm trong mặt phẳng thẳng đứng gốc, là mặt phẳng đi theo hướng đông-tây và vuông góc với cả mặt phẳng kinh tuyến và mặt phẳng tiếp xúc của elipxoit, và được gọi là bán kính trực giao của suất cong, $N$.

Dọc theo xích đạo (hướng đông-tây), $N$ bằng bán kính tại xích đạo. Bán kính của suất cong tại góc vuông với mặt phẳng xích đạo (hướng bắc-nam), $M$, ngắn hơn 43 km, do đó độ dài của một độ theo vĩ độ tại xích đạo ngắn hơn khoảng 1 km so với độ dài của một độ theo kinh độ. Bán kính của suất cong tại các cực là tương đương, với độ dài hơn khoảng 64 km so với bán kính tại xích đạo theo hướng bắc-nam, vì bán kính tại cực nhỏ hơn 21 km so với bán kính tại xích đạo. Sự nhỏ hơn của các bán kính cực chỉ ra rằng bắc và nam bán cầu bị dẹt hơn, làm cho bán kính suất cong của chúng dài hơn. Sự dẹt này cũng 'bó chặt' bán kính xích đạo theo hướng bắc-nam của suất cong, làm cho nó ngắn hơn bán kính xích đạo khoảng 43 km. Cả hai bán kính suất cong đều vuông góc với mặt phẳng tiếp xúc của elipxoit tại mọi vĩ độ, hướng về điểm nằm trên trục cực tại bán cầu đối diện (ngoại trừ xích đạo khi các điểm hướng về tâm Trái Đất). Bán kính suất cong theo chiều đông-tây đạt đến trục, trong khi bán kính suất cong theo chiều bắc-nam ngắn hơn tại mọi vĩ độ, ngoại trừ tại hai cực.

Elipxoit WGS84, được tất cả các thiết bị GPS sử dụng, có bán kính xích đạo là 6.378.137,0 m và độ dẹt nghịch đảo (1/f) bằng 298,257223563, vì vậy bán kính cực của nó là 6.356.752,3142 m và bình phương độ lệch tâm bậc nhất là 0,00669437999014. Elipxoit ít được sử dụng gần đây là IERS 2003 có giá trị bán kính xích đạo và cực tương ứng là 6.378.136,6 và 6.356.751,9 m, và độ dẹt nghịch đảo bằng 298,25642. Các độ dài của các độ trên elipxoit WGS84 và IERS 2003 là như nhau khi làm tròn tới 6 chữ số có nghĩa. Các con số tính toán chính xác cho bất kỳ vĩ độ nào được Cục Tình báo Địa không gian Quốc gia Hoa Kỳ (NGA) cung cấp.

Những loại vĩ độ

Khi làm việc với hình cầu có hình dạng hơi bị dẹt do sự tự quay, các nhà bản đồ thường sử dụng một loạt các loại vĩ độ phụ trợ để có thể tạo ra các mô hình chiếu cầu chính xác theo yêu cầu của họ.

Đối với các hành tinh khác ngoài Trái Đất, chẳng hạn như Sao Hỏa, vĩ độ địa lý và vĩ độ địa tâm được gọi là 'vĩ độ hành tinh' và 'vĩ độ tâm hành tinh'. Từ năm 2002, phần lớn các bản đồ của Sao Hỏa đã chuyển sang sử dụng tọa độ tâm hành tinh.

'Vĩ độ' thông thường

Trong ngữ cảnh thường dùng, 'vĩ độ' thường ám chỉ vĩ độ trắc địa hoặc vĩ độ địa lý $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$, là góc giữa mặt phẳng xích đạo và đường thẳng vuông góc với elipxoit tham chiếu, gần giống với hình dáng của Trái Đất khi tính đến độ dẹt tại các cực và độ phồng tại xích đạo.

Các biểu thức dưới đây giả định rằng các mặt cắt qua vùng cực của hình elip và các mặt cắt song song với mặt phẳng xích đạo đều là hình tròn. Vĩ độ địa lý (cùng với kinh độ) sau đó sẽ được chuyển đổi qua ánh xạ Gauss.

Vĩ độ rút gọn

• Trong hình phỏng cầu, các đường vĩ độ rút gọn hay vĩ độ tham số, , tạo ra các hình tròn có bán kính giống như bán kính của các hình tròn tương ứng trên hình cầu, với bán kính tương đương với bán kính xích đạo của hình phỏng cầu.

Vĩ độ bảo toàn diện tích

• Vĩ độ bảo toàn diện tích, $\mathrm{\xi <!--\; \xi \; -->}$, dùng để tạo ra một biến đổi bảo toàn diện tích lên mặt cầu.

$\stackrel{^<!--\; ^\; -->}{S}(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}{)}^2=\frac{1}{2}{b}^2\left(\sin <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)n^{\prime }(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}{)}^2+\frac{\ln <!--\; \; -->(n^{\prime }\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)(1+\sin <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)\sin <!--\; \; -->\left(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}\right)))}{\sin <!--\; \; -->\left(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}\right)}\right);$

Vĩ độ cầu trường

• Vĩ độ cầu trường, $\mathrm{\mu <!--\; \mu \; -->}$, đại diện cho khoảng cách từ xích đạo trên mặt cầu, được đo theo tỷ lệ sao cho cực địa lý là 90°, và tính theo tích phân elip:

 $\mathrm{\mu <!--\; \mu \; -->}=\frac{{\int <!--\; \int \; -->}_0^{\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}}M\left(\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}\right)d\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}}{\frac{2}{\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}}{\int <!--\; \int \; -->}_0^{{90}^{\circ <!--\; \circ \; -->}}M\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)d\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}}=\frac{\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}}{2}\cdot <!--\; \cdot \; -->\frac{{\int <!--\; \int \; -->}_0^{\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}}{n}^{\prime }(\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}{)}^{3}d\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}}{{\int <!--\; \int \; -->}_0^{{90}^{\circ <!--\; \circ \; -->}}{n}^{\prime }(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}{)}^{3}d\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}};$

Vĩ độ bảo toàn góc

• Vĩ độ bảo toàn góc, $\mathrm{\chi <!--\; \chi \; -->}$, là khái niệm mô tả sự chuyển đổi bảo toàn góc trong không gian hình cầu.

$\mathrm{\chi <!--\; \chi \; -->}=2\cdot <!--\; \cdot \; -->\arctan <!--\; \; -->\left({\sqrt{\frac{1+\sin <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)}{1-<!--\; -\; -->\sin <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)}\cdot <!--\; \cdot \; -->{\left(\frac{1-<!--\; -\; -->\sin <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)\sin <!--\; \; -->\left(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}\right)}{1+\sin <!--\; \; -->\left(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}\right)\sin <!--\; \; -->\left(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}\right)}\right)}^{\sin <!--\; \; -->\left(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}\right)}}}^{|}\right)-<!--\; -\; -->\frac{\mathrm{\pi <!--\; \pi \; -->}}{2};$

Vĩ độ địa tâm

• Vĩ độ địa tâm, $\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->}$, chỉ số cho biết góc giữa mặt phẳng xích đạo và đường thẳng nối từ tâm Trái Đất tới một điểm cụ thể trên bề mặt Trái Đất.

$\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->}=\arctan <!--\; \; -->(\cos <!--\; \; -->(o\mathrm{\epsilon <!--\; \epsilon \; -->}{)}^2\tan <!--\; \; -->(\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->})).$

So sánh các loại vĩ độ

Biểu đồ dưới đây thể hiện sự khác biệt giữa các loại vĩ độ. Dữ liệu đã được sử dụng có thể tìm thấy trong bảng nằm dưới biểu đồ. Cần lưu ý rằng các giá trị trong bảng được đo bằng phút chứ không phải độ, và điều này cũng được phản ánh trong biểu đồ. Hơn nữa, các biểu tượng bảo toàn góc được ẩn sau các biểu tượng địa tâm do chúng có giá trị rất gần nhau.

Khác biệt xấp xỉ so với vĩ độ địa lý ("Lat")
Lat $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}$	Rút gọn $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{\beta <!--\; \beta \; -->}$	Bảo toàn diện tích $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{\xi <!--\; \xi \; -->}$	Cầu trường $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{\mu <!--\; \mu \; -->}$	Bảo toàn góc $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{\chi <!--\; \chi \; -->}$	Địa tâm $\mathrm{\varphi <!--\; \varphi \; -->}-<!--\; -\; -->\mathrm{\psi <!--\; \psi \; -->}$
0°	0,00′	0,00′	0,00′	0,00′	0,00′
5°	1,01′	1,35′	1,52′	2,02′	2,02′
10°	1,99′	2,66′	2,99′	3,98′	3,98′
15°	2,91′	3,89′	4,37′	5,82′	5,82′
20°	3,75′	5,00′	5,62′	7,48′	7,48′
25°	4,47′	5,96′	6,70′	8,92′	8,92′
30°	5,05′	6,73′	7,57′	10,09′	10,09′
35°	5,48′	7,31′	8,22′	10,95′	10,96′
40°	5,75′	7,66′	8,62′	11,48′	11,49′
45°	5,84′	7,78′	8,76′	11,67′	11,67′
50°	5,75′	7,67′	8,63′	11,50′	11,50′
55°	5,49′	7,32′	8,23′	10,97′	10,98′
60°	5,06′	6,75′	7,59′	10,12′	10,13′
65°	4,48′	5,97′	6,72′	8,95′	8,96′
70°	3,76′	5,01′	5,64′	7,52′	7,52′
75°	2,92′	3,90′	4,39′	5,85′	5,85′
80°	2,00′	2,67′	3,00′	4,00′	4,01′
85°	1,02′	1,35′	1,52′	2,03′	2,03′
90°	0,00′	0,00′	0,00′	0,00′	0,00′

Vĩ độ thiên văn

Một phép đo khác để xác định vĩ độ là vĩ độ thiên văn, được định nghĩa là góc giữa mặt phẳng xích đạo và đường vuông góc với geoit (hình dạng địa cầu) hoặc đường dây rọi. Phép đo này xuất phát từ góc giữa đường chân trời và sao Bắc Cực. Nó chỉ khác một chút so với vĩ độ trắc địa, do các biến dạng nhỏ của thể địa cầu so với hình elipxoit tham chiếu.

Vĩ độ thiên văn không nên bị nhầm lẫn với xích vĩ, là tọa độ mà các nhà thiên văn sử dụng để xác định vị trí của các ngôi sao phía bắc hoặc nam của thiên xích đạo (xem hệ tọa độ xích đạo), cũng không phải là hoàng vĩ, là tọa độ dùng để mô tả vị trí các ngôi sao phía bắc hoặc nam của đường hoàng đạo (xem hệ tọa độ hoàng đạo).

Vĩ độ cổ

Các châu lục thay đổi vị trí theo thời gian do hiện tượng trôi dạt lục địa, kéo theo các hóa thạch và các đặc điểm đáng chú ý khác. Khi nghiên cứu hóa thạch, việc biết nơi chúng đã được vùi lấp thay vì nơi chúng được khai thác có thể hữu ích hơn. Đây được gọi là cổ vĩ độ hoặc vĩ độ cổ của hóa thạch. Vĩ độ cổ có thể xác định dựa trên dữ liệu cổ từ trường. Nếu các hạt nhỏ có tính từ trong đá khi nó được hình thành, chúng sẽ định hướng theo từ trường Trái Đất giống như kim la bàn. Bằng cách đưa mẫu vào từ trường, chúng ta có thể xác định hướng của các hạt nhỏ này và từ đó suy ra vĩ độ ban đầu của trầm tích.

Hiệu chỉnh cho cao độ

Khi chuyển đổi từ vĩ độ trắc địa (vĩ độ thông thường), cần thực hiện các hiệu chỉnh theo cao độ trong các hệ thống không đo góc từ mặt phẳng hình cầu mô phỏng. Trong hình bên, điểm H (trên bề mặt hình cầu mô phỏng) và điểm H' (ở một độ cao khác) có các vĩ độ địa tâm khác nhau (góc β và γ), mặc dù chúng có cùng một vĩ độ trắc địa (góc α). (Lưu ý rằng độ dẹt của hình cầu mô phỏng và cao độ của điểm H' lớn hơn nhiều so với thực tế trên Trái Đất, do đó có thể làm sai lệch kết quả tính toán.)

Đọc thêm

• John P. Snyder Map Projections: a working manual trích đoạn Lưu trữ ngày 04-01-2007 tại Wayback Machine

Ghi chú

Liên kết ngoài

• Tọa độ địa lý (vĩ độ và kinh độ) từ Từ điển bách khoa Việt Nam
• Công thức tính vĩ độ tiến, quãng đường và hướng trên bản đồ Mercator cho Excel Lưu trữ ngày 11-06-2009 tại Wayback Machine
• libproj4: Thư viện chiếu bản đồ toàn diện (bản thảo sơ bộ) Lưu trữ ngày 25-06-2008 tại Wayback Machine, 1,88 MiB
• Free GeoCoder Lưu trữ ngày 19-11-2008 tại Wayback Machine
• GEONets Names Server Lưu trữ ngày 09-03-2008 tại Wayback Machine, truy cập vào cơ sở dữ liệu của Cục tình báo địa không gian quốc gia Hoa Kỳ.
• Tìm kiếm vĩ độ và kinh độ Lưu trữ ngày 18-12-2004 tại Wayback Machine
• Các nguồn xác định vĩ độ và kinh độ Lưu trữ ngày 19-05-2008 tại Wayback Machine
• Chuyển đổi độ thập phân sang độ, phút, giây Lưu trữ ngày 07-11-2012 tại Wayback Machine - Thông tin về chuyển đổi từ thập phân sang độ, phút, giây
• Chuyển đổi độ thập phân sang độ, phút, giây
• Chuyển đổi kinh độ và vĩ độ Lưu trữ ngày 27-02-2008 tại Wayback Machine – Chuyển đổi kinh độ và vĩ độ từ độ thập phân sang độ, phút, giây và ngược lại. Cũng bao gồm điểm xa nhất và tính toán khoảng cách.
• Worldwide Index - Tageo.com – chứa 2.700.000 tọa độ của nhiều địa điểm
• Tính toán khoảng cách dựa trên vĩ độ và kinh độ - Phiên bản JavaScript
• Bản đồ có thể thu nhỏ, phóng to Lưu trữ ngày 13-06-2007 tại Wayback Machine, 3,42 MiB
• Kinh độ và vĩ độ trung bình cho các quốc gia Lưu trữ ngày 19-06-2010 tại Wayback Machine
• Tìm kiếm kinh độ và vĩ độ cho bất kỳ địa điểm nào trên thế giới