沈文周

（1.自然資源部海洋發(fā)展戰(zhàn)略研究所，北京100161）

寰宇茫茫，神州萬里。元朝疆域遼闊廣大，北至陰山①陰山，似莽莽巨龍橫亙在內蒙古中部，東西綿延1200余公里。陰山山脈屬古老斷塊山。西起狼山、烏拉山，中為大青山、灰騰梁山，南為涼城山、樺山，東為大馬群山。以北，南至南海諸島，東北到今庫頁島②庫頁島曾是中國最大的島嶼。位于黑龍江出?？谥畺|，東面和北面臨鄂霍次克海，西面隔韃靼海峽與大陸相望，南隔宗谷海峽與日本國接壤?，F為俄羅斯聯邦最大島嶼。，西達新疆、中亞地區(qū)。當代新疆、西藏、云南、東北地區(qū)、臺灣部分島嶼及南海諸島，都在元朝疆域的范圍之內。今追述千古、溯至元代，郭守敬上奏“四海測驗”，“東至高麗，西極滇池，南逾朱崖，北盡鐵勒，四海測驗，凡二十七所”③宋濂等：《元史·郭守敬傳》。，并遵命在元朝疆域內，逐一立表測景。元代“四海測驗”規(guī)模宏大，影響深遠，同20世紀90年代南?？瓶肌皪u礁聯測”，堪與中華民族古代文明相映同輝。

一、元代“四海測驗”

中國上下五千年，改朝換代，物移世易。追憶我國源遠流長的測繪歷史，元代“四海測驗”（即天文測量）④天文測量通過觀測太陽或其他恒星位置，以確定地面點的天文經度、天文緯度或兩點間天文方位角。測量成果可作為大地測量的起算或校核數據，以及在進行地質、地理調查和其他有關工作時作控制之用。是繼唐代之后又一次全國規(guī)模的重大測量活動，更是行使國家主權的體現。聞名于世，意義非凡?！八暮y驗”取得的重要測量成果，為元代編制《授時歷》⑤《授時歷》，元至元十八年（1281年）實施的歷法名，因元世祖封賜而得名。原著及史書均稱其為《授時歷經》。奠定了基礎。

1．1 “四海測驗”始末

據元史記載，元世祖忽必烈為統(tǒng)一歷法，至元十三年（公元1276年），即詔令設立太史院、改治新歷。著名天文學家郭守敬①郭守敬（1231-1316年）為中國古代著名天文學家、數學家、水利專家，官至太史令、昭文館大學士、知太史院事，世稱“郭太史”。1970年，國際天文學會以郭守敬的名字將月球上的一座環(huán)形山命名為“郭守敬環(huán)形山”。1977年3月，國際小行星中心將小行星2012命名為“郭守敬小行星”。，時任同知太史院事，他認為治歷的根本在于測驗。于是，上奏元世祖：“唐一行開元間，令南宮說，天下測景，書中見者，凡十三處。今疆宇比唐尤大，若不遠方測驗，日月交食，分數時刻不同，晝夜長短不同，日月晨辰去天高下不同。即目測人少，可先南北立表，取直測景?！痹雷嫱馍献?，遂設14員，分赴各地實施。

郭守敬奉命主持“四海測驗”，首先在遼闊廣大的元朝疆域內，布設了27個觀測點。其一，以北極出地②北極出地又稱極高、北極（之）高，北天極的地平高度。中國古代用以表示地面上不同地點的南北差別的標準之一。北極出地高度等于緯度。即地平線切向方向與地球地軸的方向的夾角。15°的南海為起點，直到北極出地65°的北海為止，自南至北布設6個觀測點，分別為南海③南海，中國三大邊緣海之一。位于中國大陸的南方，是太平洋西部海域，自然海域面積約350萬平方公里。與地中海、加勒比海譽稱“世界三大邊緣?！?。、衡岳、岳臺、和林、鐵勒、北海④指北冰洋的北海，為元朝極北的疆域。（見表 1），其點距約為“北極出地”10°；其二，自上都（今內蒙古自治區(qū)）至瓊州（今海南島）東西南北4個方向，在高麗、瓊崖、成都、和林、東平、陽城、鄂州、吉州等地，布設的遠方觀測點20個（見表2）。

元代“四海測驗”地域廣大、測驗人員少，故分為兩個階段實施。第一階段，南海至北海6個觀測點，采取“即目測驗人少，可先南北立表，取直測景”。在夏至（即每年公歷6月21日或22日）這一天，在一條天頂⑤天頂為通過觀測站（點）的鉛垂線延伸交于天球上方的點，即頭頂正上方的天球點。與黃道⑥黃道為地球軌道在天球上的投影。垂直的直線上，各自立表測景，包括“北極出地”高度、夏至晷景長短和晝夜時刻長短等（表1）。第二階段，自上都至瓊州東西南北，20個遠方觀測點實施立表測驗（表2）。對此，廈門大學韓振華教授認為，第一階段測量方法及成果，完全可供第二階段參考。⑦韓振華：“元代《四海測驗》中中國疆宇的南?！?，《南洋問題》，1979年第6期。所以，郭守敬將“四海測驗”分為兩個階段。

表1 第一階段觀測表⑧

表2 第二階段觀測表⑨

元世祖至元十六年（1279年）3月27日，敕令郭守敬親自“由上都、大都，歷河南府，抵南海，測驗晷景”。郭守敬遵命抓緊分撥派遣，同時帶領科技人員，按照敕令從大都（今北京）出發(fā)，先到上都（今內蒙古自治區(qū)），再折返向南，經過陽城等處，直到廣州和南海。跋涉數千里，沿途指導立表測景，并親自觀測天象。

通過實際觀測，取得各點夏至的日影長度和晝夜的時刻數，以及北極出地高度⑩北極出地高度為當地地理緯度，即地平線切向方向與地球地軸的方向的夾角。（即當地地理緯度）。測量成果精度與現在測量的緯度比較，其中有9個點誤差小于0.2°，20個點平均誤差為0.35°，另外2個點測量值相同，整體平均誤差為0.2°～0.35°。若以夏至圭影長度資料，計算得出“北極出地”高度和黃赤交角①黃赤交角又稱“黃道交角”，天球黃道面與天球赤道面之間的夾角，用希臘字母η表示，也稱為“黃赤大距”。，以大都為例，黃赤交角理論值（23°32′1″N）與現在北京地理緯度（39°55′N）相比，僅差 3′2″和 27″。 《元史·天文志》中稱，古今測量精度差距如此微小，“是亦古人之所未及為者也”。

表3 古今測量精度比較表②（“四海測驗”觀測站古今緯度）

續(xù)表

綜上所述，元代“四海測驗”，東起朝鮮半島，西至川滇和河西走廊，北到西伯利亞?！霸O監(jiān)侯官一十四員，分道而出，東至高麗，西極滇池，南逾朱崖，北盡鐵勒，四海測驗，凡二十七所。”比西方進行的大地測量早了620年，地域之廣、項目之多、精度之高等等，在中國測繪史上乃至世界天文史上，是前所未有的。

1．2 “四海測驗”南海測量點

元代“四海測驗”南海測量點，以史為鑒在“西沙及中沙群島以南或東南，北緯15度”。廈門大學韓振華教授根據郭守敬的觀測數據，推算出“四海測驗”南海測量點，在中沙群島今黃巖島，即“黃巖島說”。但是，中科院地理研究所鈕仲勛、華南師范大學曾昭璇等學者，對此有異議。鈕仲勛研究員認為，南海觀測點在南海西沙群島，即“西沙群島說”；曾昭璇教授則認為，南海觀測點既不是中沙黃巖島也不在西沙群島，而是在越南中部（注：歷史上長期為中國領土）海岸林邑，即“林邑說”。此外，還有“廣州說”。眾說不一，各持己見。

（1）“黃巖島說”。韓振華教授是“黃巖島說”第一人。他指出：至元十六年 （1279年），南宋行朝帝昺敗亡崖山（注：廣東省岡州，即今新會），元世祖乃敇令郭守敬抵南海測驗晷景，其余各處觀測點的監(jiān)侯官，亦皆分道而出。由于“四海測驗”南海觀測點，不僅是南北立表遠地觀測的起點，而且是以大都為中心的南北子午線①子午線又稱經線，通過地球地理極的大圓形成的南北基準線，或指垂直于大地水準面或旋轉橢球的水平面所定義的線，用于計算經度及方位角。的中國疆宇之所在處。所以，元世祖乃敇令郭守敬親自“抵南?！敝鞒謱崪y。郭守敬所“抵南海”是在南海東部，今黃巖島（東經 117°45′，北緯 15°08′） 及其海域。②韓振華：“元代《四海測驗》中中國疆宇的南?！?，《南洋問題》，1979年第6期，第1頁。

廈門大學李金明教授是“黃巖島說”第二位學者。他曾多次發(fā)表文章稱，元世祖敕令郭守敬親自“由上都、大都，歷河南府，抵南海，測驗晷景。”郭守敬留下來寶貴的觀測數據，是考證“四海測驗”各觀測點具體位置的科學依據。并指出韓振華教授根據《元史·天文志·四海測驗》記載“南?！毕闹陵芯昂蜁円箷r刻，推算出“南?！边@個測點（表4），正是中沙群島附近的黃巖島（15°07′N，117°51′E）。③李金明：“黃巖島主權屬于中國”，《世界知識》，2012年第10期。

表4 觀測點經緯度推算表④ 李金明：“元代‘四海測驗’中的南?！?，《中國邊疆史地研究》，1996年第4期。

（2）“西沙群島說”。中科院鈕仲勛、厲國青兩位研究員，是“西沙群島說”學者代表。他們分析認為：“元初‘四海測驗’南海觀測點，是在今西沙群島上”。主要依據是：據《元史·天文志》“四海測驗”條所載，南海觀測點北極出地15 度，而西沙群島位于北緯 15°47′～17°08′，與南海測點“北極出地”數值非常接近；其次是元朝以前，西沙群島既有漁民在那里活動，又有水師巡視海疆，對那里地理概況如航道、灘險、飲水、錨地等，都有相當了解。可見，當時西沙群島已具備立表測景的條件。因此，元代《四海測驗》南海測點應在西沙群島；中沙黃巖島地處北緯15°09′，并略高出于海面，雖然與南海觀測點“北極出地”數值比較接近，但它的島礁是晚近時期的產物，經C14年齡測定為距今470士95年。由此判斷，700多年前還潛伏在水中，沒有高出海平面?？上攵敃r郭守敬不可能在黃巖島測量。⑤厲國青、鈕仲勛：“郭守敬南海測量考”，《地理研究》，1982年第1期。

（3）“林邑說”。華南師范大學曾昭璇教授，是唯一的“林邑說”學者，指出“元代南海測驗在林邑，郭守敬未到中、西沙測量緯度”。從而認定“郭氏加景，應該是在今天越南中部海岸上，當時稱為‘林邑’的地方。”主要依據：“林邑”是當時實測得“北極出地”15°的地點，而且《元史·天文志》中在“仰儀銘辭”中，即說：“極淺十五，林邑界也?！痹M行“四海測驗”，據《元史·世祖本紀》至元十六年（1279）三月庚戌條稱：“（郭守敬）抵南海測驗晷景。”《元史·天文志·總序》又稱：“東極高麗，西至滇池，南逾朱崖，北盡鐵勒，是亦古人之所未及為者也?！雹拊谚骸霸虾y驗在林邑考——郭守敬未到中、西沙測量緯度”，《歷史研究》，1990年第5期。

總而言之，元史記載“四海測驗”南海觀測點，在“西沙及中沙群島以南或東南”一帶海域。大海茫茫、無邊無涯，致使其具體點位眾說紛紜。為此，中科院地理研究所鈕仲勛研究員，概括為至少有四種說法，即“黃巖島說”、“林邑說”、“西沙群島說”和“廣州說”。但是，“黃巖島說”者居多。

二、20世紀“島礁聯測”

南海諸島及鄰近海域，自古就是中國固有國土。

這次南?？茖W考察，由國家海洋局、國家測繪局、國家地震局（今中國地震局）合作，采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）①美國國防部研制的運用距離交會法原理，進行工作的第二代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。采用WGS-84坐標系，以地球質心為原點，Z軸指向BIH協議地球極，X軸指向BIH的零子午面和對應于CTP赤道的交點，Y軸與Z，X軸構成的右手坐標系。由空間部分、地面控制部分及用戶裝置部分組成。，以我國中沙群島的黃巖島和西沙群島的永興島，作為南海海洋大地測量②海洋大地測量是在海面和海底，以及利用人造衛(wèi)星在海洋上進行的大地測量工作?？刂泣c，與中國天文大地控制網聯測，簡稱“南字901”“島礁聯測”，或俗稱“南海海洋大地測量”。

2．1 “島礁聯測”及目的意義

筆者認為，精確測定南海主要島礁地理位置，是維護南海海洋權益必不可少的科學依據，故建議將筆者和武漢測繪科技大學（今武漢大學測繪學院）宋成驊教授曾策劃的南海諸島與中國天文大地控制網聯測（簡稱南?！皪u礁聯測”），作為南海海洋科考創(chuàng)新項目，列為“南字901”科學考察諸項目之一，以精確測定南海諸島的地理位置。

經國家海洋局研究，同意“島礁聯測”列入“南字901”科學考察。由國家海洋局科技司及南海分局，同武漢測繪科技大學、國家地震局武漢地震研究所等測繪技術人員，組成科考測量分隊具體負責實施。

筆者和宋成驊教授策劃的“島礁聯測”設計方案，經過國家測繪局研究、修改，一共布設9個測量點，實測12個點，包括南海五個島礁上的8個待測點；廣東、海南沿海4個國家三角點?！皪u礁聯測”海上聯測在科考指揮部統(tǒng)一領導下，與科考其他項目同步或穿插進行。筆者作為分隊副隊長，主要負責帶領測量分隊，先后登上了南沙群島永暑礁、赤瓜礁、華陽礁，中沙群島黃巖島等島礁，采用先進的GPS衛(wèi)星接收機，分別與永暑礁和永興島實施同步聯測。爾后，陸上以西沙永興島與廣東、海南沿?！皣掖蟮乜刂凭W”三角點聯測。

南?？瓶肌皪u礁聯測”，測量分隊在南海諸島五個島礁上，共布設8個觀測點，建造“中華人民共和國測量標志”6座，“中華人民共和國主權碑”1座；海上五島礁8個點和陸上4個大地點，共觀測85個時段。

通過聯測，可逐步實現分期分批地建立起“南海大地測量控制網”③利用大地測量技術和方法，確定地面點位的測量控制網。國家天文大網是在全國范圍內，按國家統(tǒng)一規(guī)范建立的布設有拉普拉斯點和天文點的國家高等級水平控制網。測繪學名詞審定委員會：《測繪學名詞》，科學出版社，2010年，第7頁。，將覆蓋全國陸地的天文大地網擴展到中國南海領海及管轄海域，最終為南沙群島及南海的海洋測繪、海洋工程建設、各項海洋法規(guī)的制定等，提供高精度的大地控制依據與必要的測繪保障。

對于此次南?？瓶肌皪u礁聯測”，《中國地震局地震研究所所志》④中國地震局地震研究所志編委會：《中國地震局地震研究所所志》，地震出版社，2007年。記載：1990年3月15至4月17日，地震研究所王啟梁等5名科技人員攜3臺GPS接收機與國家測繪局、國家海洋局組成聯合作業(yè)組，完成南海島礁的定位及其與大陸的聯測，把刻有“中華人民共和國”字樣的測量標石和考察紀念碑豎立在祖國領土的最南端。這是我國首次利用雙頻GPS接收機對南海島礁進行高精度定位測量。

測繪界人士認為，南?？瓶肌皪u礁聯測”采用了GPS衛(wèi)星定位儀，對黃巖島等南海島嶼與中國大地控網（點）實施同步聯測，將“國家大地測量控制網”向中國管轄海域（南海）延伸，從而精確測定了黃巖島等南海島礁的大地坐標⑤大地坐標為大地坐標坐標系中的分量，即大地緯度、大地經度、大地高。參見：測繪學名詞審定委員會：《測繪學名詞》，科學出版社，2010年版，第10頁。（地理位置）。可以說，這是新中國測繪史上的創(chuàng)舉。⑥王海平等：《大地之禮》（黃巖島上的測量分隊），中國工人出版社，2014年版，第364頁。

2．2 精測黃巖島地理位置

南海科考“島礁聯測”，首先以西沙群島永興島為基準點、南沙群島永暑礁為固定測點，分別與南沙赤瓜礁、華陽礁聯測。然后，以基準點永興島與中沙群島黃巖島聯測，精確測定了黃巖島（南巖）地理坐標①地理坐標：將地球視為球體，按經、緯線劃分的坐標格網，用以表示地球表面某一點的經度和緯度。。最后，通過以永興島與中國大地測量控制網諸三角點②按照三角測量方法測設的水平控制點。在經典大地測量中，為建立平面控制網而在地面上埋設的測量標志。測繪學名詞審定委員會：《測繪學名詞》，科學出版社，2010年版，第7頁。聯測，將國家大地測量控制網向我國南海管轄海域延伸，精確測定了南海黃巖島等島礁的大地坐標（地理位置）。

黃巖島位于中沙群島東部，是高潮時唯一高出海面的珊瑚礁。據有關記載，黃巖島是一座從深海平原聳起的海山，從遠處望去，它貌似一個等腰直角三角形，直角頂指向西南，斜邊在東北方；在三角形內的礁緣里，是青綠色的潟湖，像一匹巨大無比的輕紗，漂浮在湛藍色的大海上；形似等腰直角三角形，其西邊和南邊各長約15公里，面積約150平方公里。黃巖島大環(huán)礁上南巖東側，有一寬約400米的通道，小型艦船可出入錨地。

黃巖島說是島，其實只是一塊直徑約為15公里的環(huán)形大礁盤，中間深，周圍淺。落潮時，有許多大小不等的礁石露出海面。而漲潮時，僅有幾塊較大的礁石隱約可見，最大的也不到3平方米?！皪u礁聯測”測量分隊，就是在這個（南巖）站不穩(wěn)、立不住的不規(guī)則礁石上，揮汗如雨，用八百斤水泥、沙子、石頭和淡水，建造了一座一米高的中國國家海洋局、國家測繪局、國家地震局“南海聯合科學考察碑”和一座永久性“中華人民共和國測量標石”（圖1）?？鄳?zhàn)了一晝夜，按照“島礁聯測”設計要求，圓滿地完成了精確測定黃巖島大地坐標的任務。

三、古今南海天文測量點

圖1 黃巖島測量標志和黃巖島中國科考碑示意圖

測繪學是研究與地球有關的地理空間信息的采集、處理、顯示、管理、利用的科學與技術。距今久遠的元代“四海測驗”，與20世紀90年代的“島礁聯測”，圴為測繪學的天文測量或天文大地測量。其中，元代“四海測驗”聞名于世，是承前啟后的古代緯度測量。而南?！皪u礁聯測”，是繼元代“四海測驗”之后，時隔近千年的當代海洋大地測量。這是中國海洋科考創(chuàng)新項目，首次將國家大地測量控制網，向中國南海管轄海域延伸，意義非凡。

廈門大學韓振華教授根據《元史·天文志·四海測驗》記載的觀測數據：“南海，北極出地一十五度，夏至景在表南，長一尺一寸六分，晝五十四刻，夜四十六刻”的“四海測驗”，推算出南海觀測點的大地坐標，約為 15°08′N、117°45′E。而南?！皪u礁聯測”，以南海諸島與大陸的國家Ⅰ、Ⅱ等大地點同步聯測，采用先進的GPS衛(wèi)星定位技術，精確測定的黃巖島（南巖）大地坐標，約為 15°06′N、117°49′E。

“實踐是檢驗真理的唯一標準”。將韓振華教授推算南海觀測點位和采用GPS精測的黃巖島（南巖）大地坐標展繪于同一幅圖上。如圖2顯示，韓教授推算南海觀測點，在黃巖島大環(huán)礁附近的潟湖內，與位于“西沙及中沙群島以南或東南，北緯15度（古度）”，郭守敬設計的南海觀測點（概位）處同一海域內；與中沙群島之東黃巖島（南巖）僅“一步之遙”，經量算相距僅為7.377公里。由此可見，通過實際測量，獲取精確、可靠的海洋地理信息，解讀“黃巖島說”、“西沙群島說”、“林邑說”和“廣州說”等學者們之博弈，無疑是考究南海觀測點位的科學依據、可取的方法。

圖2 南海觀測點位置示意圖①

四、結 語

我國南海諸島②南海諸島為南海中中國許多島礁的總稱，屬海南省和廣東省，包括廣泛分布的200多個島、礁、沙灘。按其分布位置，分為4群：東沙群島、西沙群島、中沙群島、南沙群島。自古就是中國領土不可分割的一部分。 貝加爾湖位于俄羅斯東西伯利亞南部，在布里亞特共和國和伊爾庫茨克州境內，是世界第一深湖、歐亞大陸最大的淡水湖。湖長636千米，平均寬48千米，面積為3.15萬平方千米。包括東沙、西沙、中沙和南沙四大群島。具有重大意義的元代“四海測驗”，郭守敬布設的27個觀測點中，南海測量點就在“西沙及中沙群島以南或東南”海域（見表3）。時至20世紀70年代末，經廈門大學韓振華教授精心研究，并根據郭守敬奉命立表測景獲取的數據，推算出南海測點具體點位，為15°08′N、117°45′，位于中沙群島之東黃巖島（見圖2）。以圖為鑒，推算與元史記載的點位（概略）一致，都在“西沙及中沙群島以南或東南”海域，僅相距約3.983海里。

版圖①版圖：包括一個國家的陸地、河流、湖泊、內海、領海以及它們的底床、底土和上空（領空），是主權國管轄的國家全部疆域。是維護國家領土完整的科學依據，宣示國家主權的主要形式。如果說，韓氏推算“四海測驗”測量點位，其方法正確、可信，則可足以見證：其一，遼闊廣大的元朝疆域，東起日本海、南抵南海（注：南海諸島）、西至天山、北包貝加爾湖②南海諸島為南海中中國許多島礁的總稱，屬海南省和廣東省，包括廣泛分布的200多個島、礁、沙灘。按其分布位置，分為4群：東沙群島、西沙群島、中沙群島、南沙群島。自古就是中國領土不可分割的一部分。 貝加爾湖位于俄羅斯東西伯利亞南部，在布里亞特共和國和伊爾庫茨克州境內，是世界第一深湖、歐亞大陸最大的淡水湖。湖長636千米，平均寬48千米，面積為3.15萬平方千米。。正如元史所稱：“東盡遼左西極流沙，北逾陰山南越海表，漢唐極盛之時不及也”。其二，高潮時，現代中沙群島唯一露出海面的島嶼，黃巖島是“四海測驗”南海觀測點，早在元代已列入版圖。鑒古知今，黃巖島自古就是中國固有領土③領土：位于國家主權下的地球表面的特定部分，以及其底土和上空。領土是國家行使主權的空間，國際法承認國家在其領土上行使排他的管轄權，領土同時也是國家行使主權的對象，是國際法的客體。。

至于“元初‘四海測驗’南海觀測點，是在今西沙群島上”、“元代南海測驗在林邑，郭守敬未到中、西沙測量緯度”等幾種說辭中，很明顯無論是中國西沙群島，還是越南（今）沿海中部林邑，都不在“西沙及中沙群島以南或東南”海域，顯然與元史記載相矛盾。但是，假如從測繪角度講，可視為類似于測量學“前方交會法”的觀測站。在不能到達待測點的情況下，通常都是采用“前方交會法”①前方交會法：測定未知點P的平面坐標的方法。。