地理坐标与天球坐标

《地理坐标与天球坐标》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章地理坐标与天球坐标张生宿州学院地理与环境科学系2008.9第一节地球形状和大小一、地球形状与大地水准面地球表面崎岖不平，它的真实形状是非常不规则的，讨论地球形状这一课题时，通常不去研究地球自然表面的形状，而是研究它的某种理论上的形状，这就是大地水准面的形状（海拔的起算面）。大地水准面是指全球静止海平面。包括三方面含义：首先指的是海面的形状，它不考虑地球表面的海陆差异，也不考虑陆地和海底的地形起伏；其次指的是静止海面的形状，所谓静止海面，指的是平均海面，因而它不考虑海面上的波浪起伏和潮汐涨落，也不考虑洋流的影响；第三是指全球静止海面的形状，因而它不仅包括实际存在的四大洋的海面，而且包

2、括陆地底下的假想海面，这样一个包围整个地球的全球性的静止海面，称为大地水准面，它是海拔的起算面。地球形状指的就是大地水准面的形状。二、地球是一个球体（一）人类对地球是个球体的认识过程人类对地球形状的认识，经过了一个由浅入深，由现象到本质的过程。人类最初对地球形状的认识是从直觉经验出发的，由于当时人们生产规模窄小，活动范围有限，看到自己周围的一部分地面是平面，就误认为整个大地是平的，因而得出了“天圆如张盖，地方如棋局”的结论，即认为天空是圆的，大地是平的，这就是古代天圆地方的宇宙观。然而，很多现象都表明，地面不是平面，而是一个曲面。例如，海边看来船总是先看到船的桅杆，然后才看到船身；北极星的

3、高度因纬度而不同，越向北方地平高度越大；站得越高看得越远等。上述各种现象均说明大地是一个曲面。但是曲面还不一定是球面，只有具有相同曲率的曲面才能构成球面。曲率就是弯曲程度，地球表面的曲率是用每度球心角所对应的弧长来表示的。因此，要知道地球是否是球形，就需要测定地球表面两地之间的球心角和所对应的弧长（弧度测量）。最早进行这种弧度测量的是我国唐代天文学家僧一行（本名张遂），在他的指导下，南宫说（太监）率领测量队，在现今河南省黄河两岸的平原地带，分别测定了大体位于同一条经线上的滑县、开封、扶沟、上蔡四地的二分二至的正午日影长度和北极星高度，同时测量上述各地之间的水平距离，从而得出地球表面子午线1

4、°的长度为351里80步（唐代以300步为1里，1步为5尺），这个数据相当于现代的129.41公里。近代世界各地反复进行了弧度测量，测量的结果表明，各地的地面曲率大体相同，约为每度111公里。因此，地球是球形的结论是以精密的测量和严密的推论为依据的。麦哲伦环球航行的成功，只是用事实证明了地球是一个球体。当然，现在人们利用人造卫星和宇宙飞船所拍摄的地球照片，可直接看到地球是个球体。（二）球体的成因宇宙间的天体大部分都呈球形，是因为天体都存在着自引力。影响天体形状的因素主要有三个：1、自引力它使天体趋于成为球形。2、刚体力（内聚力）即固体分子的内聚力，它使物体保持原来的形状；3、时间球体的形成

5、需要时间，因此许多拥有巨大物质的天体，目前未必成为球形，比如星云的质量远大于恒星，但不是球形。自引力的大小取决于天体的质量，质量越大，自引力越大，如果引力大于内聚力，天体才能成为球形。因此，一些质量较小的天体，由于自引力克服不了刚体力的作用，则不能成为球形。三、地球是一个扁球体（一）地球是个扁球休严格的扁球体(椭球休)其半径随纬度升高而变短,赤道半径最长,极半径最短；曲率随纬度升高而变小,赤道曲率最大,两极曲率最小；圆周经线均为椭圆，纬线都是正圆。地球的扁缩程度用扁率表示，其公式为：f=(a-b)/a关于地球形状和大小的数据有一个不断提高精度的过程，从1984年起使用如下数据：赤道半径（a

6、）=6378.140km极半径（b）=6356.755km扁率（f）=1/298.275地球的平均半径是r＝3＝6371。地球的平均半径相当于同地球扁球体等体积的正球体的半径。地球扁球体的体积为4/3πa2b，正球体的体积为4/3πr3。因此，4/3πa2b＝4/3πr3r＝3＝6371。（二）扁球体的形成如果地球的自引力是造成球形的惟一因素的话，地球只能成为正球体，而不会是扁球体。但地球的确是个扁球体，无论是弧度测量还是重力测量都已得到证实，它的两极稍微扁平，赤道地区略微隆起。既然地球是个赤道隆起的扁球体，那么，在地球上肯定有一个始终存在而指向赤道的力，这个力使质点向赤道方向移动，从而使

7、赤道半径长于极半径，使地球变成一个扁球体。这个力是存在的，而且来源于地球自转，这就是地球自转产生的惯性离心力。惯性离心力的方向垂直于地轴指向外，它和质点作圆周运动所需的向心力大小相等，方向相反。惯性离心力的大小，f＝ω2Rcosψ。由公式可见，惯性离心力的大小随纬度升高而减小。惯性离心力可以分解为垂直分力和水平分力两个分力，垂直分力与地心引力相互抵消，对地球形状不产生影响，而水平分力指向赤道，在它的长期作用下，两极的物质