七年级地理上册《地球的形状和大小》地球形状研究文字素材1商务星球版

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1、地球形状研究（figureoftheEarth）在地球物理学中是指地球整体的儿何形状，即人地水准而的形状。对地球形状的研究是大地测量学和固体地球物理学的一个共同课题，其忖的是运用几何方法、重力方法和空间技术，确定地球的形状、人小、地面点的位置和重力场的粘细结构。地球的形状主要是山地球的引力和自转产生的离心力决定的。人类对地球形状的认识经历了很长的吋间。初期认为天圆地方，以后逐渐认识到地球是个圆球。17世纪法国人发现地球不是正圜而是扁的，牛顿等根据力学原理，捉出地球是扁球的理论，这一理论直到1739年才为南美和北欧的弧度测量所证实。其实，在此之前中国为编绘《皐舆全图》，就曾进行了人规模的弧度测

2、量，并发现纬度愈高，经线的弧长愈长的事实。这同地球两极略扁，赤道隆起的理论相符。1849年英国的斯托克斯提出利用地而重力观测确定地球形状的理论。经过100多年来的努力，特别是人造卫星等先进技术的应用，使地球形状的测定越来越耕确。地球非常接近于一个旋转椭球，其长半轴为6378136米，扁率为1：29&257。严格而言，地球形状应该是指地球表而的儿何形状，但是地球自然表而极其复杂，所以从科学上，人们都把平均海水血及其延伸到大陆内部所构成的大地水准血作为地球形状的研究对象，因为人地水准面同地球表面形状I•分接近，乂具有明显的物理意义。但是人地水准面还不是一个简单的数字曲而，无法在这样的而上直接进行

3、测量和数据处理。而从力学角度看，如果地球是一个旋转的均质流体，那么其平衡形状应该是一个旋转椭球体。于是人们进一步设想用一个合适的旋转椭球面來逼近大地水准面。要确定这一椭球，只石知道其形状参数（长半轴a,扁率a）和物理参数（地心引力常数GM和旋转角速度3）即可。同人地水准而最为接近的椭球血称为平均地球椭球血。如果能确定大地水准血与该椭球血Z间的偏差，亦即大地水准而与椭球而之间的差距（大地水准而差距N）和倾斜（乖线偏差8）,则人地水准而的形状可完全确定（图1）。实际测量结果衣明，虽然大地水准血很不规则，其至南北两半球也不对称，北极略凸出，南极则偏平，夸张地说近似一梨形。但大地水准而同一个与它最相

4、逼近的旋转椭球相比，最大偏离N值在100米左右，（）值一般在10〃Z内。因此，可分两步确定大地水准血的形状：①确定一个同它最逼近的旋转椭球而，即平均地球椭球；②确定大地水准面同这个椭球的偏离。这是地球形状学研究中的两个主要课题。确定地球形状的地血测量方法利用地血观测来研究地球形状的经典方法是弧度测量，即根据地面上丈量的子午线弧长，推算出地球椭球的扁率。以后，人们广泛地川建立天文人地网的方法确定同局部大地水准面最相吻合的参考椭球。但是这些纯儿何测量的方法都由于不能遍及整个地球而有很大的局限性。大地水准血是一个重力等位曲，而重力又是重力等位面的法向导数，这样便可以通过重力位把二者联系起来。事实上

5、，地球重力场的不规则分布和大地水准血的起伏都同地球内部质量分布不均匀有关。地球形状研究和地球重力场研究是同一个问题的两个侧面。基于这一思想,斯托克斯提出了利川地而上的重力观测来确定大地水准而形状的问题（称为斯托克斯问题），并证明了以下定理：一个外表面为水准血的物体，若已知其外表血形状S,包围的质量M,旋转的角速度3,即可唯一地求出该物体表面上及其外的重力位和重力值，即g二f（l,S,3）和W=f（M,S,3）。在大地测量中，要求解决其逆问题，即根据在大地水准面上观测的重力來推求大地水准面的形状：S二F（g,3,M）,取大地水准而为边界而，解位论的第三边值问题，可以得出上述问题的解。大地水准

6、面起伏可按下式计算：式中称为斯托克斯函数；R为地球平均半径；入为平均重力；gO-X0为人地水准面上的混合重力异常（见重力异常），do为微分球血元。同样，垂线偏差o的两个分量E（子午圈分量）和n（卯酉圈分量）为：式中称为韦宁•边内兹（乂译维宁•曼尼兹）函数；□为从计算点至流动而元的方位角。这样，只要有全球亜力异常资料，就可以利用上述公式进行数值积分，从而确定出大地水准面的形状。但是，实际应川斯托克斯方法求解地球形状时，有很大的困难。由于大地水准而外部存衣质量，为此而必须采取的去掉或移入内部的质量调整办法都会引起大地水准而的变形；此外，实际观测是在地球自然表血上进行的，为了构成大地水准血上的边值

7、条件，就必须把地血观测值归算到大地水准而上。然而只有了解地而和大地水准而I'可的物质密度分布，才能进行调整和归算，但这正是我们至今还不能粘确知道的。为此，苏联学者莫洛坚斯棊提出一种新的理论，他避开了大地水准面的概念和地壳密度分布问题，而是直接取一个非常接近丁•地球表而的似地球表而（即地形表而）为边界而，用地而上的大地测量和重力测量数据立接确定岀地球表血的真实形状：S=f（gs,Ws,3）式中gs和Ws分别为地