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1、第20卷第4期地球科学进展Vol.20No.42005年4月ADVANCESINEARTHSCIENCEApr.,2005文章编号:100128166(2005)04204552043重力场中正高的理论与研究12张赤军,边少锋(1.中国科学院测量与地球物理研究所开放实验室,湖北武汉430077;2.海军工程大学四系,湖北武汉430033)摘要:在大地测量学中的正高又称海拔高,它为地球重力场所制约,海拔高在当今数字地球中占有重要位置,它的功用已表现在经济、国防建设科学研究等诸多方面。尽管近50年来我国仍采用正常高系统,但随着时代的发展、
2、研究的深入,如今推求正高的精度又与正常高的非常接近,况且它又符合我国幅员广大的高海拔山区的实际情况,因此用正高(系统)代替正常高(系统)的观念将会被人们所接受。这里对正高研究与发展的3个阶段进行了阐述,它们是:正高的定义与近似值,正常高的提出,正高的精确值的推求;还对高程(正高)基准面(geoid)上w0(大地水准面上的位值)的推求方法加以介绍。关键词:正高;海拔;正常高;大地水准面;w0中图分类号:P22文献标识码:A水准面的混合重力异常)的求解,这时大地水准面1海拔高的概念、定义与近似值[2,3]的形状(S)可用下式表示:S=F(
3、g,M,ω),式中早在700多年前,我国元代科学家郭守敬,在兴g为大地水准面的重力,M为地球质量,ω为其自转修水利工程中已经认识到进行高程测量需从海平面角速率,具体的方法是根据它上面的重力异常与斯[1]起算并开始实施,从而形成了海拔的概念。此后氏函数S(ψ)的褶积,如此可求得大地水准面高,由人们注意到潮汐变化对海面高低的影响,在西方一它组成的面就是大地水准面,这样就把大地测量中些国家先后建立了验潮站,根据多年的观测来确定的几何问题和物理问题有机地联系起来。由于大地当地的平均海面,世界上最早的验潮站也有200多水准面是地球重力场中一个特
4、殊的等位面并与平均年的历史,我国的吴淞验潮站也记录有100多年的海面十分接近,因此用它作为高程基准面很有意义,资料,但由于吴淞处在长江与吴淞江汇合的冲积层至今各国仍在研究用它来统一世界各地的高程上,地壳稳定性较差,虽然至今仍在记录,但作为高基准。程的基准点,从1950年起已被设在基岩上的青岛验由于重力学理论还知道,单纯的几何高程(差)潮站所代替。测量还不能完全确定地面点的高程,只有同时进行在谈及高程基点和基准的时候,人们不会忘记几何的水准测量和重力测量才能真实完整地确定出英国科学家斯督克斯的贡献,他是物理大地测量的真正的高程,若仅作了
5、前者的测量,其结果就会因施开拓者和奠基人,1849年他在“地球表面重力变化”行的路线的不同而异。因此在地球的重力场中的高一文中,提出了用引力位理论和重力测量的方法来H程测量实质是进行重力位(差)的测量,并用∫gdh推求大地水准面的形状,实际上这是对大地重力学0基本微分方程即第三边值问题(其边界条件为大地=C表示,其中C为位基数,积分下限为0,即在大3收稿日期:2004205220;修回日期:2004209216.3基金项目:国家杰出青年自然科学基金项目“地球物理或大地测量”(编号:40125012)资助.作者简介:张赤军(19332)
6、,男,江苏省姜堰市人,研究员,主要从事大地测量与重力学研究.E2mail:iggzhangcj@sohu.com©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.456地球科学进展第20卷地水准面上其高程为0。式中,γm是0和H间的正常重力的平均值,且可从经过德国大地测量学家黑尔默特的研究,便将理论上算得,因此,正常高是可以精确求取的,它是从大地水准面沿垂线到地面点的海拔高程定义为正从似大地水准面到地面点的高程,而不像正高是从[4]高,且以大地水准面起算,所以
7、该高程缺乏物理意义,以往由H1于历史原因,前苏联、我国及东欧部分国家至今仍在H0=∫gdh(1)g0m采用这一高程,但欧美等世界上许多国家一直采用代替,其中gm为0到H之间的重力平均值,如此把正高。过去的海拔高以公式的形式严格固定下来,由于以自20世纪中叶以来一些学者先后对正常高与往[4]gm值难以确定,因而在过去一段时间用一些近似正高之差进行了研究,初期推得下式,即公式表示正高或对它做相应的改正,乃至近年来还ΔgbH0-Hn≈-H(3)有作者认为它是无法精确获得的。γ式中γ为正常重力,Δgb为布格异常,从上式可以看2正常高的提出出,
8、两者之差和布格异常(Δgb)及高程(H)有关,而斯督克斯理论中引入的大地水准面的概念,至Δgb又随着H的增大而减小,例如在H≈5000m的52今在高程研究及全球垂直基准的建立中仍然起着重青藏高原Δgb≈-500×10m/
