地球第一章地理坐标与天球坐标

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1、第一章 地理坐标与天球坐标,地理坐标 经线和纬线 地理坐标 天球坐标 天球 天球坐标 地平坐标系：高度和方位 第一赤道坐标系：赤纬和时角 第二赤道坐标系：赤纬和赤经 黄道坐标系：黄纬和黄经 各种天球坐标的区别,第一节 地理坐标,经线和纬线 一、 地球上的经线和纬线 地球球心地轴地极经线和纬线经纬网地理坐标 经线和纬线都是地球上的圆 大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心；（所有经线圈、赤道） 小圆：大圆以外的圆。,一、纬线(parallel)=纬度(latidude),所有与地轴垂直的面和地标相交而成的圆，就是纬线。 纬度：一地的纬度就是该地铅垂线对赤道面的夹角。 纬线相互平行，大小不等;赤

2、道是最大纬圈。 赤道(equator)： 0。,二、经线(meridian)=经度(longitude),经线圈：所有经过地轴的平面，和地球表面相交而成的圆，就是经线圈。每个经线圈都包含两条相差180度的经线，一条经线则只是一个半圆弧。 经线都是大圆的一半，都在两极相交，大小相同； 本初子午线：通过英国Greenwich(格林尼治)天文台经线（1884年确定），0,图1-1 经线和纬线 纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴,英国Greenwich 天文台,补充 地球坐标系与地图制图,17世纪，法国笛卡尔发明平面直角坐标系。至今在展绘地图投影和计算机数字制图中应用。 地球的北极、南极、赤道以及

3、本初子午线作为基本要素，可构成地球球面的地理坐标系统。,地理坐标,地理坐标就是用经纬度表示地面点位的球面坐标。 1.1天文经纬度 天文经度：即以观测点天顶子午面与格林威治天顶子午面间的两面角，或视为一个天体在上述两地的时角差。天文经度在地球上的定义，即本初子午面与观测点之间的两面角。 天文纬度：赤纬，铅垂线与赤道平面间的夹角。,1.2 大地经纬度 大地经度：参考椭球面上某一点的大地子午面与本初子午面间的两面角。东经：正，西经：负。 大地纬度：参考椭球面上某一点的法线与赤道面的夹角。北纬：正，南纬：负。 大地高（h）,2、地图投影,可见，地球椭球面是不可展开的面。无论如何展开都会产生褶皱，拉伸或

4、断裂等无规律变形，无法绘制科学、准确的地图。因此应采用地图投影的方式。,地图投影的应用,地图投影的选择依据 1、制图区域的地理位置、形状和范围 （1）制图区地理位置决定了所选择投影的种类。 极地正轴方位投影 赤道附近横轴方位投影 中纬地区正轴圆锥投影或斜轴方位投影,（2）制图区域形状直接制约地图投影的选择,同是在中纬度地区， 沿着纬线方向延伸的长形区域单位准纬线正轴圆锥投影； 沿着经线方向略窄，沿纬线方向略宽的长形区域双标准纬线正轴圆锥投影 沿经线方向南北延伸的长形区域多圆锥投影 圆形区域斜轴方位投影 同是在低纬赤道附近， 沿东西方向长条形区域正轴圆柱投影 圆形区域横轴方位投影,（3）制图区域

5、的范围大小也影响地图投影的选择。范围小时，无论什么投影方式都无太大变形差异；对于区域广大的地图需要慎重的选择投影。,球面三角基础知识,一、球面上的圆 （大圆、小圆） 定理： 任何平面和球面的交线都是正圆。 定义： 通过球心的平面与球面的交线，是直径最大的圆，叫做大圆。 不通过球心的平面与球面的交线，叫小圆。,二、球面上两点的距离 三、圆的极 与圆所在平面相垂直的直线与球面相交的两个点。 大圆的极点：通过球心与大圆所在平面相垂直的直线与球面的两个交点。 四、球面角 五、圆弧与角的度量 六、球面三角形,球 面 角,球面角=两个大圆弧相交所成的角度（ASB） 两个大圆弧的交点（S）称为球面角的顶点，

6、大圆弧称为球面角的边 球面角是以过顶点的圆弧的二切线所加的角度来度量 =两交点（A，B）间的大圆弧AB对应的圆心角。,球面三角形,球面上两两分别相交的三个大圆弧所围成的几何图形 三条大圆弧为球面三角形的边a、b、c 各大圆弧所成的球面角为球面三角形的角A、B、C,二、 地球上的方向和距离 地球上的方向 通常指地平方向； 南北方向（经线方向），有限方向； 东西方向（纬线方向），无限方向； 理论上亦东亦西；实际上非东即西。,地球上的方向与地球自转 我国传统上把正午太阳所在方向定为正南，而把日出日落的方向视为东西方向； 东西方向与地球自转相联系； 判断：右手定则，右手大拇指伸出，其余四指弯曲，大拇指

7、指向天北极，其余四指弯曲的方向为自西向东的方向。 在用时针的方向表述地球自转方向时，必须明确观测者是立足于哪个半球观测地球自转的。,图1-3 十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯酉表示东西。,图1-2 地球自转方向向东。在北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方向。,地球上的距离 角距离和线距离相互联系。 海里：经线1分的弧长； 赤道的周长：60海里360=21 600海里。 公里：经线1分的弧长（把圆周分为400度，1度100分）； 赤道的周长：100公里400=40000公里。 经度1为60海里，约折合111km。,经度和纬度,一、 经度和纬度 是经线和纬线的“编号”，本身代表一

8、种角度 纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度 纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角； 纬度在本地经线上度量，南北纬各分90度。,经度：本地子午面的东西方向和角距离 经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终面； 经度通常在赤道上度量，东西经各分180度。,图1-4 经度和纬度 纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角； 经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。,图1-5 经纬网,图1-6 经纬网的极地俯视图 左图，俯视北极；右图，俯视南极,经线都是大圆，纬度间隔大体相等： 纬线是大小不等的圆 经度的间隔，随纬度增高而减小； 与纬度的余弦成反比。 经（纬）度与经（纬）线

9、经度和纬度用来区分不同的经线和纬线； 经线即等经度线，纬线即等纬度线。,图1-7 经线的间隔随纬度增大而减小,二、 地理坐标 一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标。 地理定位，地理坐标与地球上的点一一对应。 书写按惯例 先纬度，后经度；数字在先，符号在后。 例：北京（40N, 116E ） 内江（2935N，10503E）,赤勒川，阴山下， 天似穹庐，笼盖四野， 天苍苍，野茫茫， 风吹草低见牛羊。,图1-8 天穹,既然地上有半个球，不难想象地下也应有半个球，合成一个球体天球。,第二节 天球坐标 天球 一、 天穹和天球 天穹：地平以上的半个天球 是半球和扁球。 天球：以地心为球心半径为任意

10、的假想球体，表示天体视运动的辅助工具 是整球和圆球； 分地心天球和日心天球。,天球的特点,1、与直观感觉相符的科学抽象 2、天体在天球上的位置只反映天体视方向的投影 3、天球上任意两天体的距离用其角距表示 4、地面上两平行方向指向天球同点 5、任意点为球心,图1-9 天球示意图 天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天球上有它们的投影。,周年运动： 太阳周年运动 方向：自西向东，与地球公转方向相同 视行路线：黄道 星空季节变化,太阳同时参与两种相反的运动： 由于地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日转一周； 由于地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周； 从而也可以理解为

11、太阳的周日运动落后于恒星。,图1-10 太阳周年运动,图1-11 太阳周年运动 方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。,1,二、天球的视运动 天球周日视运动 对于地球观测者：天球围绕我们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周期（1日）旋转天球周日运动； 周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。,春：中天狮子 太阳 飞马 夏：天蝎中天 太阳 猎户 秋：飞马中天 太阳 狮子 冬：猎户中天 太阳 天蝎,图1-12 夜半中星随季节的变化 这是地球公转的反映。由夜半中星的变化间接推出太阳周年运动。,图1-13 天球的视运动 左：地球公转和太阳周年运动，二者都

12、向东。 右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西。,三、 天球上的圆和点,图1-14 天球大圆的交点和远距点 左:地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点(南、北、上、下)；右:黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）,三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道； 大圆的极点： 地平圈两极：天顶和天底； 天赤道的两极：天北极和天南极； 黄道的两极：黄北极和黄南极。 大圆的交点： 天赤道交地平圈：东点和西点； 黄道交天赤道：春分点和秋分点。,天极和天赤道,天极：PP 通过天球中心做一与地球自转轴平行的直线（天轴），它与天球相交的两点为天极。 天赤道：QQ 过天球中心做一与天轴垂直的平面（

13、天赤道面）它与天球相交的大圆为天赤道,天顶、天底和真地平,天顶：Z 过天球中心做一直线与观测点的铅垂线平行，交天球于两点，位于观测者头顶的一点成为天顶。 天底：Z 与天顶相对的另一个交点为天底。 真地平：过天球中心做一与铅垂直线的平面，与天球相交的大圆为真地平。,天子午圈、四方点、卯酉圈,天子午圈： 过天极和天顶的大圆 四方点：天子午圈与真地平相交的两点为南北点，（靠近北天极的为北点）天赤道与真地平相交的两点为东西点。 卯酉圈：过天顶和东西点所做的大圆弧。,黄道与黄极,黄道：过天球中心做一与地球公转轨道平面平行的平面为黄道面，与天球相交的大圆为黄道。 黄极：黄道所对应的两个极点。 黄赤交角：与

14、黄道与赤道的交角。=23度26分,二分点、二至点,二分点： 黄道与天赤道的两个交点 春分点；秋分点 二至点： 黄道上与二分点相距90度的另两个点。 夏至点；冬至点,四、天球上的方向和距离 方向：地球上方向的延伸； 东西方向：俯视天北极，逆钟向为东； 判断：右手定则。 距离：只有角距离。,图1-15 天球上的方向,图1-16 天球上的距离,天球坐标 一、球坐标系的一般模式 以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形； 纵坐标即纬度； 横坐标即经度。,图1-17 球面坐标的一般模式 由基圈、始圈和终圈构成球面三角形,两大类天球坐标系 右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，向西； 左旋坐标系：与太阳周

15、年运动（地球公转）联系，向东。,二、地平坐标系 用途：表示天体在天空中的高度和方位； 圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈； 基本要点： 基圈：地平圈； 原点：南点；始圈：午圈； 纬度：高度； 经度：方位 (0到360度，自南点向西沿地平圈度量）。,图1-18 地平坐标系的圆圈系统：地平圈上4个相距90的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）。,图1-19 天体的地平坐标：高度和方位,三、第一赤道坐标系(也称时角坐标系) 用途：用于时间度量； 圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈； 基本要点： 基圈：天赤道；原点：上点； 始圈：午圈；纬度：赤纬； 经度：时角（经圈改称时圈

16、）自上点沿天赤道向西度量（为使天体的时角“与时俱增 ”）。,图1-20（上） 第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。,图1-21（下）天体第一赤道坐标系：赤纬和时角,四、第二赤道坐标系 用途：表示天体在天球上的位置； 圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈； 基本要点： 基圈：天赤道；原点：春分点； 始圈：春分圈；纬度：赤纬； 经度：赤经，自天赤道向东度量（为使春分点沿天赤道向东度量，即当时的“恒星时”）。,图1-22（下） 第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。,图1-23（上） 天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经,五、黄道坐标系 用途：表示日月行星的位置及其运动； 圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点的黄经圈）和二至圈； 基本要点： 基圈：黄道；原点：春分点； 始圈：无名圈；纬度：黄纬； 经度：黄经，自春分点沿黄