《《地球重力场》PPT课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《地球重力场》PPT课件（104页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章第三章 地球重力场地球重力场及地球形状的基本理论及地球形状的基本理论徐卓揆徐卓揆徐卓揆徐卓揆公路工程学院公路工程学院公路工程学院公路工程学院n n地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念n n地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论n n高程系统高程系统n n关于测定垂线偏差和大地水准关于测定垂线偏差和大地水准面差距的基本概念面差距的基本概念n n本章要求，通过学习地球重力场的基本知识，理解地球的形状大小、地球的高程系统、1 1、地球的基本形状、地球的基本形状、地球的基本形状、地球的基本形状n n地球的实际形状很不规则。地球的实际形状很不规则。地球的实际形状很不规则。地球的实际形状很
2、不规则。从总体情况看，地球的形状从总体情况看，地球的形状从总体情况看，地球的形状从总体情况看，地球的形状可用大地体来描述：旋转椭可用大地体来描述：旋转椭可用大地体来描述：旋转椭可用大地体来描述：旋转椭球、三轴椭球、球、三轴椭球、球、三轴椭球、球、三轴椭球、“ “梨形梨形梨形梨形” ”体体体体等。等。等。等。n n方便起见，通常用旋转椭球方便起见，通常用旋转椭球方便起见，通常用旋转椭球方便起见，通常用旋转椭球来表达地球形状。来表达地球形状。来表达地球形状。来表达地球形状。-a-a，b b， n n地球的物理性质：引力参数、地球的物理性质：引力参数、地球的物理性质：引力参数、地球的物理性质：引力参
3、数、圈层参数、物理场及天文性圈层参数、物理场及天文性圈层参数、物理场及天文性圈层参数、物理场及天文性质质质质地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念 一、一、地球概说地球概说2 2、地球大气、地球大气、地球大气、地球大气 大气厚度：大气厚度：大气厚度：大气厚度：200020003000km3000km； 大气质量：大气质量：大气质量：大气质量：3.9103.9102121克克克克 从地面由低到高可分为：对流层，平流层，中层，电离层从地面由低到高可分为：对流层，平流层，中层，电离层从地面由低到高可分为：对流层，平流层，中层，电离层从地面由低到高可分为：对流层，平流层，中层，电离层( (热层热
4、层热层热层) )，外层，外层，外层，外层( (散逸层散逸层散逸层散逸层) )对流层：海平面以上对流层：海平面以上对流层：海平面以上对流层：海平面以上404050km50km；气温随高度增加而降低；气温随高度增加而降低；气温随高度增加而降低；气温随高度增加而降低； 空气对流，运动显著；湿度大；天气多变。空气对流，运动显著；湿度大；天气多变。空气对流，运动显著；湿度大；天气多变。空气对流，运动显著；湿度大；天气多变。平流层：对流层以上平流层：对流层以上平流层：对流层以上平流层：对流层以上505055km55km，气温不受地面影响；空气，气温不受地面影响；空气，气温不受地面影响；空气，气温不受地面影
5、响；空气 水平运动；水汽含量极少。水平运动；水汽含量极少。水平运动；水汽含量极少。水平运动；水汽含量极少。中中中中 层：平流层以上层：平流层以上层：平流层以上层：平流层以上808085km85km，气温随高度增加而迅速下，气温随高度增加而迅速下，气温随高度增加而迅速下，气温随高度增加而迅速下 降，空气对流。降，空气对流。降，空气对流。降，空气对流。电离层：中层顶部到电离层：中层顶部到电离层：中层顶部到电离层：中层顶部到800km800km的高空；温度随高度增加而急剧的高空；温度随高度增加而急剧的高空；温度随高度增加而急剧的高空；温度随高度增加而急剧 上升，大部分空气被电离，对电磁波的传播影响较
6、大。上升，大部分空气被电离，对电磁波的传播影响较大。上升，大部分空气被电离，对电磁波的传播影响较大。上升，大部分空气被电离，对电磁波的传播影响较大。外外外外 层：电离层一上；空气十分稀薄；受地球引力小。层：电离层一上；空气十分稀薄；受地球引力小。层：电离层一上；空气十分稀薄；受地球引力小。层：电离层一上；空气十分稀薄；受地球引力小。3.1-3.1-地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念1 1、地球自转、地球自转、地球自转、地球自转地球自转的线速度：地球自转的线速度：地球自转的线速度：地球自转的线速度：xyzoVR2 2、地球公转、地球公转、地球
7、公转、地球公转地球公转遵循开普勒三定律地球公转遵循开普勒三定律地球公转遵循开普勒三定律地球公转遵循开普勒三定律和万有引力定律。和万有引力定律。和万有引力定律。和万有引力定律。 、开普勒三大行星定律、开普勒三大行星定律、开普勒三大行星定律、开普勒三大行星定律 a a a a、行星运行的轨道是一个椭圆，而该椭行星运行的轨道是一个椭圆，而该椭行星运行的轨道是一个椭圆，而该椭行星运行的轨道是一个椭圆，而该椭 圆的一个焦点与太阳的质心相重合圆的一个焦点与太阳的质心相重合圆的一个焦点与太阳的质心相重合圆的一个焦点与太阳的质心相重合 远日点远日点近日点近日点f 二、二、地球运动概说地球运动概说3.1-3.1
8、-地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念b b b b、行星质心与太阳质心间的距离向量，在相同的时间内所行星质心与太阳质心间的距离向量，在相同的时间内所行星质心与太阳质心间的距离向量，在相同的时间内所行星质心与太阳质心间的距离向量，在相同的时间内所扫过的面积相等，即面积扫过的面积相等，即面积扫过的面积相等，即面积扫过的面积相等，即面积/ /速度速度速度速度(s/t (s/t ）=常数常数常数常数c、行星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为常量。、行星运动周期的平方与轨道椭圆长半径的立方之比为常量。、牛顿万有引力定律：宇宙中任意两个质点都彼
9、此互相、牛顿万有引力定律：宇宙中任意两个质点都彼此互相、牛顿万有引力定律：宇宙中任意两个质点都彼此互相、牛顿万有引力定律：宇宙中任意两个质点都彼此互相吸引，引力的大小与它们的质量的乘积成正比，与它们的吸引，引力的大小与它们的质量的乘积成正比，与它们的吸引，引力的大小与它们的质量的乘积成正比，与它们的吸引，引力的大小与它们的质量的乘积成正比，与它们的距离平方成反比。距离平方成反比。距离平方成反比。距离平方成反比。 是在开普勒三定律基础上推导来的，其包含了开普勒是在开普勒三定律基础上推导来的，其包含了开普勒是在开普勒三定律基础上推导来的，其包含了开普勒是在开普勒三定律基础上推导来的，其包含了开普勒
10、三定律。三定律。三定律。三定律。3.1-3.1-地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念3 3、地球基本参数、地球基本参数、地球基本参数、地球基本参数1 1）、几何参数）、几何参数）、几何参数）、几何参数长半径：长半径：长半径：长半径：扁扁扁扁 率：率：率：率： 2 2）、物理参数）、物理参数）、物理参数）、物理参数自转速度：自转速度：自转速度：自转速度：1010-5-5rad/srad/s二阶带球谐系数：二阶带球谐系数：二阶带球谐系数：二阶带球谐系数：J J2 21010-6-6地心引力常数：地心引力常数：地心引力常数：地心引力常数：GM=39
11、8603kmGM=398603km3 3/s/s2 23.1-3.1-地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念地球及其运动的基本概念二、引力与离心力二、引力与离心力xyzoFgPr1、地球重力、地球重力 为为F与与P的和向量的和向量地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论一、地球重力场研究的意义一、地球重力场研究的意义3、离心力、离心力2、引力、引力FvM为地球质量，为地球质量，vm为质点质量，为质点质量，vf为万有引力常数，为万有引力常数，vr为质点到地心的距离为质点到地心的距离。xyzoFPr3.2-3.2-地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本
12、理论地球重力场的基本理论三、引力位和离心力位三、引力位和离心力位1、位函数、位函数 位函数位函数：通俗地讲，即在：通俗地讲，即在：通俗地讲，即在：通俗地讲，即在一个参考坐标系中，位函数表示一个参考坐标系中，位函数表示一个参考坐标系中，位函数表示一个参考坐标系中，位函数表示被作用点的位能大小。被作用点的位能大小。被作用点的位能大小。被作用点的位能大小。借助于位理论来研究地球重力场是非常方便的。借助于位理论来研究地球重力场是非常方便的。借助于位理论来研究地球重力场是非常方便的。借助于位理论来研究地球重力场是非常方便的。位函数的性质位函数的性质 位函是标量函数，可对各分量求和，也可对某个质体进行位函
13、是标量函数，可对各分量求和，也可对某个质体进行位函是标量函数，可对各分量求和，也可对某个质体进行位函是标量函数，可对各分量求和，也可对某个质体进行积分。积分。积分。积分。 V VVVQ+Q+ 其对三个坐标方向的一阶导数的数值等于作用力在该方向其对三个坐标方向的一阶导数的数值等于作用力在该方向其对三个坐标方向的一阶导数的数值等于作用力在该方向其对三个坐标方向的一阶导数的数值等于作用力在该方向上的分力大小。上的分力大小。上的分力大小。上的分力大小。3.2-3.2-地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论2、引力位、引力位质点质点M的引力位的引力位 对于质量为
14、对于质量为对于质量为对于质量为MM的球体表面附近一点的球体表面附近一点的球体表面附近一点的球体表面附近一点mm，其引力，其引力，其引力，其引力为：为：为：为： 若两质点间的距离若两质点间的距离若两质点间的距离若两质点间的距离在力的方向有一个微分在力的方向有一个微分在力的方向有一个微分在力的方向有一个微分变量变量变量变量drdr，则必做功：，则必做功：，则必做功：，则必做功： 3.2-3.2-地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论n n用用用用VV表示引力位能，表示引力位能，表示引力位能，表示引力位能，此功必等于位能的此功必等于位能的此功必等于位能的此功
15、必等于位能的减少减少减少减少：对上式积分，则得位能：对上式积分，则得位能：引力位或位函数引力位或位函数 ： 取质点取质点m的质量为单位质量则有：的质量为单位质量则有：此函数则为质点此函数则为质点M的引力位或引力位函数的引力位或引力位函数3.2-3.2-地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论 地球的引力位函数地球的引力位函数地球总体的位函数应等于组成其质量的各基元分地球总体的位函数应等于组成其质量的各基元分地球总体的位函数应等于组成其质量的各基元分地球总体的位函数应等于组成其质量的各基元分体（体（体（体（d dmmi i）位函数（）位函数（）位函数（）位
16、函数（d dVVi i）之和，对整个地球而言）之和，对整个地球而言）之和，对整个地球而言）之和，对整个地球而言，则有，则有，则有，则有xyzorRSS0Semmdm(Xm,ym,zm)(X，y，z)3.2-3.2-地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论引力位函数的偏导数与引力、加速度引力位函数的偏导数与引力、加速度根据牛顿力学第二定律根据牛顿力学第二定律根据牛顿力学第二定律根据牛顿力学第二定律上式表明：上式表明： 引力位梯度在数值上等于单位质点受引力位梯度在数值上等于单位质点受r处质体处质体M吸引而形吸引而形成的加速度值，单位质点所受引力在数值上就等于加速度。成的加速度值，单位质点所受引力在数值上就等于加速度。此定理可扩展至三维坐标系中此定理可扩展至三维坐标系中 3.2-3.2-地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论地球重力场的基本理论若设加速度的模若设加速度的模若设加速度的模若设加速度的模a a：(a,x),(a,y),(a,z)(a,x),(a,y),(a,z)为为为为a a与各坐标轴之间的夹角，则与各坐标轴之间的夹角
