物理大地测量学的基本概念及其任务

物理大地测量学的基本概念及其任务物理大地测量学是大地测量学的主要分支之一﹐研究用数学、物理(重力)方法测定地球形状及其外部重力场的学科，又称为理论大地测量学，也有人称之为大地重力学或地球重力学。几何大地测量的观测都是在地球重力场内，以铅垂线为依据的站心地平坐标系中进行的。为了把这些观测数据归算到一个统一的大地坐标系统（局部的或全球的）中去，必须知道地球的大小、形状及其外部重力场。测定地球形状可以用重力测量方法，也可以用几何大地测量方法。但比较起来，用重力测量方法更为有利。因为重力测量差不多可以在地面上任意地点（包括大陆上和海洋上）进行，而且重力点之间不需要像天文大地网各点之间那样互相联系着，这样，在选点和处理观测成果方面也就简单得多。所以应用重力测量方法比较容易在全球表面上布满相当数量的重力点，然后由此求出比较可靠的地球扁率值，研究全球性的地球形状和建立全球统一的大地坐标系。至于几何大地测量方法，则目前还无法在海洋上进行，仅由陆地上的天文大地网资料，只能研究区域性的地球形状，同时所推算的地球扁率值，也就不会像由地球表面上广泛分布着的重力点网所推算的地球扁率值那样可靠。当然，在卫星大地测量出现以前，地球的长半径还只能用几何大地测量方法求定。物理大地测量学的主要内容包括：1．重力测量的仪器和方法2．重力位理论3．地球形状及其外部重力场的基本理论4．用重力测量方法归算大地测量数据的问题。通常将后面三个部分划归为理论物理大地测量学，也是本书的重点内容，主要研究以下几个方面的问题﹕重力位理论利用重力以及同重力有关的卫星观测数据确定地球形状及其外部重力场的理论基础﹐主要研究重力位函数的数学特性和物理特性。地球形状及其外部重力场的基本理论主要是研究解算位理论边值问题﹐例如按斯托克斯理论或莫洛坚斯基理论或布耶哈默尔理论等解算﹐以此推求大地水准面形状或真正地球形状和地球外部重力场。全球性地球形状利用全球重力以及同重力有关的卫星观测数据﹐按确定地球形状及其外部重力场的基本理论﹐推求以地球质心为中心的平均地球椭球的参数﹐以此建立全球大地坐标系﹐并在此基础上推求全球大地水准面差距﹑重力异常和重线偏差等。区域性地球形状按确定地球形状及其外部重力场的基本理论﹐采用局部地区的天文﹑大地和重力资料﹐将含有地球重力场影响的地面各种大地测量数据（如天文经纬度﹑方位角﹑水平角﹑高度角﹑距离和水平测量结果）归算到局部大地坐标系中﹐以此建立国家大地网和国家水平网。外部重力场的延拓问题研究地球重力场的一种数学方法。外部重力场的延拓，主要是指由地面观测数据计算空间某一高度的重力矢量，或由空间观测数据计算地面上的重力矢量。前者称为向上延拓，应用于改正空间飞行器轨道的扰动，提高惯性导航系统的精度；后者称为向下延拓，应用于航空重力测量和卫星重力梯度测量值的归算。由于人造地球卫星的出现﹐人们可以根据卫星轨道摄动理论﹐利用卫星观测数据﹐或综合利用地面重力测量数据和卫星观测数据来确定全球性的地球形状及其外部重力场﹐从而又丰富了物理大地测量学的内容。总之﹐物理大地测量学研究地球形状的主要任务是应用地面和卫星大地测量所求得的数据﹐推出与整个地球相适应的椭球面(即地球椭球面)﹐以及以这个椭球面为参考的地面点位置。