地球的形状和大小

地球的自然表面是很不规则的，其上有高山、深谷、丘陵、平原、江湖、海洋等，最高的珠穆朗玛峰高出海平面8844．43m，最深的太平洋马里亚纳海沟低于海平面11022m，其相对高差不足20km，与地球的平均半径6371km相比，是微不足道的。就整个地球表面而言，陆地面积仅占29%，而海洋面积占了71%。因此，可以设想地球的整体形状是被海水所包围的球体，即设想将一静止的海洋面扩展延伸，使其穿过大陆和岛屿，形成一个封闭的曲面，如图1－5所示，静止的海水面称作水准面。由于海水受潮汐、风浪等影响而时高时低，故水准面有无穷多个，其中与平均海水面相吻合的水准面称作大地水准面，由大地水准面所包围的形体称为大地体。通常用大地体来代表地球的真实形状和大小。

水准面的特性是处处与铅垂线相垂直。同一水准面上各点的重力位相等，故又将水准面称为重力等位面，它具有几何意义及物理意义。水准面和铅垂线就是实际测量工作所依据的面和线。

图1－5 地球自然表面

由于地球内部质量分布不均匀，致使地面上各点的铅垂线方向产生不规则变化，所以，大地水准面是一个不规则的无法用数学式表述的曲面，在这样的面上是无法进行测量数据的计算及处理的。因此人们进一步设想，用一个与大地体非常接近的又能用数学式表述的规则球体即旋转椭球体来代表地球的形状，如图1－6所示。它是由椭圆NESW绕短轴NS旋转而成，旋转椭球体的形状和大小由椭球基本元素确定，即：

1)长半轴——a；

2)短半轴——b；

3)扁率——。

某一国家或地区为处理测量成果而采用与大地体的形状大小最接近，又适合本国或本地区要求的旋转椭球，这样的椭球体称为参考椭球体。确定参考椭球体与大地体之间的相对位置关系，称为椭球体定位。参考椭球体面只具有几何意义而无物理意义，它是严格意义上的测量计算基准面。

图1－6 旋转椭球体

表1－1列出了几个著名的椭球体。我国的1954年北京坐标系采用的是克拉索夫斯基椭球，1980年国家大地坐标系采用的是1975国际椭球，而全球定位系统(GPS)采用的是WGS－84椭球。由于参考椭球的扁率很小，在小区域的普通测量中可将地(椭)球看作圆球，其半径R=(a+a+b)／3=6371km。

表1－1 世界上著名的椭球体参数