地球重力场及影响重力场的几个因素
地球重力场
在重力勘探和大地测量学中，一般把大地水准面的形状作为地球 的基本形状。
测量结果表明，大地水准面的形状不规则，它在南北两半球并 不对称，北极略为突出，南极略平，呈“梨”型，见下图。
1、计算正常重力值的基本公式：
g0 ge (1 sin2 1 sin2 2)
式中 g p ge ,
ge
1
（1）重力观测是在地球的自然表面上而不是在大地 水准面上进行的（自然表面与大地水准面间的 物质及测点与大地水准面间的高差会引起重力 的变化）
（2）地壳内物质密度的不均匀分布；
（3）重力日变化
3、重力异常的物理意义
A
大地水准面
σ0
△F
σ V
g0 △g
△F
g观
△σ =σ–σ0 △m=Δσ×V
g观 g0 F
（例如，△m=50万吨的球形矿体，当中心埋深为100米， 可产生355μGal 的异常，当中心埋深为1000米； 则只能 产生3.4μGal的异常，该强度的异常仪器不能观测到。）
（5）干扰场不能太强或具有明显的特征。
第二节 岩矿石密度、重力仪
三大岩类物质循环
三大岩类物质循环
一、岩（矿）石的密度及地球密度分布
（2）成岩过程中的冷凝、结晶分异作用也会造成 同一岩体不同岩相带，由边缘相到中心相， 密度逐渐增大；
C=mr ，方向垂直自转轴向外。
（二）重力场
1、重力场强度
单位质量的物体在重力场中所受的力，称为重力 场强度
P = mg
g=P/m
上式左边为重力场强度，右边为重力加速度
由上式可见：重力场强度，无论在数值上，还是 量纲上都等于重力加速度，而且两者的方向也一致。 在重力勘探中，凡是提到重力都是指重力加速度（或 重力场强度）。
第二章地球重力场
a ( 9.78033 0.00001)m / s2
U0 ( 6.263686 0.000003) 107 m 2 / s2
GRS80系统正常重力在椭球面上的公式
( 0 ,) 978.0327(1 5.279041103 sin 2 2.32718105 sin 4 0.01262105 sin6 )Gal
Wzz
描述了重力随高程的变化， 称为垂直重力梯度，与水 准面曲率有关。
2-5 地球引力位的球谐函数展开
从重力位W的(2-5)式可以看出，在地球重力位中，离心力位是 简单的解析函数，而引力位由于不知道边界面以及密度，不能 直接计算。对于地球外部空间，可用球谐函数展开式近似表示。 引力位可用基本公式(1-11)表示
故在椭球面S0 上的全部重力以γ 表示时，则有
(2-69)
再引入下列简化符号 第二偏心率
(2-72)
(2-72)
上式是一个重要的近似公式，1738年由克莱劳提出，所以称为 克莱劳理论。比较一下(2-73)式的 γa 和(2-74)式的γb ，以及 (2-72)式中括弧号的量，可以看出 γ 有如下的对称的公式
正常重力场：一个假想的、由形状和质量分布都很规则的物体 所产生的重力场。
此物体称为 正常地球旋转椭球
正常重力场的等位面称为 正常水准面。由于正常位可以根据 正常地球的参数求得，因此正常水准面的形状也是已知的。
如果设定了正常地球的长半径 a、扁率 f、旋转角速度ω 以 及总质量 M，并要求椭球表面就是它本身重力场的水准面。 根据司托克斯定理，这个正常地球唯一地确定其外部空间的 重力场。这时，我们称正常地球为水准椭球。进一步地，采
a 6378137 2m GM ( 398600.5 0.05 ) 109 m 3 / s2 其中包括大气质量 GMa ( 0.35 0.003 ) 109 m 3 / s2 J 2 ( 1082.63 0.005 ) 106
地球重力场的分类
地球重力场的分类
地球的重力场可以根据不同的分类方式进行划分。
以下是两种常见的分类方式：
1. 空间分布方式：
a. 均匀重力场：也称为等势重力场，指在一个区域内重力场的引力大小和方向是均匀分布的。
在这种重力场中，重力的大小和方向在各个位置都是相等的。
b. 非均匀重力场：指在一个区域内重力场的引力大小和方向不均匀分布的情况。
在这种重力场中，不同位置的重力大小和方向可能存在差异。
2. 强度分布方式：
a. 重力加速度强度不变重力场：指在一个区域内，重力加速度的大小在不同位置上保持不变。
这种重力场在理论上比较理想，但在实际地球上并不完全存在。
b. 重力加速度强度变化重力场：指在一个区域内，重力加速度的大小在不同位置上有一定的变化。
这种重力场在实际地球上比较常见，由于地球表面不规则、存在地下大块状物质等因素，导致地球重力场的强度存在一定的不规则性。
需要注意的是，地球的重力场具有天然的复杂性，因为它受到地球内部物质分布、地球形状、海洋和大气的运动等多种因素的影响。
因此，地球的重力场往往是一个综合性的、复杂的场。
第二讲 地球重力场
地球重力场地球重力场：在地球内部及其附近存在重力作用的空间。
重力场强度:单位质量的物体在重力场中所受的重力( =G/m )重力加速度g=G/m重力加速度在数值上(包括方向)等于单位质量所受的重力，也就是等于重力场强度。
重力加速度重力重力场强度重力勘探所提的重力都是指重力加速度或重力场强度。
重力(重力加速度)单位在CGS单位制(克、厘米、秒)：“cm/s2”，“伽”或“Gal”1 cm/s2 = 1 Gal在SI单位制(千克、米、秒)：“m/s2”，“g.u.”1 m/s2 = 106 g.u.重力的变化包括随不同测点位置的空间变化以及同一测点的重力随时间的变化。
空间上:9地球形状、地形：引起约6万g.u. 的变化；9地球自转：重力有3.4万g.u. 的变化;9地下物质密度分布不均匀：能达到几千g.u.变化9人类的历史活动遗迹和建筑物等时间上：9潮汐变化：太阳、月亮等天体引力引起的重力的周期性变化，其大小可达 3 g.u.9非潮汐变化：地球形状的变化和地下物质运动等引起的非周期性变化，其变化大小一般不超过 1 g.u.海水每天有两次涨落运动，其中早晨出现的潮涨称为潮，晚上出现的潮落称为汐，总称潮汐。
地球上海潮涨落主要是由月球还是太阳引起的？月球和太阳对地球的引力不但可以引起地球表面流体的潮汐（如海潮、大气潮），还能引起地球固体部分的周期性形变（固体潮）。
太阳的质量虽比月球的质量大得多，但月球同地球的距离比太阳同地球的距离近，月球的引潮力比太阳的引潮力大。
在日、月引力作用下，地球固体表面也会像海水一样产生周期性的涨落，这就是地球的潮汐现象，称为地球固体潮。
固体潮随时间和空间的变化，除了和地球、太阳、月亮三者之间相对位置的变化有关外，还和地球内部物质的物理性质有关。
因而，利用固体潮资料可以研究地壳内部物质的物理性质和各种物质的分布规律。
它在空间上的变化主要反映地壳和上地幔区域结构的变化。
它在时间上的变化可能与某些灾难性的地震有直接和间接的联系。
地球重力场的定义
地球重力场的定义地球重力场的定义地球重力场是指地球引力作用下，周围物体所受到的重力影响。
在地球表面上，重力加速度的大小约为9.8m/s²，这是由于地球质量、密度和大小等因素所决定的。
地球重力场不仅影响着人类生活，还对许多自然现象产生了重要影响。
一、地球引力的基本概念1.引力的定义引力是指物体之间由于它们之间存在质量而产生的相互吸引作用。
它是经典物理学中最基本、最普遍的力之一。
2.万有引力定律万有引力定律是牛顿在1687年发现的一条规律，它描述了两个物体之间相互作用的大小与距离平方成反比例关系。
即：F=G(m1m2/r²)，其中F表示两个物体之间相互作用产生的引力，G为万有引力常数，m1和m2分别为两个物体的质量，r为它们之间的距离。
二、地球重力场特点1.强度变化在不同位置处，由于地球半径和密度分布不同，地球表面上所受到的重力加速度大小也不同。
例如，在地球赤道上，重力加速度约为9.78m/s²，而在北极地区则约为9.83m/s²。
2.方向变化地球重力场的方向指向地心，因此在地球表面上垂直于水平面。
但在不同位置处，由于地球自转和引力作用的影响，重力方向也会发生微小的变化。
3.形状特征地球重力场呈现出类似于一个椭球形的形状，其中离地心较远处的引力作用较弱，而靠近地心处则较强。
三、地球重力场应用1.测量地球质量和密度通过测量不同位置处的重力加速度大小和方向等参数，可以推算出地球质量和密度分布情况。
这对于了解地球内部结构和演化历史等问题具有重要意义。
2.卫星导航系统卫星导航系统是利用卫星发射信号，在空中进行定位、导航和测量等操作的一种技术。
其中最基本的原理就是利用卫星所受到的重力影响来计算其位置信息。
3.天文学研究天文学研究中经常需要考虑重力作用的影响，例如行星运动、恒星演化等问题。
地球重力场的研究也为天文学研究提供了基础数据。
四、地球重力场研究方法1.重力仪测量法重力仪是一种专门用来测量地球重力场的仪器。
重力场变化
重力场变化地球是我们生活的家园，而地球上存在着一个神奇而又不可见的力量，那就是重力。
重力是指物体之间相互吸引的力量，是地球对物体施加的引力。
然而，我们是否意识到重力场是如何变化的呢？我们需要明确重力场的特性。
重力场是一种无形的力场，它是由地球的质量所产生的，并且是向地球质心方向作用的。
这意味着地球表面上的物体受到的重力是垂直向下的，并且随着距离地心的远近而逐渐减小。
在地球上，重力场的变化是不均匀的。
当我们接近地球表面时，重力加速度会逐渐增大。
这是因为地球的质量在我们身体下方，所以我们会受到更大的重力吸引。
相比之下，当我们远离地球表面时，重力加速度会逐渐减小。
这造成了我们在不同高度的重力感受的差异。
重力场的变化还受到地球自转的影响。
由于地球自转产生的离心力，地球的赤道部分相对于极地部分会有一定的离心力。
因此，赤道地区的重力略微减小，而极地地区的重力略微增加。
这也是为什么我们在不同地区的体重可能会有微小差异的原因。
除了地球自身的因素，重力场的变化还受到其他物体的影响。
例如，当我们接近高密度物体（如山脉或建筑物）时，由于这些物体自身的引力，我们会感受到稍微增加的重力。
相反，当我们接近低密度物体（如山谷或洞穴）时，由于这些物体产生的引力较小，我们会感受到稍微减小的重力。
地球上的重力场还会受到月球和太阳的引力影响。
当月球和太阳靠近地球时，它们的引力会对地球的重力场产生微小的扰动。
这种扰动会导致地球表面的重力场发生微小的变化，但这种变化对我们的日常生活影响甚微。
重力场是地球上一种神奇而又不可见的力量。
它随着距离地心的远近而逐渐减小，并在地球表面上存在不均匀的变化。
此外，地球自转、其他物体的引力以及月球和太阳的引力也会对重力场产生微小的影响。
了解重力场的变化有助于我们更好地理解地球的物理特性，并且对我们的日常生活也有一定的启发。
地球重力场分类
地球重力场分类
地球的重力场可以分为两种主要分类：地球引力和地球重力加速度。
1. 地球引力：地球引力是指地球对任何物体施加的吸引力。
根据牛顿的普遍引力定律，地球引力的大小取决于两个物体的质量和它们之间的距离。
地球引力对任何物体都存在，无论其质量大小。
地球引力使物体向地球的中心靠拢，这也是我们通常所说的重力作用。
2. 地球重力加速度：地球重力加速度是指在地球表面上物体受到的重力加速度。
由于地球的质量和大小不均匀分布，地球重力加速度在不同地点有所不同。
在标准条件下，地球重力加速度的平均值约为9.8米/秒²。
这意味着在没有其他外力作用的情况下，自由下落的物体每秒钟会增加9.8米/秒的速度。
总结：地球的重力场可以分类为地球引力和地球重力加速度。
地球引力是地球对物体施加的吸引力，而地球重力加速度是在地球表面上物体受到的重力加速度。
地球重力场对物体有着普遍的影响，并且在不同地点具有不同的强度。
02 地球物理场
重力异常
由于实际地球内部的物质密度分布非常不均匀，因而实
际观测重力值与理论上的正常重力值总是存在着偏差，
这种在排除各种干扰因素影响之后，仅仅是由于地下物 质密度分布不匀而引起的重力的变化称为重力异常。
剩余密度与剩余质量
研究对象的密度与围岩密度之差称为剩余密度； 剩余密度与研究对象体积之积即为剩余质量M 据万有引力定律，存在比正常质量分布有多余(M ＞0) 或不足(M ＜0)的质量时，引力大小将会发生变化，进 而使重力值改变。
异大，可达上千倍；
应用： 重力固体潮是理论地球物理学中研究地球内部结构与弹性等 方面的重要手段； 利用不同地球重力场模型的位系数，可计算出全球范围的重 力异常、大地水准面高程异常以及重力垂直梯度异常等，为研 究全球的板块构造、地幔内物质的密度差异、地幔流分布等提 供重要依据。
第二章
地球物理场的基本特征
略讲
重力位
重力场为矢量场，根据场论，从场力作功的角度可引入一 个标量“位’’函数来方便地描述重力场，称为重力位， 它沿某个方向求偏导数恰好等于重力在该方向的分力。或 者说，重力可以用重力位 W(x,y,z) 的梯度表示。相应有引 力位和离心力位。 即 W(x,y,z) =V(x,y,z) +U(x,y,z) P=gradW=W 由场论知识，在地球外部，引力位V满足拉普拉斯方程， 但惯性离心力位不满足拉普拉斯方程：
在物体内部，引力位满足泊松方程：
略讲
重力位W具有以下性质：
在地球外部 在地球内部
重力等位面
垂直重力的方向l求偏导数时 积分后得到 对于确定的C值，上式代表了空间的一个曲面，该面上重 力位处处相等，故叫作重力等位面。 该面处处与重力方向垂直，测量学上又称作水准面，因为 此时水不会流动而静止下来-静止的水面（无水头压差）。 因积分常数C有无数多个，故重力等位面也有无数多个。
重力场变化
重力场变化：我们所处的世界正在改变引言重力场是自然界中最基本的力场之一，它影响着我们周围的一切。
然而，随着时间的推移，地球上的重力场正在发生变化。
这种变化可能会对我们的生活产生重要影响。
本文将探讨重力场变化的原因、影响以及未来的趋势。
一、重力场变化的原因1. 地球自转速度的变化地球的自转速度是影响重力场的一个重要因素。
近年来，科学家发现地球的自转速度正在逐渐减慢。
这种变化可能会导致重力场出现微小的变化。
2. 地球内部结构的变化地球内部的结构也会影响重力场的变化。
比如说，地球的地壳会随着时间的推移而发生变化，这可能会导致地球的重力场发生微小的变化。
3. 外部因素的影响除了地球本身的因素外，外部因素也可能会影响重力场的变化。
例如，太阳和月球的引力对地球的重力场也会产生一定的影响。
二、重力场变化的影响1. 生态环境的影响重力场的变化对生态环境有一定的影响。
例如，重力场的变化可能会导致地球上的气候和气温发生变化，从而影响植被的生长和动物的繁殖。
2. 地质灾害的影响重力场的变化还可能导致地质灾害的发生。
例如，地震和火山喷发可能会与重力场的变化有关。
3. 人类活动的影响人类活动也可能会对重力场的变化产生影响。
例如，地下水的开采和建筑物的建设可能会导致地球的重力场发生微小的变化。
三、未来的趋势随着科技的发展，我们对重力场变化的认识也会不断深入。
未来，科学家将继续研究重力场变化的原因和影响，进一步探索重力场变化对我们生活的影响。
同时，我们也需要采取措施来减轻重力场变化对生态环境和人类活动的影响。
例如，减少化石燃料的使用、加强地震预警和加强地下水管理等。
结论重力场是我们周围的一切的基础，它的变化将对我们的生活产生重要影响。
我们需要加强对重力场变化的研究和认识，同时采取措施来减轻其对我们生活的影响。
只有这样，我们才能保护我们的地球和我们的未来。
重力场_精品文档
重力场1. 介绍重力场是指由质量体产生的引力所形成的场。
在重力场中，物体会受到引力的作用，而引力的大小和方向取决于物体的质量。
重力场是宇宙中最基本的力场之一，它对地球上的物体产生了非常重要的影响，如使物体下落或保持在地面上。
重力场的概念最早由英国物理学家牛顿提出。
他通过研究苹果掉落的现象，发现物体之间的引力是由质量决定的，并提出了普遍的引力定律。
根据牛顿的引力定律，重力场可以通过重力加速度的大小和方向来描述。
2. 重力场的特征重力场有一些重要的特征，如下所示：2.1 引力加速度重力场中的物体会受到一个称为引力加速度的力的作用。
引力加速度的大小取决于物体所处的位置和质量。
在地球表面附近，引力加速度约为9.8 米/秒²，这是由于地球的质量产生的引力造成的。
2.2 引力势能重力场中的物体具有引力势能。
引力势能是指物体由于在引力场中所具有的位置而具有的能量。
当物体从高处下落到低处时，引力势能会转化为动能。
这也是物体在地球上自由落体时产生的速度增加的原因之一。
2.3 引力作用重力场使物体之间产生引力作用，即物体之间的相互吸引力。
根据牛顿的引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
因此，重力作用的大小取决于物体的质量和距离。
3. 重力场的应用重力场有许多重要的应用，以下是其中一些例子：3.1 天体运动天体运动是重力场的重要应用之一。
根据万有引力定律，重力场影响了天体之间的相互运动。
例如，地球围绕太阳的运动、月球围绕地球的运动等都是由于重力场的作用而产生的。
3.2 人类活动重力场对人类的日常生活有着深远的影响。
例如，重力场使人类可以站立在地面上，使物体保持在地面上而不会漂浮。
此外，重力场还影响着人类的运动、呼吸等生理活动。
3.3 导航和地质勘探重力场的研究对导航和地质勘探具有重要意义。
借助重力场强度的测量，可以确定地球表面的引力变化，进而帮助确定地下岩层的分布以及地质构造的形成。
地球物理勘探之重力勘探
重力场；
③正常重力值在赤道处最小．而在两极处数值最大，相差约
②正常重力值只与计算点的纬度有关，沿经度方向没有变化；
5万g.u
④正常重力值沿纬度方向的变化率与纬度有关，在纬度 45°处的变化率最大(不是线性变化) ⑤正常重力值随高度增加而减小，其变化率约为-3.086 g.u ／ m。
（二）重力场随时间的变化（长期变化和短期变化）
测量出两点间的重力差值。
日常生活中使用的弹簧秤从原理上说就是一种简单的重力仪。 弹簧原始长度S0，弹力系数K，挂上质量为m的物体，弹簧长度为 Sx则：
mg k (Sx S0 )
k g g 2 g1 ( S 2 S1 ) c s m
如果将该系统分别置于重力值为g1、g2的两点上，则弹簧对 应长度为S1和S2
一致性试验是测定各台重力仪测定重力值的一致性情况，
CHZ海洋重力仪能在垂直加速度500伽 和水平加速度200伽的恶劣海况下正 常工作，其测量精度优于1毫伽。 投放海底重力仪
L& R SII型空-海重力仪是当今 世界上最为完美的重力仪之一。
二、影响重力仪观测精度的因素
(1)温度影响 (3)电磁力影响 (5)零点漂移 (2)气压影响 (4)安置状态不一致的影响 （6）震动的影响
或者呈层分布，而各层的密度是均匀的．且各层界面都是共焦点 的旋转椭球面。 这样，其表面上各点 的重力位便可根据其形状大 小、质量、密度、自转的角 速度及各点所在的位置等计 算出来。在这种条件下的重
力位就称为正常重力位，求
得的相应重力值就称为正常 重力值。
计算公式： （1）赫尔默特公式（多用于测绘部门）
W( x , y , z ) G
1 2 2 w (x y2 ) 2 ※ 当 s 与 g 的方向垂直时，
重力异常 的影响因素
重力异常的影响因素
重力异常的影响因素包括地壳构造、岩石密度、地下结构和地质变化等。
1. 地壳构造：地球的地壳构造会影响重力异常。
例如，在地壳运动活跃的地区，地壳的破碎和变形会导致地下岩石的变化，从而使重力场发生异常。
2. 岩石密度：岩石的密度不均匀分布也会导致重力异常。
不同类型的岩石具有不同的密度，当密度不均匀分布时，会引起垂直方向上的重力变化。
3. 地下结构：地下的物质分布和结构也会对重力场产生影响。
例如，地下存在的矿床、岩层的变化、地下水体等都会引起重力异常。
4. 地质变化：地质变化，如火山喷发、地震等，也会对重力异常产生影响。
这些地质活动会改变岩石密度和地下结构，从而导致重力异常。
综上所述，重力异常的影响因素主要包括地壳构造、岩石密度、地下结构和地质变化等。
这些因素的不均匀分布和变化都会导致地球重力场的异常。
地球正常重力场和正常地磁场的国际标准和表现形式
地球正常重力场和正常地磁场是地球物理学中重要的研究对象，它们对地球的环境和大气有着重要影响。
国际标准对地球正常重力场和正常地磁场有着明确的界定和表现形式，本文将对其进行详细介绍和解释。
一、地球正常重力场的国际标准和表现形式1.1 地球正常重力场的定义地球正常重力场是指地球表面某一点处，由于地球自身引力和离心力的作用而产生的重力场。
它是地球物理学研究的重要对象之一，直接影响着地表物体的重量和形态。
1.2 地球正常重力场的国际标准国际上对地球正常重力场有严格的标准，根据国际标准组织的相关规定，地球正常重力场的国际标准是以国际地球引力标准模型（International Gravity Standardization Network，IGSN）为基础建立的，IGSN通过对地球重力场进行系统观测和精密测量，得出了地球正常重力场的基准数值和模型。
1.3 地球正常重力场的表现形式地球正常重力场的表现形式包括重力场的大小、方向和变化规律。
在地球表面，地球正常重力场的大小随着地理位置的不同而有所差异，通常以重力加速度的数值来表示；重力场的方向指向地球的质心，是垂直于椭球面的；重力场的变化规律与地球的形态、大气厚度、海洋分布等因素密切相关。
二、正常地磁场的国际标准和表现形式2.1 正常地磁场的定义正常地磁场是指地球表面某一点处，由于地球内部磁场的作用而产生的地磁场。
地磁场是地球表面地磁测量的重要对象，也是导航定位、地震预警等应用领域的基础。
2.2 正常地磁场的国际标准国际上对正常地磁场也有明确的标准，根据国际地球物理学联合会的相关规定，正常地磁场的国际标准是以国际地球磁场标准模型（International Geomagnetic Reference Field，IGRF）为基础建立的，IGRF通过对地球地磁场进行系统观测和精密测量，得出了正常地磁场的基准数值和模型。
2.3 正常地磁场的表现形式正常地磁场的表现形式包括地磁场的强度、磁倾角和磁偏角等参数。
对重力势能影响因素的不同思考
对重力势能影响因素的不同思考重力势能是物体具有的因其在重力场中的位置而产生的能量。
在转化为动能或其他形式的能量时，重力势能是一种非常重要的能量形式。
然而，在物体的位置发生变化时，其重力势能也会受到多种因素的影响。
下面将探讨这些因素及其对重力势能的影响。
1. 重力场强度重力场强度是指物体受到地球引力的大小，是一个矢量。
在地球表面，重力场强度约为9.8米/秒^2。
如果物体在重力场强度不同的地方运动，其重力势能就会受到不同程度的影响。
例如，物体在较高海拔的地方会有更大的重力势能，因为它处于一个重力场较弱的位置。
2. 物体位置的高度3. 物体质量物体的质量也会影响其重力势能。
两个在同一高度的物体，如果质量不同，它们的重力势能也不同。
重力势能是与物体质量成正比的，因此物体的质量越大，其重力势能就越大。
4. 加速度在某些情况下，物体可能受到不同于重力的加速度。
例如，在离地球较远的太空中，宇宙飞船可能受到其他种类的引力或推力。
在这种情况下，加速度对重力势能的影响也需要考虑。
如果物体受到的加速度与重力加速度相同，那么计算重力势能时只需要考虑它的高度和质量即可。
但如果它受到的加速度不同于重力加速度，那么就需要考虑其他因素。
5. 物体形状和密度每个物体都有其自身的形状和密度。
这些因素也会影响其重力势能。
例如，两个具有相同质量但不同形状的物体，在相同高度下，其重力势能可能不同。
这是因为物体的形状和密度会影响其距离地球质心的距离，从而影响其受到的引力大小和重力势能大小。
总之，重力势能受到多种因素的影响。
了解这些因素可以帮助我们更好地理解物体在各种位置和环境中的能量状态。
地球重力场分布
地球重力场分布
重力场分布取决于地球内部物质构成与分布，是地球内部密度结构的有效反映，同时重力场由于日月等天体引潮力、冰后回弹、地表至地核各个圈层动力学现象以及气候变化引起的大气、海洋、冰川和陆地水质量重新分布等会产生时间变化特征，测定重力场空间分布及其时变特征是探索地球内部物质分布、运动和变化状态，了解地球系统动力学过程的重要方式之一，地球重力场的精准测量对计量科学、防震减灾、大地测量、地球物理等领域具有十分重要的科学意义；对武器制导、海洋探测、资源勘探和国家安全等领域具有十分重大的战略意义。
地球重力场的研究是大地测量科学研究的核心问题，也是现代大地测量发展中最活跃的领域之一。
重力场基本原理分解
重力场基本原理分解重力场是一种物质周围的物理现象，它是由物体的质量或能量引起的。
基本上，重力场是指物质物体周围的区域或空间中存在的一种力场，即重力。
重力场的基本原理涉及到质量和质点之间的相互作用。
根据万有引力定律，任何两个物体之间都存在着引力。
重力是一种吸引力，它的大小和距离之间的关系满足牛顿第二定律。
在地球上，重力场可以被描述为物体周围的一种力场。
物体在重力场中受到的力称为重力。
重力的大小与物体的质量成正比，与物体之间的距离的平方成反比。
这可以通过以下公式表示：F=G*(m1*m2)/r^2其中F是物体受到的重力的大小，m1和m2是两个物体的质量，r是它们之间的距离，G是一个常数，称为万有引力常数。
重力场的另一个基本原理是质点在重力场中的自由落体运动。
根据牛顿第二定律，物体的质量与物体所受的力之间存在着直接的关系。
因此，质点在重力场中的运动可以用以下方程来描述：F=m*a其中F是物体所受的力，m是物体的质量，a是物体的加速度。
在重力场中，物体的加速度被称为重力加速度，并且它的大小近似于9.8米/秒^2重力场还可以通过势能差来描述。
势能是物体在特定位置处具有的能量。
在重力场中，物体的势能与它的质量、高度和重力加速度之间存在一定的关系。
物体的势能可以通过以下公式计算：PE=m*g*h其中PE是物体的势能，m是物体的质量，g是重力加速度，h是物体的高度。
最后，重力场还受到牛顿第三定律的限制。
牛顿第三定律表明，任何两个物体之间的力是相互作用力，大小相等、方向相反的。
因此，一个物体在重力场中受到的重力与另一个物体对第一个物体施加的重力具有相同的大小和相反的方向。
总结起来，重力场的基本原理包括：重力的大小与物体之间的质量和距离有关；物体在重力场中的自由落体运动可以用牛顿第二定律来描述；重力场可以通过势能差来描述；重力场受到牛顿第三定律的限制。
这些原理一起构成了重力场的基本特征和行为。
为什么地球上有重力？
为什么地球上有重力？
为什么地球上有重力？
重力是指物体之间相互吸引的力，它是地球上存在的一个基本物理现象。
地球上存在重力的原因可以从以下几个方面来解释。
首先，地球上存在重力是由于地球的质量。
地球是一个巨大的物体，具有很大的质量。
根据万有引力定律，物体之间的引力与它们的质量成正比。
因此，地球的质量越大，引力也就越大。
其次，重力与物体之间的距离有关。
根据万有引力定律，物体之间的引力与它们之间的距离的平方成反比。
因此，地球上的重力随着离地球表面距离的增加而逐渐减小。
这也是为什么在离地球表面较远的地方，比如太空中，重力的影响相对较小的原因。
第三，重力是由于地球的形状。
地球是一个近似于椭球形的物体，它的赤道半径稍大于极半径。
由于地球的自转，地球上的物体会受到向内的向心力，这也是重力的一种表现形式。
这个向心力使得物体倾向于靠近地球的中心，从而产生了重力。
最后，重力是由于地球的自转。
地球自转产生了离心力，使得地球的赤道部分稍微向外凸出，这也导致了地球的形状不是完全球形。
这个形状不规则性导致了地球上的重力场并不完全均匀，存在一定的差异。
这些重力场的差异会对物体产生不同的吸引力，从而形成了地球上的重力。
综上所述，地球上存在重力是由于地球的质量、物体之间的距离、地球的形状以及地球的自转等因素的综合作用。
这些因素相互影响，共同决定了地球上的重力现象。
重力场与地球引力场研究
重力场与地球引力场研究人类对于地球引力的研究可以追溯到古代，而如今我们对于地球引力场的研究则更加深入。
地球引力场是指地球表面或其周围空间中的重力场，对于地球上的物体以及宇宙探索都具有重要的意义。
本文将就重力场与地球引力场的研究进行探讨。
一、引力场的基本概念引力场是指由物体产生的周围空间中的一种物理场，是由于物体具有质量而产生的。
在引力场中，其他物体会受到物体所产生引力的作用而受力。
地球作为一个质量较大的天体，也产生了自己的引力场，即地球引力场。
二、重力场与地球引力场的关系地球引力场是一种特殊的重力场，在地球表面或其周围空间中起作用。
在地球引力场中，物体的质量和距离会影响其所受的引力大小。
重力场的研究不仅包括地球引力场，还包括其他天体的重力场，例如太阳引力场、星球引力场等。
三、地球引力场的特点地球引力场具有以下几个特点：1. 引力大小的差异：地球引力场在地球表面不均匀分布，不同地方的引力大小存在微小差异。
这主要是由于地球内部的密度分布不均匀所引起的。
2. 引力的方向：地球引力场的引力方向指向地球的质心。
在地球表面，地球引力场的引力方向垂直于表面，指向地心。
3. 引力的作用范围：地球引力场的作用范围不仅限于地球表面，而是延伸到地球周围的空间。
这使得地球引力场对于宇宙探索具有重要的意义。
四、地球引力场的研究方法地球引力场的研究主要通过引力测量来进行。
一种常用的方法是借助重力仪器进行测量。
重力仪器通过测量物体所受到的引力大小来计算引力场的强度。
此外，还可以通过卫星测量等方法来获取地球引力场的相关数据。
五、地球引力场的应用地球引力场的研究对于很多领域都具有重要的应用价值。
其中一些应用包括：1. 地质勘探：地球引力场的变化可用于探测地质构造、油气资源等地下信息。
2. 空间探索：地球引力场的研究对于卫星轨道的确定、航天器的定位等具有重要意义。
3. 地球物理学研究：地球引力场是地球物理学研究中的重要内容之一，与地震、地球内部结构等问题密切相关。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
地球重力场及影响重力场的几个因素【摘要】地球重力场的研究始终是大地测量科学研究的核心问题，也是现代大地测量发展中最活跃的领域之一。
地球重力场反映了地球物质的空间分布及地球的旋转运动，它不仅决定了地球的形状和大小，而且反映了地球表面、内部以及大气和海洋的物质分布、运动和变化。
【关键词】地球重力场，相对重力测量，绝对重力测量，卫星重力探测前言大地测量学的主要分支之一，是研究用物理方法测定地球形状及其外部重力场的学科。
也就是说地球重力场的研究始终是大地测量科学研究的核心问题，也是现代大地测量发展中最活跃的领域之一。
地球重力场是大地测量学科的主要研究对象之一，也是地球物理、地质、地震与海洋等学科的重要研究对象和手段。
地球重力场反映了地球物质的空间分布及地球的旋转运动，它不仅决定了地球的形状和大小，而且反映了地球表面、内部以及大气和海洋的物质分布、运动和变化。
地球重力场的空间分布及其随时间变化，不仅在国民经济中具有重要意义，而且对于研究我们生存环境的变化与灾害预测也具有深远的科学意义。
因此研究地球重力场也是地球科学的一项基础性任务。
地球重力场在传统大地测量中的任务是将在物理空间(即地球重力场中)的各类大地测量观测数据通过地球重力场参数转化到几何空间(即参考椭球体上，便于进行大地位置的数学计算。
因此，地球重力场的观测数据和各种参数对地面大地测量的定位是起辅助作用的。
而现代大地测量是以空间技术手段(如GPS)进行三维地心坐标的定位，这种定位方式无需由物理空间向几何空间的转换，此时研究地球重力场是为了定位卫星的精密定轨，它的精度决定卫星大地测量定位的精度。
因为后者需要精细地球重力场的支持，因此地球重力场对卫星大地测量起着关键性的作用。
由此可见，无论是传统大地测量，还是现代大地测量，地球重力场在其中具有不可替代的作用，尤其是在以基础地学研究为主的现代大地测量整体框架中，研究地球重力场的物理大地测量学和空间大地测量学将相互紧密结合组成大地测量学科的支柱，共同主导学科的发展。
地球正常重力场通过合理采用坐标系，即原点取地球的质心，坐标轴取地球的主惯性轴，则地球外部的重力场可以展开成（2.90）式所示的球函数级数。
如果我们取级数的前若干项，令其等于常数，则该等式对应一个空间曲面，我们称之为等位面。
很显然，当取的项数越多，等位面的形状也就越复杂。
在测量中我们通常选择旋转椭球面作为参考面，所以我们就自然希望用一个与地球形状最为接近的、质量等于地球总质量、自转角速度等于地球自转角速度、并且其表面为等位面的旋转椭球体的重力位来近似表示地球的重力位，这样定义的旋转椭球体的外部重力位是唯一确定的。
重力基准 相对重力测量在开始和结束都要到重力基线场去标定格值，绝对重力测量也需要到已知的重力基准点上作比对。
重力基线场就是一种重力基准。
国际上有国际重力基准。
国家有国家的重力基准。
一般我们把这些重力基准点合起来称之为重力基准网。
重力基准网通常包括绝对重力测量点和大量高精度相对重力测量点，通过重力网平差确定每一个网点的绝对重力值，作为后续重力测量的基准数据。
国际重力基准网（IGSN-71）在1971年进行了网平差，它包括8个绝对重力测量点，1200个摆重力仪观测数据，12000个Lacoste-Romberg重力仪观测得到的重力测段数据，和11700个其它类型重力仪观测测段数据，平差结果得到了1854个站点的重力值、96个重力仪尺度因子、和26个摆重力仪和弹簧重力仪的零漂。
在1854个站中，有很多是距离很近的偏心站组，总共独立的重力点共有473个。
平差后给出的重力值中误差小于0.1毫伽。
地球重力与重力位水准面我们知道重力是地球质量的引力和地球自转引起的离心力的合力。
这是重力的经典定义，它把一点的重力近似看成为一个固定值。
实际上，任何一点的重力由于受到其它天体的引力和地球内部的物质运动的影响，尤其是日月引力和固体潮，其值是随时间变化的。
不过，我们现在只讨论经典定义的重力。
从上一章内容可知，重力可以看作是重力位的梯度。
重力位是一个标量函数。
我们把重力位等于常数的面叫做重力等位面，也称之为重力位水准面。
大地测量中定义的大地水准面就是一个重力位水准面，它定义为平均的平静海水面。
地球重力的测定方法 重力测量实际上是利用传感器感知重力的大小、或梯度、或重力的变化。
按测量方式来分可以分为相对重力测量和绝对重力测量。
绝对重力测量是使用可倒摆重力仪或自由落体重力仪等仪器直接测量一点的重力值，它与长度和时间的定义标准直接相关；相对重力测量是通过使用摆重力仪或弹簧重力仪，通过力的平衡来测量两点间的重力差。
按测量实施的区域来分，重力测量可以分为陆地重力测量、海洋重力测量、航空重力测量，和卫星重力测量等。
陆地重力测量的仪器一般说来相对于地球表面是静止的，而海洋重力测量、航空重力测量、以及卫星重力测量测量的仪器相对于地球表面是运动的。
卫星重力测量只能准确测定地球重力场的中长波分量。
航空重力测量对于地面人们难以到达的地区进行重力测量是非常必要的。
习惯上重力观测值的单位取加速度单位，为了纪念意大利科学家伽利略而取名为伽。
地球表面的重力变化主要表现在两个方面，一是随纬度的变化，一是随高度的变化。
随纬度变化的情况是：以海平面高度为准重力从两极的983伽逐渐减小到赤道的978伽，变化的范围大约是5伽；随高度变化的情况是，在海平面高度，每升高3米，重力大约减小1个毫伽，换言之，1微伽对应高度变化约为3毫米。
绝对重力测量原理绝对重力测量，是通过直接测量时间和距离而求得加速度大小，即一点的绝对重力值。
最初的绝对重力测量是采用可倒摆来进行的。
这种可倒摆两端都有悬挂支点，通过调节两个支点之间的距离l使得两端悬挂的摆周期都等于T，则重力值为:这种方法的难点是如何提高测量长度l的精度，一般为几个ppm。
1967年波斯坦重力原点的重力值就是采用可倒摆重力仪观测，它与现在的精密重力观测值相差大约14个毫伽。
目前常用的绝对重力测量方法为自由落体或上抛落体测量方法。
自由落体的方法是将一个小的质量从高处放下，在真空中作自由落体运动，它通过三个固定位置的时刻，1t，2t，3t被记录，并且固定位置之间的距离被测量，这样，由两个方程解两个未知数：初速0v和重力g。
它不需要知道释放的时间和经过固定点的速度。
绝对重力仪的测量精度要求达到10-9g，如果测量落体的距离为0.2m，则下落的时间为0.2s，这就要求测量距离和时间的精度要达到10−9m和10−9s。
一般通过原子钟来测量时间,而测量距离是通过在落体上装一个直角反射棱镜，用落体下落时激光干涉的条纹数来测量固定点之间的距离。
在重力仪实际测量中，测量时间和距离对个数要多很多，这样可以通过用最小二乘方法来求解。
绝对重力测量值是一种计量标准，精密的重复相对重力测量则是研究地壳形变的重要手段，现在重力观测的精度已达到10～20微伽的量级，而重力潮汐变化影响的最大幅度可达±130微伽。
因此,在精密的重力测量中须加以改正。
相对重力测量原理相对重力测量是测量两点之间的重力差值，或同一点重力随时间的变化。
常见的相对重力测量仪器为弹簧重力仪、和摆重力仪。
仪器直接观测的量要么是时间，要么是距离，比绝对重力测量要来得容易。
利用对卫星的观测获取地球重力场 自从第一颗人造地球卫星斯普特尼克1号(Sputnik- 1)于1957年10月4日发射成功以来，它为测绘学科的发展开辟了新的途径。
在这以前研究地球重力场都只限于地面的天文、大地和重力测量资料的应用，而人造地球卫星可当成地球重力场的探测器或传感器，对卫星的观测并获取与地球重力场有关的观测数据已成为研究地球重力场的新的重要手段，因而形成卫星重力学。
长期以来地球形状及其外部重力场的确定都基于其表面（陆地和海洋）的重力观测值。
传统的地面重力测量技术，由于其耗时多、劳动强度大，并有许多难以到达的地区，致使重力测量的地面覆盖率和分辨率受到极大的限制。
而卫星重力探测技术则是为解决全球高覆盖率和高分辨率重力测量开辟了新的有效途径，随着空间大地测量的兴起，在陆地用GPS结合精密水准，在海洋通过卫星测高分别可以直接确定陆地与海洋的大地水准面形状。
同时，GPS精密定位等相关技术应用使航空重力测量的精度取得了显著提高，能够用于获取恶劣地区的重力资料，填补这些地区的重力空白，极大地丰富了重力观测数据的类型、数量与质量。
卫星重力探测技术主要有：地面跟踪观测卫星轨道摄动、卫星测高、卫星跟踪卫星和卫星重力梯度测量。
卫星测高数据可以直接用于研究海洋大地水准面的形状，同时还可以依据大地水准面高和重力异常之间的关系反演海洋区域的重力异常，其精度取决于海洋测高数据本身的精度。
对于卫星重力梯度测量技术，主要对卫星重力梯度边值问题进行研究。
这种卫星重力探测技术旨在利用这一新的信息源改善中波段地球重力场。
地球科学各学科的发展对重力场精度和分辨率的要求也越来越高，地球各层次的物质分布与重力场模型不同阶次的系数有很好的对应关系：长波对应于地核与下地幔，中波对应于地幔，短波对应于地壳。
大地测量要求分辨率为10公里的厘米精度的大地水准面，以将GPS测得的大地高转换为正常高；为研究地幔的运动和变化，需要尽量精确的中、长波重力场模型，要求中波重力场至少要求具有厘米精度；卫星轨道的精确计算和预报也需要高精度的中、长波重力场资料；海洋科学需要中尺度的厘米精度的大地水准面，作为卫星测高数据计算海面地形的基准面，进而确定海洋的洋流、涡旋，分析和预报ENSO现象等，重力场模型已成为卫星测高数据确定高精度海面地形的瓶颈口。
地球重力场的空间变化与物质密度的空间变化有紧密的联系，由此发展的重力探矿方法是矿产资源普查的重要手段；地球重力场的随时间的变化反映了地球物质的时变情况，而地球物质运动变化造成的能量积累是诱发地震的重要原因，地震预报要求高精度的中长波重力场的时变信息，因此地球重力场的时变监测与分析已经成为地震监测和预报的重要手段。
固体潮 在日、月引潮力的作用下，固体地球产生的周期形变的现象。
月球和太阳对地球的引力不但可以引起地球表面流体的潮汐（如海潮、大气潮），还能引起地球固体部分的周期性形变。
太阳的质量虽然比月球的质量大，但月球同地球的距离比太阳同地球的距离近，月球的引潮力比太阳的引潮力大（前者是后者的2.25倍）。
由于受固体潮的影响，地面不停地变形，这就影响到各种测量数据的精确度。
利用固体潮的理论则可以对这些精密测量结果加以改正。
由于其他天体距地球甚远，对地球的引力甚微，在固体潮的研究中一般可略而不计。
例如，固体潮的变化对卫星轨道也有摄动作用，所以在卫星轨道设计中必须顾及这一影响。
受固体潮的影响，地面不停的变形，影响到各种测量数据的精确度。