第四節(jié)地理坐標

1、第四節(jié) 地理坐標一、 經(jīng)線和緯線1、地理定位的需要地球:大地是一個球體.地軸:地球自轉是繞著中間的一根軸在轉,這根軸就是地軸.兩極:地軸通過地心,它同地面相交的兩個端點,就是地球的兩極,北面為 北極,南面為南極.緯線(parallel)：一切垂直于地軸的平面同地面相割而成的圓,都是緯線. 緯線相互平行，大小不等,都是圓. 赤道(equator):垂直于地軸,且通過地心的平面與地面相割而成的圓, 叫赤道. 是緯線中唯一的大圓，將地球分為南北半球,是地理坐標系的橫軸.經(jīng)線(meridian)：一切通過地軸的平面同地面相割而成的圓,都是經(jīng)圈.經(jīng)圈都是大圓,經(jīng)圈在南北兩極相交，并被等分為兩個半圓,每個

2、半圓叫經(jīng)線.大小相同；經(jīng)線在南北兩極相交,大小相等,都是半圓.本初子午線(prime meridian)，通過英國格林尼治天文臺的經(jīng)線（1884年確定）是地理坐標系的縱軸.二直線相交于一點，每一地點都可看作特定的經(jīng)線和緯線的交點。2、經(jīng)線和緯線都是地面上的圓： 大圓：同一球面上最大的圓，其圓心即為球心； 小圓：大圓以外的圓。 每一條經(jīng)線通過所有的緯線;每一條緯線也通過所有的經(jīng)線,而且相互垂直. 經(jīng)線和緯線 緯線平面垂直于地軸,經(jīng)線平面都通過地軸英國Greenwich天文臺,現(xiàn)為天文博物館天文臺內展出早期的天文望遠鏡、星象圖和天文鐘等腳跨東西半球, 即通過Greenwich 天文臺的本初子午線(

3、0經(jīng)線)。3、地球上的方向：方向:通常指地平方向.即地平圈上的東西南北四正點,代表地平方向的東西南北四正向.我國古代用十二地支表示地平方向.子午:南北卯酉:東西南北方向（經(jīng)線方向），有限方向； 東西方向（緯線方向），無限方向；理論上亦東亦西；實際上非東非西。東:地球自轉方向向東, 在北半球看呈逆時針方向,在南半球看呈順時針方向.西:相反的方向是向西地球自轉方向向東。在北半球看，呈逆時針方向；在南半球看，呈順時針方向。地球上的方向與地球自轉我國傳統(tǒng)上把正午太陽所在方向定為正南，而把日出日落的方向視為東西方向；東西方向與地球自轉相聯(lián)系；判斷：右手定則，右手大拇指伸出，其余四指彎曲，大拇指指向天北極

4、，其余四指彎曲的方向為自西向東的方向。在用時針的方向表述地球自轉方向時，必須明確觀測者是立足于哪個半球觀測地球自轉的。4、地球上的距離 因地球是一個球面，兩點之間的距離實際上是角距離，通常用海里表示。角距離和線距離相互聯(lián)系。海里：經(jīng)線1分的弧長；赤道的周長：60海里360=21 600海里。公里：經(jīng)線1分的弧長（把圓周分為400度，1度100分）；赤道的周長：100公里400=40000公里。經(jīng)度1為60海里，約折合111km。 兩地間弧分數(shù)=其長度的海里數(shù)，由此推出經(jīng)線的全長：60海里180=10 800海里；1、經(jīng)度和緯度是經(jīng)線和緯線的“編號”，本身代表一種角度。2、緯度：一地相對于赤道平

5、面的南北方向和角度； 緯度是一線面角，即本地法線與赤道平面的交角 緯度在本地經(jīng)線上度量，南緯(S)北緯(N)各分90度。 注:我們這里所指的緯度實際上是大地緯度.大地緯度:地球參考橢球體上點M的法線與赤道面的夾角.天文緯度:過地面點M的鉛垂線與赤道面的夾角.地心緯度:地面上M點向徑(地心到該點的連線)與赤道面的 夾角.緯度的度量:在本地經(jīng)線上度量,以赤道面為起點面,所在點為終止點.一地的緯度,就是這個地點相對于赤道面的南北方向和角距離.3、 經(jīng)度：是本地子午面與本初子午面的夾角.(兩面角)經(jīng)度是兩面角，本初子午面為起始面；本地子午面為終面；經(jīng)度的度量:通常在赤道上度量，本初子午線以東叫東經(jīng)(E

6、),以西叫西經(jīng)(W),東西經(jīng)各分180度。一地的經(jīng)度,就是這個地點所在的子午面,相對于本初子午面的方向與角距離.注:東西半球劃分以20w-160E為界,20w以東,160E以西為東半球;20w以西,160E以東為西半球.經(jīng)度和緯度 緯度是線面角，即本地法線與赤道平面的交角； 經(jīng)度是兩面角，即本地子午面與本初子午面的交角。三 經(jīng)（緯）度與經(jīng)（緯）線的關系 經(jīng)度和緯度用來區(qū)分不同的經(jīng)線和緯線；經(jīng)線即等經(jīng)度線，緯線即等緯度線。經(jīng)線的間隔隨緯度增大而減小四、 地理座標 標志一個地點在地面上的特定位置，叫做該地的地理座標；地理坐標系:度量全球各地的地理坐標的統(tǒng)一的制度.地理坐標系的組成:橫軸 赤道(是緯

7、度度量的自然起點) 縱軸 本初子午線(是經(jīng)度度量的人為起點)原點赤道與本初子午線的交點書寫時：先緯度，后經(jīng)度；數(shù)字在先，符號在后。例如：北京（39 57N,116 E）一 天球和天穹 1、 天球：以任意點為球心，以無限長為半徑的假想球體，表示天體視運動的輔助工具。分地心天球和日心天球。2、天穹：能直接觀測到的地平以上的半個球形的天空.天球的視位置：我們看到的天體在天球上的位置.天球的視運動：我們看到的天體在天球上的運動.天球的周日運動：指天球以相反的方向（向西）和相同的日期（1日）運動，這種視運動叫做天球周日運動.北極星：緊靠天北極有一顆較明亮的恒星，為北極星.周日圈：天體周日運動的路線.太陽

8、周日運動：太陽以相同的方向（向東）和周期（1年）在眾星間巡天一周，這叫太陽周年運動，其視行路線稱為黃道.天球示意圖 天球的半徑是任意的,所有天體,不論多遠,都可以在天球上有它們的投影。太陽周年運動方向向東(與地球公轉方向相同),其視行路線被稱為黃道。太陽同時參與兩種相反的運動：由于地球自轉而隨同整個天球的運動，方向向西，日轉一周；由于地球公轉而相對于恒星的運動，方向向東，年巡天一周；從而也可以理解為太陽的周日運動落后于恒星。中天：天體過子午圈的位置，叫中天.中星：上中天的星宿.夜半中星：夜半中天的星宿.上中天：天體達到最高的地平高度.（位于天北極南方）下中天：天體達到最低的地平高度.（位于天北

9、極北方） 秋分點春分點夏至點冬至點春：中天獅子 太陽 飛馬夏：天蝎中天 太陽 獵戶秋：飛馬中天 太陽 獅子冬：獵戶中天 太陽 天蝎夜半中星隨季節(jié)的變化這是地球公轉的反映。由夜半中星的變化間接推出太陽周年運動。圖 天球的視運動 左：地球公轉和太陽周年運動，二者都向東。 右：地球自轉和天球周日運動，前者向東，后者向西。 3、天球上的圓和點 圓：指天球坐標系中三個基本大圓（地平圈 天赤道 黃道） 點：各大圓的極點（地平圈 ：天頂 天底 天赤道：天北極 天南極 黃道：黃北極 黃南極） 各大圓交點：東點 西點 （地平圈與天赤道 相交） 春分點 秋分點（天赤道與黃道相交） 遠距點：南點 北點 上點 下點（

10、地平圈 天赤道 ） 冬至點 夏至點 無名點（黃道 天赤道 ） （1）、地平圈；天赤道；黃道 地平圈：是通過地心且垂直于當?shù)劂U垂線的平面無限擴大，同天球相割而成的天球大圓。 它把天球分成可見部分和不可見部分。 天赤道：地球赤道平面無限擴大，同天球相割而成的天球大圓，把天球分成南北兩半球。（唯一） 黃道：地球公轉軌道平面無限擴大，同天球相割而成的天球大圓。 （唯一） （2）、大圓的極點： 地平圈兩極：天頂（Z）和天底（Z） 天赤道的兩極：天北極（P）和天南極 （P） 黃道的兩極：黃北極（K）和黃南極（K ） （3）、大圓的交點： 天赤道交地平圈：東點（E）和西點（W） 黃道交天赤道：春分點（ ）和

11、秋分點（） （4）、大圓的大距點： 地平圈對于天赤道：南點（S）和北點（N） 天赤道對于地平圈：上點（Q）和下點（Q ） 黃道對于天赤道：夏至點（）和冬至點（） 天赤道對于黃道：無名點 q 天球上的圓和點圖 天球大圓的交點和遠距點 左:地平圈與天赤道的交點（東、西）和遠距點(南、北、上、下)；右:黃道與天赤道的交點（二分）和遠距點（二至點和無名點）v 三個基本大圓：地平圈，天赤道，黃道；v 大圓的極點： 地平圈兩極：天頂和天底； 天赤道的兩極：天北極和天南極； 黃道的兩極：黃北極和黃南極。v 大圓的交點： 天赤道交地平圈：東點和西點； 黃道交天赤道：春分點和秋分點。v 大圓的大距點： 地平圈對

12、于天赤道：南點和北點； 天赤道對于地平圈：上點和下點； 黃道對于天赤道：夏至點和冬至點； 天赤道對于黃道：無名點。q 天球上的方向和距離v方向：地球上方向的延伸；v東西方向：俯視，逆鐘向為東；v距離：只有角距離。圖 天球上的距離圖 球面坐標的一般模式由基圈、始圈和終圈構成球面三角形二、天球坐標q 球坐標系的一般模式v 以基圈、始圈和終圈構成一球面三角形；v 縱坐標即緯度；v 橫坐標即經(jīng)度。q 兩大類天球坐標系v 右旋坐標系：與天球周日運動（地球自轉）聯(lián)系，向西；v 左旋坐標系：與太陽周年運動（地球公轉）聯(lián)系，向東。q 地平坐標系v 用途：表示天體在天空中的高度和方位；v 圓圈系統(tǒng)：地平圈，子午

13、圈，卯酉圈；v 基本要點：基圈：地平圈；原點：南點；始圈：午圈；緯度：高度；經(jīng)度：方位 (0到360度，自南點向西沿地平圈度量）。圖1-14 地平坐標系的圓圈系統(tǒng)：地平圈上4個相距90的點：東、南、西、北點；得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）。圖1-15 天體的地平坐標：高度和方位q 第一赤道坐標系(也稱時角坐標系)v 用途：用于時間度量；v 圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時圈；v 基本要點：基圈：天赤道；原點：上點；始圈：午圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：時角（經(jīng)圈改稱時圈）自上點沿天赤道向西度量（為使天體的時角“與時俱增 ”）。圖 (上) 第一赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90的點

14、：東、西、上、下點；得到子午圈和六時圈。圖（下） 天體第一赤道坐標系：赤緯和時角q 第二赤道坐標系v 用途：表示天體在天球上的位置；v 圓圈系統(tǒng)：天赤道，二分圈和二至圈；v 基本要點：基圈：天赤道；原點：春分點；始圈：春分圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：赤經(jīng)，自天赤道向東度量（為使春分點沿天赤道向東度量，即當時的“恒星時”）。圖（下） 第二赤道坐標系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90的點：二分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。 圖（上） 天體第二赤道坐標系：赤緯和赤經(jīng)q 黃道坐標系v 用途：表示日月行星的位置及其運動；v 圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（通過春分點的黃經(jīng)圈）和二至圈；v 基本要點：基圈：黃道；原點：春分點；始圈：無名圈；緯度：黃緯；經(jīng)度：黃經(jīng)，自春分點沿黃道向東度量（為使太陽的黃經(jīng)“與日俱增”）。圖（上） 黃道坐標系的圓圈系統(tǒng)。黃道上4個相距90的點：二分點和二至點；得到無名圈和二至圈。圖（下） 天體的黃道坐標系：黃緯和黃經(jīng) 仰極高度天頂赤緯當?shù)鼐暥?地平座標系和第一赤道坐標系； 始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤緯，方位不同于時角； 二者的具體差異與當?shù)氐木暥扔嘘P； 仰極高度體現(xiàn)地平系統(tǒng)與第一赤道向系統(tǒng)的關系。 第二赤道坐標系和黃道坐標系：赤經(jīng)和黃經(jīng)都向東度量：有共同的原點（春分點）。但第一赤道坐標系以天赤道為基圈，春分圈為始