地球地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)課件省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎?wù)n件

第一章地理坐標(biāo)與天球坐標(biāo)地理坐標(biāo)經(jīng)線和緯線地理坐標(biāo)天球坐標(biāo)天球天球坐標(biāo)

地平坐標(biāo)系：高度和方位第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時角第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)各種天球坐標(biāo)區(qū)分1/72第一節(jié)地理坐標(biāo)經(jīng)線和緯線一、地球上經(jīng)線和緯線

地球—球心—地軸—地極—經(jīng)線和緯線—經(jīng)緯網(wǎng)—地理坐標(biāo)經(jīng)線和緯線都是地球上圓大圓：同一球面上最大圓，其圓心即為球心；（全部經(jīng)線圈、赤道）小圓：大圓以外圓。2/72一、緯線(parallel)=緯度(latidude)

全部與地軸垂直面和地標(biāo)相交而成圓，就是緯線。緯度：一地緯度就是該地鉛垂線對赤道面夾角。緯線相互平行，大小不等;赤道是最大緯圈。赤道(equator)：0°。3/72二、經(jīng)線(meridian)=經(jīng)度(longitude)經(jīng)線圈：全部經(jīng)過地軸平面，和地球表面相交而成圓，就是經(jīng)線圈。每個經(jīng)線圈都包含兩條相差180度經(jīng)線，一條經(jīng)線則只是一個半圓弧。經(jīng)線都是大圓二分之一，都在兩極相交，大小相同；本初子午線：經(jīng)過英國Greenwich(格林尼治)天文臺經(jīng)線（1884年確定），0°4/72圖1-1經(jīng)線和緯線緯線平面垂直于地軸,經(jīng)線平面都經(jīng)過地軸

5/72英國Greenwich天文臺6/72補充地球坐標(biāo)系與地圖制圖17世紀(jì)，法國笛卡爾創(chuàng)造平面直角坐標(biāo)系。至今在展繪地圖投影和計算機數(shù)字制圖中應(yīng)用。地球北極、南極、赤道以及本初子午線作為基本要素，可組成地球球面地理坐標(biāo)系統(tǒng)。7/72地理坐標(biāo)地理坐標(biāo)就是用經(jīng)緯度表示地面點位球面坐標(biāo)。1.1天文經(jīng)緯度天文經(jīng)度：即以觀察點天頂子午面與格林威治天頂子午面間兩面角，或視為一個天體在上述兩地時角差。天文經(jīng)度在地球上定義，即本初子午面與觀察點之間兩面角。天文緯度：赤緯，鉛垂線與赤道平面間夾角。8/721.2大地經(jīng)緯度大地經(jīng)度：參考橢球面上某一點大地子午面與本初子午面間兩面角。東經(jīng)：正，西經(jīng)：負。大地緯度：參考橢球面上某一點法線與赤道面夾角。北緯：正，南緯：負。大地高（h）9/722、地圖投影10/7211/7212/7213/7214/72

可見，地球橢球面是不可展開面。不論怎樣展開都會產(chǎn)生褶皺，拉伸或斷裂等無規(guī)律變形，無法繪制科學(xué)、準(zhǔn)確地圖。所以應(yīng)采取地圖投影方式。15/72地圖投影應(yīng)用地圖投影選擇依據(jù)1、制圖區(qū)域地理位置、形狀和范圍（1）制圖區(qū)地理位置決定了所選擇投影種類。極地——正軸方位投影赤道附近——橫軸方位投影中緯地域——正軸圓錐投影或斜軸方位投影16/72（2）制圖區(qū)域形狀直接制約地圖投影選擇同是在中緯度地域，沿著緯線方向延伸長形區(qū)域——單位準(zhǔn)緯線正軸圓錐投影；沿著經(jīng)線方向略窄，沿緯線方向略寬長形區(qū)域——雙標(biāo)準(zhǔn)緯線正軸圓錐投影沿經(jīng)線方向南北延伸長形區(qū)域——多圓錐投影圓形區(qū)域——斜軸方位投影同是在低緯赤道附近，沿東西方向長條形區(qū)域——正軸圓柱投影圓形區(qū)域——橫軸方位投影17/72（3）制圖區(qū)域范圍大小也影響地圖投影選擇。范圍小時，不論什么投影方式都無太大變形差異；對于區(qū)域廣大地圖需要慎重選擇投影。18/72球面三角基礎(chǔ)知識一、球面上圓（大圓、小圓）定理：任何平面和球面交線都是正圓。定義：經(jīng)過球心平面與球面交線，是直徑最大圓，叫做大圓。不經(jīng)過球心平面與球面交線，叫小圓。19/72二、球面上兩點距離三、圓極與圓所在平面相垂直直線與球面相交兩個點。大圓極點：經(jīng)過球心與大圓所在平面相垂直直線與球面兩個交點。四、球面角五、圓弧與角度量六、球面三角形20/72球面角球面角=兩個大圓弧相交所成角度（ASB）兩個大圓弧交點（S）稱為球面角頂點，大圓弧稱為球面角邊球面角是以過頂點圓弧二切線所加角度來度量=兩交點（A，B）間大圓弧AB對應(yīng)圓心角。21/72球面三角形球面上兩兩分別相交三個大圓弧所圍成幾何圖形三條大圓弧為球面三角形邊a、b、c各大圓弧所成球面角為球面三角形角A、B、C22/72二、地球上方向和距離地球上方向通常指地平方向；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；實際上非東即西。23/72地球上方向與地球自轉(zhuǎn)我國傳統(tǒng)上把正午太陽所在方向定為正南，而把日出日落方向視為東西方向；東西方向與地球自轉(zhuǎn)相聯(lián)絡(luò)；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，其余四指彎曲方向為自西向東方向。在用時針方向表述地球自轉(zhuǎn)方向時，必須明確觀察者是立足于哪個半球觀察地球自轉(zhuǎn)。24/72圖1-3十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯酉表示東西。圖1-2地球自轉(zhuǎn)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。25/72地球上距離角距離和線距離相互聯(lián)絡(luò)。海里：經(jīng)線1分弧長；赤道周長：60海里×360=21600海里。公里：經(jīng)線1分弧長（把圓周分為400度，1度100分）；赤道周長：100公里×400=40000公里。經(jīng)度1°為60海里，約折合111km。26/72經(jīng)度和緯度一、經(jīng)度和緯度是經(jīng)線和緯線“編號”，本身代表一個角度緯度：一地相對于赤道平面南北方向和角度緯度是一個線面角，即當(dāng)?shù)胤ň€與赤道平面交角；緯度在當(dāng)?shù)亟?jīng)線上度量，南北緯各分90度。27/72

經(jīng)度：當(dāng)?shù)刈游缑鏂|西方向和角距離經(jīng)度是兩面角，本初子午面為起始面；當(dāng)?shù)刈游缑鏋榻K面；經(jīng)度通常在赤道上度量，東西經(jīng)各分180度。28/72圖1-4經(jīng)度和緯度緯度是線面角，即當(dāng)?shù)胤ň€與赤道平面交角；經(jīng)度是兩面角，即當(dāng)?shù)刈游缑媾c本初子午面交角。29/72圖1-5經(jīng)緯網(wǎng)30/72圖1-6經(jīng)緯網(wǎng)極地俯視圖左圖，俯視北極；右圖，俯視南極31/72經(jīng)線都是大圓，緯度間隔大致相等：緯線是大小不等圓經(jīng)度間隔，隨緯度增高而減??；與緯度余弦成反比。經(jīng)（緯）度與經(jīng)（緯）線經(jīng)度和緯度用來區(qū)分不一樣經(jīng)線和緯線；經(jīng)線即等經(jīng)度線，緯線即等緯度線。32/72圖1-7經(jīng)線間隔隨緯度增大而減小33/72二、地理坐標(biāo)一地經(jīng)度和緯度相結(jié)合，叫做該地地理坐標(biāo)。地理定位，地理坐標(biāo)與地球上點一一對應(yīng)。書寫按通例先緯度，后經(jīng)度；數(shù)字在先，符號在后。例：北京（40oN,116oE）內(nèi)江（29°35′N，105°03′E）34/72赤勒川，陰山下，天似穹廬，籠蓋四野，天蒼蒼，野茫茫，風(fēng)吹草低見牛羊。圖1-8天穹既然地上有半個球，不難想象地下也應(yīng)有半個球，合成一個球體—天球。35/72第二節(jié)天球坐標(biāo)天球一、天穹和天球天穹：地平以上半個天球是半球和扁球。天球：以地心為球心半徑為任意假想球體，表示天體視運動輔助工具是整球和圓球；分地心天球和日心天球。36/72天球特點1、與直觀感覺相符科學(xué)抽象2、天體在天球上位置只反應(yīng)天體視方向投影3、天球上任意兩天體距離用其角距表示4、地面上兩平行方向指向天球同點5、任意點為球心37/72圖1-9天球示意圖天球半徑是任意,全部天體,不論多遠,都能夠在天球上有它們投影。38/72周年運動：太陽周年運動方向：自西向東，與地球公轉(zhuǎn)方向相同視行路線：黃道星空季節(jié)改變39/72太陽同時參加兩種相反運動：因為地球自轉(zhuǎn)而隨同整個天球運動，方向向西，日轉(zhuǎn)一周；因為地球公轉(zhuǎn)而相對于恒星運動，方向向東，年巡天一周；從而也能夠了解為太陽周日運動落后于恒星。40/72圖1-10太陽周年運動41/72圖1-11太陽周年運動方向向東(與地球公轉(zhuǎn)方向相同),其視行路線被稱為黃道。142/72二、天球視運動天球周日視運動對于地球觀察者：天球圍繞我們以與地球自轉(zhuǎn)相反方向（向西），和相同周期（1日）旋轉(zhuǎn)—天球周日運動；周日圈：天體周日運動行經(jīng)路線，天體愈近天極周日圈愈小，反之亦然。43/72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：獵戶中天太陽天蝎圖1-12夜半中星隨季節(jié)改變這是地球公轉(zhuǎn)反應(yīng)。由夜半中星改變間接推出太陽周年運動。><^44/72圖1-13天球視運動左：地球公轉(zhuǎn)和太陽周年運動，二者都向東。右：地球自轉(zhuǎn)和天球周日運動，前者向東，后者向西。45/72三、天球上圓和點圖1-14天球大圓交點和遠距點左:地平圈與天赤道交點（東、西）和遠距點(南、北、上、下)；右:黃道與天赤道交點（二分）和遠距點（二至點和無名點）46/72三個基本大圓：地平圈，天赤道，黃道；大圓極點：地平圈兩極：天頂和天底；天赤道兩極：天北極和天南極；黃道兩極：黃北極和黃南極。大圓交點：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。47/72天極和天赤道天極：PP'經(jīng)過天球中心做一與地球自轉(zhuǎn)軸平行直線（天軸），它與天球相交兩點為天極。天赤道：QQ'過天球中心做一與天軸垂直平面（天赤道面）它與天球相交大圓為天赤道48/72天頂、天底和真地平天頂：Z過天球中心做一直線與觀察點鉛垂線平行，交天球于兩點，位于觀察者頭頂一點成為天頂。天底：Z’與天頂相正確另一個交點為天底。真地平：過天球中心做一與鉛垂直線平面，與天球相交大圓為真地平。49/72天子午圈、四方點、卯酉圈天子午圈：過天極和天頂大圓四方點：天子午圈與真地平相交兩點為南北點，（靠近北天極為北點）天赤道與真地平相交兩點為東西點。卯酉圈：過天頂和東西點所做大圓弧。50/72黃道與黃極黃道：過天球中心做一與地球公轉(zhuǎn)軌道平面平行平面為黃道面，與天球相交大圓為黃道。黃極：黃道所對應(yīng)兩個極點。黃赤交角：與黃道與赤道交角。ε=23度26分51/72二分點、二至點二分點：黃道與天赤道兩個交點春分點；秋分點二至點：黃道上與二分點相距90度另兩個點。夏至點；冬至點52/72四、天球上方向和距離方向：地球上方向延伸；東西方向：俯視天北極，逆鐘向為東；判斷：右手定則。距離：只有角距離。53/72圖1-15天球上方向54/72圖1-16天球上距離55/72天球坐標(biāo)一、球坐標(biāo)系普通模式以基圈、始圈和終圈組成一球面三角形；縱坐標(biāo)即緯度；橫坐標(biāo)即經(jīng)度。56/72圖1-17球面坐標(biāo)普通模式由基圈、始圈和終圈組成球面三角形57/72兩大類天球坐標(biāo)系右旋坐標(biāo)系：與天球周日運動（地球自轉(zhuǎn)）聯(lián)絡(luò)，向西；左旋坐標(biāo)系：與太陽周年運動（地球公轉(zhuǎn)）聯(lián)絡(luò)，向東。58/72二、地平坐標(biāo)系用途：表示天體在天空中高度和方位；圓圈系統(tǒng)：地平圈，子午圈，卯酉圈；基本關(guān)鍵點：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）。59/72圖1-18地平坐標(biāo)系圓圈系統(tǒng)：地平圈上4個相距90°點：東、南、西、北點；得到子午圈（過南、北點）和卯酉圈（過東、西點）。圖1-19天體地平坐標(biāo)：高度和方位60/72三、第一赤道坐標(biāo)系(也稱時角坐標(biāo)系)用途：用于時間度量；圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時圈；基本關(guān)鍵點：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（為使天體時角“與時俱增”）。61/72圖1-20（上）第一赤道坐標(biāo)系圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90°點：東、西、上、下點；得到子午圈和六時圈。圖1-21（下）天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時角62/72四、第二赤道坐標(biāo)系用途：表示天體在天球上位置；圓圈系統(tǒng)：天赤道，二分圈和二至圈；基本關(guān)鍵點：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(dāng)初“恒星時”）。63/72圖1-22（下）第二赤道坐標(biāo)系圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個相距90°點：二分點和二個無名點；得到二分圈和二至圈。

圖1-23（上）天體第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)64/72五、黃道坐標(biāo)系用途：表示日月行星位置及其運動；圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（經(jīng)過春分點黃經(jīng)圈）和二至圈；基本關(guān)鍵點：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（為使太陽黃經(jīng)“與日俱增”）。65/72圖1-24（上）黃道坐標(biāo)系圓圈系統(tǒng)。黃道上4個相距90°點：二分點和二至點；得到無名圈和二至圈。圖1-25（下）天體黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng)

66/72六、各種天球坐標(biāo)系區(qū)分地平坐標(biāo)系與第一赤道坐標(biāo)系第二赤道坐標(biāo)系與黃道坐標(biāo)系第一赤道坐標(biāo)系與第二赤道坐標(biāo)系67/7268/72圖1-26仰極高度＝天頂