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1、地球概论地球概论何福红何福红地理与规划学院地理与规划学院Tel:13365351008E_mail:第一章 地理坐标和天球坐标第一节 地理坐标一、地球与经纬线一、地球与经纬线 二、经度与纬度二、经度与纬度 一、地球与经纬线一、地球与经纬线1、地球、地球 轴、极轴、极 基圈、辅圈基圈、辅圈 原点原点 经度、纬度经度、纬度2 2、地球上的经线和纬线、地球上的经线和纬线q 地理定位的需要地理定位的需要v二直线相交于一点；二直线相交于一点；v每地点都可看作是特定经线和纬线交点。每地点都可看作是特定经线和纬线交点。q 经线和纬线都是地球上的圆经线和纬线都是地球上的圆v大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为
2、球心；大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心；v小圆：大圆以外的圆。小圆：大圆以外的圆。q纬线纬线(parallel)v垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆；垂直于地轴的平面同地球相割而成的圆；v纬线相互平行，大小不等纬线相互平行，大小不等;v赤道赤道(equator)equator)：纬线中惟一的大圆，将地球分为南：纬线中惟一的大圆，将地球分为南北半球。北半球。q经线经线(meridian)v通过地轴的平面同地球相割而成的圆；通过地轴的平面同地球相割而成的圆；v经线都是大圆（通常指它的半圆），都在两极相交，经线都是大圆（通常指它的半圆），都在两极相交，大小相同；大小相同；v本初子午线本初子午
3、线：通过英国通过英国Greenwich(Greenwich(格林尼治格林尼治)天文台天文台的的0 0经线（经线（18841884年确定）。年确定）。图图1-1 1-1 经线和纬线经线和纬线纬线平面垂直于地轴纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴经线平面都通过地轴英国英国GreenwichGreenwich天文台天文台,现现为天文博物馆为天文博物馆天文台内展出早期的天文望远镜、天文台内展出早期的天文望远镜、星象图和天文钟等星象图和天文钟等通过通过GreenwichGreenwich天文台内古老的天文台内古老的天文望远镜观察宇宙天文望远镜观察宇宙脚跨东西半球脚跨东西半球,即通过即通过Greenwi
4、ch 天文台的本初子午线天文台的本初子午线(0经线经线)。3、地球上的方向和距离q 地球上的方向地球上的方向v 通常指地平方向；通常指地平方向；v 南北方向（经线方向），有限方向；南北方向（经线方向），有限方向；v 东西方向（纬线方向），无限方向；东西方向（纬线方向），无限方向；v 理论上亦东亦西；实际上非东即西。理论上亦东亦西；实际上非东即西。q地球上的方向与地球自转v我国传统上把我国传统上把正午正午太阳所在方向定为正南，太阳所在方向定为正南，而把日出日落的方向视为东西方向；而把日出日落的方向视为东西方向；v东西方向与地球自转相联系；东西方向与地球自转相联系；v在用时针的方向表述地球自转方向
5、时，必须在用时针的方向表述地球自转方向时，必须明确观测者是明确观测者是立足于哪个半球观测地球自转立足于哪个半球观测地球自转的。的。图图1-3 1-3 十二支表示地平方十二支表示地平方向。其中子午表示南北，卯向。其中子午表示南北，卯酉表示东西。酉表示东西。图图1-21-2 地球自转方向地球自转方向向向东。在北半球看，呈逆时东。在北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈针方向；在南半球看，呈顺时针方向。顺时针方向。q角距离与线距离的简单换算关系v海里：海里：经线经线1分的弧长；两地间弧分数分的弧长；两地间弧分数=其长度的海里其长度的海里数，由此推出经线的全长：数，由此推出经线的全长：60海里海里18
6、0=10 800海里；海里；赤道的周长：赤道的周长：60海里海里360=21 600海里。海里。v公里公里(Km)：是按照法国人原来的设想把地球一周分为是按照法国人原来的设想把地球一周分为400 度，每度分为度，每度分为100 分，每分的弧长就是分，每分的弧长就是1 公里。分公里。分全周为全周为400 度的制度没有传下，作为长度单位的公里度的制度没有传下，作为长度单位的公里却在世界通行。却在世界通行。v1海里海里(n mile)=1.85公里公里(Km)1 Km=0.54 n mile二、经纬度和地理坐标1、经度和纬度q是经线和纬线的是经线和纬线的“编号编号”，本身代表一种角度。，本身代表一种
7、角度。q纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度。纬度：一地相对于赤道平面的南北方向和角度。v纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角纬度是一种线面角，即本地法线与赤道平面的交角；v纬度在本地经线上度量，南北纬各分纬度在本地经线上度量，南北纬各分9090度。度。q经度：本地子午面的东西方向和角距离。经度：本地子午面的东西方向和角距离。v经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终面为终面；v经度通常在赤道上度量，东西经各分经度通常在赤道上度量，东西经各分180180度度。图图1-4 1-4 经度和纬度经度和纬度 纬度是线面角，即本地法线与赤道
8、平面的交角；经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。q 经线都是大圆，纬度间隔大体相等：经线都是大圆，纬度间隔大体相等：v 1 1约折合约折合111111kmkm。q 纬线是大小不等的圆纬线是大小不等的圆 v 经度的间隔，随纬度增高而减小；经度的间隔，随纬度增高而减小；v 与纬度的余弦成反比。与纬度的余弦成反比。q 经（纬）度与经（纬）线经（纬）度与经（纬）线v 经度和纬度用来区分不同的经线和纬线；经度和纬度用来区分不同的经线和纬线；v 经线即等经度线，纬线即等纬度线。经线即等经度线，纬线即等纬度线。图图1-5 1-5 经线的间隔随纬度增大而减小经线的间隔随纬度增大而减小2、地理坐标q一
9、地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标q同地理坐标相联系的有三个大圆同地理坐标相联系的有三个大圆v赤道（横轴）；赤道（横轴）；v本初子午线（纵轴）；本初子午线（纵轴）；v本地子午线。本地子午线。q书写按惯例书写按惯例v先纬度，后经度；先纬度，后经度；v数字在先，符号在后。数字在先，符号在后。例：北京例：北京4040N,116N,116E E第二节 天球坐标一、天球1、天球与天穹q天球：以地心为球心半径为任意的假想球体，表天球：以地心为球心半径为任意的假想球体，表示天体视运动的辅助工具示天体视运动的辅助工具v是整球和圆球；是整球和圆球；v分地心天球和日
10、心天球。分地心天球和日心天球。q天穹：地平以上的半个天球天穹：地平以上的半个天球v是半球和扁球。是半球和扁球。图图1-7 1-7 天球示意图天球示意图 天球的半径是任意的,所有天体,不论多远,都可以在天球上有它们的投影。2、天球的视运动v对于地球观测者：天球围绕我们以与地球自对于地球观测者：天球围绕我们以与地球自转相反的方向（向西），和相同的周期（转相反的方向（向西），和相同的周期（1 1日）日）旋转旋转；v天球周日运动天球周日运动；v周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈周日圈：天体周日运动行经的路线，天体愈近天极周日圈愈小，反之亦然。近天极周日圈愈小，反之亦然。图1-8 太阳周年运动方向向
11、东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。1春：狮子中天 太阳 飞马夏：天蝎中天 太阳 猎户秋：飞马中天 太阳 狮子冬：猎户中天 太阳 天蝎图图1-9 夜半中星随季节的变化夜半中星随季节的变化这是地球公转的反映。由夜半中星的变这是地球公转的反映。由夜半中星的变化间接推出太阳周年运动。化间接推出太阳周年运动。图1-10 天球的视运动 左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东。右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西。q太阳同时参与两种相反的运动v因地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周。因地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周。v因地球自转而随同整个天球的运动，方向
12、向西，日转一周。因地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日转一周。3、天球上的圆和点图图1-11 天球大圆的交点和远距点天球大圆的交点和远距点 左:地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点(南、北、上、下)；右:黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点、无名点）v三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；v大圆的极点：大圆的极点：地平圈两极：天顶和天底；地平圈两极：天顶和天底；天赤道的两极：天北极和天南极；天赤道的两极：天北极和天南极；黄道的两极：黄北极和黄南极。黄道的两极：黄北极和黄南极。v大圆的交点：大圆的交点：天赤道交地平圈：东点和西点；天赤道交地平圈：东
13、点和西点；黄道交天赤道：春分点和秋分点。黄道交天赤道：春分点和秋分点。v大圆的大距点：地平圈对于天赤道：南点和北点；地平圈对于天赤道：南点和北点；天赤道对于地平圈：上点和下点；天赤道对于地平圈：上点和下点；黄道对于天赤道：夏至点和冬至点；黄道对于天赤道：夏至点和冬至点；天赤道对于黄道：无名点。天赤道对于黄道：无名点。4、天球上的方向和距离方向：地球上方向的延方向：地球上方向的延伸；伸；东西方向：仰视，东西方向：仰视，顺时钟方向为东；顺时钟方向为东；距离：只有角距距离：只有角距离离。图1-12 天球上的距离1、球面座标系的共同特点、球面座标系的共同特点第一，球面座标系有一个基本大圆，称为基圆。第
14、一，球面座标系有一个基本大圆，称为基圆。第二，基圈上有一个原点，原点的位置是以通过第二，基圈上有一个原点，原点的位置是以通过它的辅圈为标志的。它的辅圈为标志的。第三，球面上任意一点相对于基圈的位置，包括第三，球面上任意一点相对于基圈的位置，包括方向和角距离，用纬度表示。方向和角距离，用纬度表示。第四，经度是辅圈相对于始圈的方向和角距离。第四，经度是辅圈相对于始圈的方向和角距离。二、天球坐标q球面坐标系的一般模式以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；纵坐标即纬以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；纵坐标即纬度；横坐标即经度。度；横坐标即经度。2、地平坐标系v用途：表示天体在天空中的高度和方位；用途：
15、表示天体在天空中的高度和方位；v圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈；圆圈系统：地平圈，子午圈，卯酉圈；v基本要点：基本要点：基圈：地平圈；基圈：地平圈；原点：南点；始圈：午圈；原点：南点；始圈：午圈；纬度：高度；纬度：高度；经度：方位经度：方位(0(0到到360360度，自南点向西沿地度，自南点向西沿地平圈度量）。平圈度量）。图1-14 地平坐标系的圆圈系统：地平圈上4个相距90的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）。图1-15 天体的地平坐标：高度和方位3、第一赤道坐标系(也称时角坐标系)v用途：用于时间度量；用途：用于时间度量；v圆圈系统：天赤道，子午圈和六时
16、圈；圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈；v基本要点：基本要点：基圈：天赤道；原点：上点；基圈：天赤道；原点：上点；始圈：午圈；纬度：赤纬；始圈：午圈；纬度：赤纬；经度：时角（经圈改称时圈）自上点沿经度：时角（经圈改称时圈）自上点沿天赤道向西度量（为使天体的时角天赤道向西度量（为使天体的时角“与与时俱增时俱增 ”）。）。图1-16(上)第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。图1-17（下）天体第一赤道坐标系：赤纬和时角4、第二赤道坐标系、第二赤道坐标系v用途：表示天体在天球上的位置；用途：表示天体在天球上的位置；v圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈
17、；圆圈系统：天赤道，二分圈和二至圈；v基本要点：基本要点：基圈：天赤道；原点：春分点；基圈：天赤道；原点：春分点；始圈：春分圈；纬度：赤纬；始圈：春分圈；纬度：赤纬；经度：赤经，自天赤道向东度量（为使春经度：赤经，自天赤道向东度量（为使春分点沿天赤道向东度量，即当时的分点沿天赤道向东度量，即当时的“恒星恒星时时”）。）。图图1-181-18（下）（下）第二赤道坐标系第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上的圆圈系统。天赤道上4 4个相距个相距9090的点：二分点和二个无名的点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。点；得到二分圈和二至圈。图图1-191-19（上）（上）天体第二赤道坐天体第二赤道坐
18、标系：赤纬和赤经标系：赤纬和赤经5、黄道坐标系、黄道坐标系v用途：表示日月行星的位置及其运动；用途：表示日月行星的位置及其运动；v圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点圆圈系统：黄道，无名圈（通过春分点的黄经圈）和二至圈；的黄经圈）和二至圈；v基本要点：基本要点：基圈：黄道；原点：春分点；基圈：黄道；原点：春分点；始圈：无名圈；纬度：黄纬；始圈：无名圈；纬度：黄纬；经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为使太阳的黄经（为使太阳的黄经“与日俱增与日俱增”）。）。图图1-201-20（上）（上）黄道坐标系的圆黄道坐标系的圆圈系统。黄道上圈系统。黄道上4 4个相距个相距9
19、090的的点：二分点和二至点；得到无点：二分点和二至点；得到无名圈和二至圈。名圈和二至圈。图图1-211-21（下）（下）天体的黄道坐天体的黄道坐标系：黄纬和黄经标系：黄纬和黄经 6 各种天球坐标的区别和联系各种天球坐标的区别和联系 始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角；始圈相同（午圈）但基圈不同，因而高度不同于赤纬，方位不同于时角；二者的具体差异与当地的纬度有关；二者的具体差异与当地的纬度有关；仰极高度、天顶赤纬与当地纬度相等体现地平系统与第一赤道系统的关系。仰极高度、天顶赤纬与当地纬度相等体现地平系统与第一赤道系统的关系。6、各种天球坐标的区别、各种天球坐标的区别
20、q 地平座标系和第一赤道坐标系赤经和黄经都向东度量，有共同的原点（春分点）。但第一赤道赤经和黄经都向东度量，有共同的原点（春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道为基坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始圈；黄道坐标系以黄道为基圈，以无名圈为始圈。赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。圈，以无名圈为始圈。赤纬不同于黄纬，赤经不同于黄经。q 第二赤道坐标系和黄道坐标系 基圈相同（天赤道）因而有相关的纬度（赤纬）但始圈不同，因而时角不同于赤经；二者的具体差异于当时的恒星时有关；恒星时即春分点的时角，或上点的赤经。3、第一赤道坐标系第一赤道坐标系 和第二赤道坐标系和第二赤道坐标系