大地水准面

流体静平衡状态的海洋面重合并延伸到大陆以下的水准面。是个没有趋纹和棱角的、连续的封闭曲面。由于地球表面起伏不平,地球内部物质分布不均匀,大地水准面的形状和重力场都是不规则的,用简单的几何形状和数学公式无法表达。由大地水准面所包围的形体称为“大地体”。通常用大地水准面表示地球的物理形状,接近旋转椭球面。

与一个不受风浪和潮汐等外界因素影响、处于完全静止和平衡状态的平均海平面相重合并延伸到大陆内部的重力位水准面。大地水准面上各点间的重力位处处相等,并于该点的铅垂线方向保持正交。由于地球实际表面的起伏和内部质量分布不均匀,因此大地水准面是一个形状不规则的连续的闭合曲面,其重力场也不规则。通常用大地水准面来表示地球的形状。

地球是不规则的球体,其表面凹凸不平,形态极为复杂,不能用数学公式来表达和计算,不能作为测量与制图的基准面。因此,需要寻求一种与地球自然表面充分接近的规则曲面,来代替地球自然表面。人们假想海洋在无风、无浪、无潮汐的静止状态下穿透大陆,形成封闭的曲面,这个封闭的曲面被称为大地水准面,被它所包围的球体成为大地体。

根据地球重力场理论研究地球形状的一个基本概念。重力位等于常数的所有空间点形成的连续曲面称为重力等位面,通常称为水准面。处于静止状态的水面是一个水准面。大地水准面是无穷个水准面中的一个代表地球整体自然形状的特定水准面。

全球性的理想平均海面，在这样的海面上,没有波浪起伏和潮汐涨落,是一个静止的海面,并且以某种假想的方式将其延伸到陆地底下,形成一个包围全球的封闭曲面,这是一个重力等位面。在这个面上，物体从一个位置移动到另一个位置不需要作功。

大地水准面

大体上说,北半球的高纬度地区和南半球的低纬度地区,大地水准面略高出参考扁球体;而南半球的高纬度地区和北半球的低纬度地区,大地水准面稍低于参考扁球体。大地水准面对于参考扁球体的偏离,给人们以地球的形状像梨的印象。因此,此图一出,梨形地球的说法风靡一时。其实,该图只是用来说明,大地水准面对于参考扁球体的偏离,因南北半球而不同,而不能表示地球的真实形状。这是因为:

①它为了突出表示这种偏离,忽略了参考扁球体的扁,抹去地球的赤道半径与极半径之间的21公里的巨大差异,以正球代替了扁球;

②它又过分地夸大了大地水准面对参考扁球体的微小偏离。图中表示南北两极间40米差值的比例尺,比表示地球半径的比例尺扩大了近6万倍。

事实上,大地水准面对参考扁球体的40米的偏离,对于长半径为 6 378. 140公里,扁率为1/298. 257的地球来说,是微不足道的,它只是使地面各部分的曲率产生微小的差异。大地水准面的任何部分都是凸面,没有凹陷,更不会有棱角。

一种只采用天文大地测量数据来计算相对大地水准面差距的方法。由于方向上的相对垂线偏差分量是表示大地水准面在方向上的倾斜。显然，只要相对垂线偏差分量在、之间成线性变化，那么将、两点上的相对垂线偏差的平均值乘以两点之间的距离,就可以求得两点的大地水准面差距之差。

因为两点间的相对垂线偏差只有在短距离内才呈线性变化，所以天文水准要求有很密的天文点，在山区更是如此。

一种综合利用天文大地测量和重力测量数据计算相对大地水准面差距的方法。它是在两已知天文大地点A、B相距较远(例如几十公里到百余公里)的情况下，利用此两点周围一定区域内的大地水准面上的重力异常数据，去改正天文水准中相对垂线偏差不成线性变化的影响。

1937年，

（1）大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距——大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。

（2）大地水准面是大地测量基准之一，确定大地水准面是国家基础测绘中的一项重要工程。它将几何大地测量与物理大地测量科学地结合起来，使人们在确定空间几何位置的同时，还能获得海拔高度和地球引力场关系等重要信息。

（3）大地水准面的形状反映了地球内部物质结构、密度和分布等信息，对海洋学、地震学、地球物理学、地质勘探、石油勘探等相关地球科学领域研究和应用具有重要作用。