第四節(jié)地理坐標(biāo)

1、第四節(jié) 地理坐標(biāo)一、 經(jīng)線和緯線1、地理定位的需要地球:大地是一個(gè)球體.地軸:地球自轉(zhuǎn)是繞著中間的一根軸在轉(zhuǎn),這根軸就是地軸.兩極:地軸通過地心,它同地面相交的兩個(gè)端點(diǎn),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(biāo)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(gè)半圓,每個(gè)

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(guó)格林尼治天文臺(tái)的經(jīng)線（1884年確定）是地理坐標(biāo)系的縱軸.二直線相交于一點(diǎn)，每一地點(diǎn)都可看作特定的經(jīng)線和緯線的交點(diǎn)。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(guó)Greenwich天文臺(tái),現(xiàn)為天文博物館天文臺(tái)內(nèi)展出早期的天文望遠(yuǎn)鏡、星象圖和天文鐘等腳跨東西半球, 即通過Greenwich 天文臺(tái)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(diǎn),代表地平方向的東西南北四正向.我國(guó)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(shí)際上非東非西。東:地球自轉(zhuǎn)方向向東, 在北半球看呈逆時(shí)針方向,在南半球看呈順時(shí)針方向.西:相反的方向是向西地球自轉(zhuǎn)方向向東。在北半球看，呈逆時(shí)針方向；在南半球看，呈順時(shí)針方向。地球上的方向與地球自轉(zhuǎn)我國(guó)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(zhuǎn)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?yàn)樽晕飨驏|的方向。在用時(shí)針的方向表述地球自轉(zhuǎn)方向時(shí)，必須明確觀測(cè)者是立足于哪個(gè)半球觀測(cè)地球自轉(zhuǎn)的。4、地球上的距離 因地球是一個(gè)球面，兩點(diǎn)之間的距離實(shí)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(zhǎng)；赤道的周長(zhǎng)：60海里360=21 600海里。公里：經(jīng)線1分的弧長(zhǎng)（把圓周分為400度，1度100分）；赤道的周長(zhǎng)：100公里400=40000公里。經(jīng)度1為60海里，約折合111km。 兩地間弧分?jǐn)?shù)=其長(zhǎng)度的海里數(shù)，由此推出經(jīng)線的全長(zhǎng)：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(hào)”，本身代表一種角度。2、緯度：一地相對(duì)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(shí)際上是大地緯度.大地緯度:地球參考橢球體上點(diǎn)M的法線與赤道面的夾角.天文緯度:過地面點(diǎn)M的鉛垂線與赤道面的夾角.地心緯度:地面上M點(diǎn)向徑(地心到該點(diǎn)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(diǎn)面,所在點(diǎn)為終止點(diǎn).一地的緯度,就是這個(gè)地點(diǎn)相對(duì)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(gè)地點(diǎn)所在的子午面,相對(duì)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(guān)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(biāo) 標(biāo)志一個(gè)地點(diǎn)在地面上的特定位置，叫做該地的地理座標(biāo)；地理坐標(biāo)系:度量全球各地的地理坐標(biāo)的統(tǒng)一的制度.地理坐標(biāo)系的組成:橫軸 赤道(是緯

7、度度量的自然起點(diǎn)) 縱軸 本初子午線(是經(jīng)度度量的人為起點(diǎn))原點(diǎn)赤道與本初子午線的交點(diǎn)書寫時(shí)：先緯度，后經(jīng)度；數(shù)字在先，符號(hào)在后。例如：北京（39 57N,116 E）一 天球和天穹 1、 天球：以任意點(diǎn)為球心，以無限長(zhǎng)為半徑的假想球體，表示天體視運(yùn)動(dòng)的輔助工具。分地心天球和日心天球。2、天穹：能直接觀測(cè)到的地平以上的半個(gè)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(yùn)動(dòng)：我們看到的天體在天球上的運(yùn)動(dòng).天球的周日運(yùn)動(dòng)：指天球以相反的方向（向西）和相同的日期（1日）運(yùn)動(dòng)，這種視運(yùn)動(dòng)叫做天球周日運(yùn)動(dòng).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(yùn)動(dòng)的路線.太陽

8、周日運(yùn)動(dòng)：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(yùn)動(dòng)，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(yuǎn),都可以在天球上有它們的投影。太陽周年運(yùn)動(dòng)方向向東(與地球公轉(zhuǎn)方向相同),其視行路線被稱為黃道。太陽同時(shí)參與兩種相反的運(yùn)動(dòng)：由于地球自轉(zhuǎn)而隨同整個(gè)天球的運(yùn)動(dòng)，方向向西，日轉(zhuǎn)一周；由于地球公轉(zhuǎn)而相對(duì)于恒星的運(yùn)動(dòng)，方向向東，年巡天一周；從而也可以理解為太陽的周日運(yùn)動(dòng)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(dá)到最高的地平高度.（位于天北極南方）下中天：天體達(dá)到最低的地平高度.（位于天北

9、極北方） 秋分點(diǎn)春分點(diǎn)夏至點(diǎn)冬至點(diǎn)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(zhuǎn)的反映。由夜半中星的變化間接推出太陽周年運(yùn)動(dòng)。圖 天球的視運(yùn)動(dòng) 左：地球公轉(zhuǎn)和太陽周年運(yùn)動(dòng)，二者都向東。 右：地球自轉(zhuǎn)和天球周日運(yùn)動(dòng)，前者向東，后者向西。 3、天球上的圓和點(diǎn) 圓：指天球坐標(biāo)系中三個(gè)基本大圓（地平圈 天赤道 黃道） 點(diǎn)：各大圓的極點(diǎn)（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(diǎn)：東點(diǎn) 西點(diǎn) （地平圈與天赤道 相交） 春分點(diǎn) 秋分點(diǎn)（天赤道與黃道相交） 遠(yuǎn)距點(diǎn)：南點(diǎn) 北點(diǎn) 上點(diǎn) 下點(diǎn)（

10、地平圈 天赤道 ） 冬至點(diǎn) 夏至點(diǎn) 無名點(diǎn)（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(dāng)?shù)劂U垂線的平面無限擴(kuò)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(kuò)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(zhuǎn)軌道平面無限擴(kuò)大，同天球相割而成的天球大圓。 （唯一） （2）、大圓的極點(diǎn)： 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(diǎn)： 天赤道交地平圈：東點(diǎn)（E）和西點(diǎn)（W） 黃道交天赤道：春分點(diǎn)（ ）和

11、秋分點(diǎn)（） （4）、大圓的大距點(diǎn)： 地平圈對(duì)于天赤道：南點(diǎn)（S）和北點(diǎn)（N） 天赤道對(duì)于地平圈：上點(diǎn)（Q）和下點(diǎn)（Q ） 黃道對(duì)于天赤道：夏至點(diǎn)（）和冬至點(diǎn)（） 天赤道對(duì)于黃道：無名點(diǎn) q 天球上的圓和點(diǎn)圖 天球大圓的交點(diǎn)和遠(yuǎn)距點(diǎn) 左:地平圈與天赤道的交點(diǎn)（東、西）和遠(yuǎn)距點(diǎn)(南、北、上、下)；右:黃道與天赤道的交點(diǎn)（二分）和遠(yuǎn)距點(diǎn)（二至點(diǎn)和無名點(diǎn)）v 三個(gè)基本大圓：地平圈，天赤道，黃道；v 大圓的極點(diǎn)： 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(diǎn)： 天赤道交地平圈：東點(diǎn)和西點(diǎn)； 黃道交天赤道：春分點(diǎn)和秋分點(diǎn)。v 大圓的大距點(diǎn)： 地平圈對(duì)

12、于天赤道：南點(diǎn)和北點(diǎn)； 天赤道對(duì)于地平圈：上點(diǎn)和下點(diǎn)； 黃道對(duì)于天赤道：夏至點(diǎn)和冬至點(diǎn)； 天赤道對(duì)于黃道：無名點(diǎn)。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?yàn)闁|；v距離：只有角距離。圖 天球上的距離圖 球面坐標(biāo)的一般模式由基圈、始圈和終圈構(gòu)成球面三角形二、天球坐標(biāo)q 球坐標(biāo)系的一般模式v 以基圈、始圈和終圈構(gòu)成一球面三角形；v 縱坐標(biāo)即緯度；v 橫坐標(biāo)即經(jīng)度。q 兩大類天球坐標(biāo)系v 右旋坐標(biāo)系：與天球周日運(yùn)動(dòng)（地球自轉(zhuǎn)）聯(lián)系，向西；v 左旋坐標(biāo)系：與太陽周年運(yùn)動(dòng)（地球公轉(zhuǎn)）聯(lián)系，向東。q 地平坐標(biāo)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(diǎn)：基圈：地平圈；原點(diǎn)：南點(diǎn)；始圈：午圈；緯度：高度；經(jīng)度：方位 (0到360度，自南點(diǎn)向西沿地平圈度量）。圖1-14 地平坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)：地平圈上4個(gè)相距90的點(diǎn)：東、南、西、北點(diǎn)；得到子午圈（過南、北點(diǎn)）和卯酉圈（過東、西點(diǎn)）。圖1-15 天體的地平坐標(biāo)：高度和方位q 第一赤道坐標(biāo)系(也稱時(shí)角坐標(biāo)系)v 用途：用于時(shí)間度量；v 圓圈系統(tǒng)：天赤道，子午圈和六時(shí)圈；v 基本要點(diǎn)：基圈：天赤道；原點(diǎn)：上點(diǎn)；始圈：午圈；緯度：赤緯；經(jīng)度：時(shí)角（經(jīng)圈改稱時(shí)圈）自上點(diǎn)沿天赤道向西度量（為使天體的時(shí)角“與時(shí)俱增 ”）。圖 (上) 第一赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個(gè)相距90的點(diǎn)

14、：東、西、上、下點(diǎn)；得到子午圈和六時(shí)圈。圖（下） 天體第一赤道坐標(biāo)系：赤緯和時(shí)角q 第二赤道坐標(biāo)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(diǎn)：基圈：天赤道；原點(diǎn)：春分點(diǎn)；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(diǎn)沿天赤道向東度量，即當(dāng)時(shí)的“恒星時(shí)”）。圖（下） 第二赤道坐標(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。天赤道上4個(gè)相距90的點(diǎn)：二分點(diǎn)和二個(gè)無名點(diǎn)；得到二分圈和二至圈。 圖（上） 天體第二赤道坐標(biāo)系：赤緯和赤經(jīng)q 黃道坐標(biāo)系v 用途：表示日月行星的位置及其運(yùn)動(dòng)；v 圓圈系統(tǒng)：黃道，無名圈（通過春分點(diǎn)的黃經(jīng)圈）和二至圈；v 基本要點(diǎn)：基圈：黃道；原點(diǎn)：春分點(diǎn)；始圈：無名圈；緯度：黃緯；經(jīng)度：黃經(jīng)，自春分點(diǎn)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(biāo)系的圓圈系統(tǒng)。黃道上4個(gè)相距90的點(diǎn)：二分點(diǎn)和二至點(diǎn)；得到無名圈和二至圈。圖（下） 天體的黃道坐標(biāo)系：黃緯和黃經(jīng) 仰極高度天頂赤緯當(dāng)?shù)鼐暥?地平座標(biāo)系和第一赤道坐標(biāo)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(shí)角； 二者的具體差異與當(dāng)?shù)氐木暥扔嘘P(guān)； 仰極高度體現(xiàn)地平系統(tǒng)與第一赤道向系統(tǒng)的關(guān)系。 第二赤道坐標(biāo)系和黃道坐標(biāo)系：赤經(jīng)和黃經(jīng)都向東度量：有共同的原點(diǎn)（春分點(diǎn)）。但第一赤道坐標(biāo)系以天赤道為基圈，春分圈為始