地球科學(xué)概論課件

地球科學(xué)概論OutlineOfEarthScience劉因合肥工業(yè)大學(xué)地球科學(xué)概論OutlineOfEarthScie第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量緯線——垂直于自轉(zhuǎn)軸的平面與地面的交線稱為緯線，分北緯和南緯，赤道為0°，兩極為90°。經(jīng)線——包含自轉(zhuǎn)軸的平面稱為子午面，子午面與地球表面的交線稱為經(jīng)線（子午線），分東經(jīng)和西經(jīng)，各180°，通過格林尼治天文臺(tái)的經(jīng)線（本初子午線）為0°。用經(jīng)度和緯度構(gòu)成的坐標(biāo)系稱為地理坐標(biāo)系，也稱大地坐標(biāo)系，可以表示地球表面任何一點(diǎn)的平面位置。1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量緯線——垂直于自轉(zhuǎn)軸的平面與地面1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量地球表面不是一個(gè)光滑的圓球面，因此在大地測(cè)量中，用一個(gè)旋轉(zhuǎn)橢球面擬合地球表面，這個(gè)橢球稱為地球橢球。采用不同的橢球，有不同的大地坐標(biāo)系。我國(guó)目前常用的有1954北京坐標(biāo)系，1980國(guó)家（西安）坐標(biāo)系，WGS-84坐標(biāo)系。我們通常使用的地圖是平面的，是用數(shù)學(xué)方法將地球表面的點(diǎn)投影到平面上得到的。有多種不同的投影方法。例如，我國(guó)的中、大比例尺地形圖多采用高斯—克呂格投影，全國(guó)地圖常用蘭勃特投影。1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量地球表面不是一個(gè)光滑的圓球面，因1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量全球定位系統(tǒng)（GPS）使測(cè)量地理位置變得極為方便，目前精度已達(dá)米至厘米級(jí)。1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量全球定位系統(tǒng)（GPS）使測(cè)量地理第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●地球的自轉(zhuǎn)地球自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)的方向都是自西向東，從北極上空向下看為逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。地理北極和南極——地球自轉(zhuǎn)軸與地面的交點(diǎn)。赤道面——通過地心且垂直于自轉(zhuǎn)軸的平面。赤道——赤道面與地面的交線。地球自轉(zhuǎn)周期——太陽(yáng)日為24小時(shí)，恒星日為23小時(shí)56分4秒。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●地球的自轉(zhuǎn)地球科學(xué)概論課件2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●時(shí)差地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生晝夜變化，世界各地晝夜不同時(shí)。古時(shí)世界各地的日期和時(shí)間是不同的?，F(xiàn)在世界各地都用公元紀(jì)年和世界時(shí)作為計(jì)算日期和時(shí)間的統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。但是，由于習(xí)慣，各地的人們都認(rèn)為還是使用根據(jù)當(dāng)?shù)氐娜粘鋈章鋪?lái)確定的地方時(shí)比較好。為了解決各地時(shí)間不一致的問題，人們規(guī)定了時(shí)區(qū)和國(guó)際日期變更線。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●時(shí)差2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●時(shí)差將全球分為24個(gè)理論時(shí)區(qū)，每個(gè)時(shí)區(qū)的中央經(jīng)線相差15°，地方時(shí)相差1小時(shí)，以中央經(jīng)線的地方時(shí)作為該時(shí)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱為區(qū)時(shí)。由于行政管理的需要，時(shí)區(qū)的界線照顧到國(guó)家或地區(qū)的疆界，各國(guó)有自己的規(guī)定。例如，中國(guó)國(guó)土跨東５區(qū)到東９區(qū)，但全國(guó)都用東８區(qū)的中央經(jīng)線的地方時(shí)作為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，稱為北京時(shí)間。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●時(shí)差地球科學(xué)概論課件2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●國(guó)際日期變更線由于地球自轉(zhuǎn)，世界各地進(jìn)入新的一天的時(shí)間有先有后。習(xí)慣上各地都以午夜０點(diǎn)作為新的一天的開始。當(dāng)北京為當(dāng)?shù)貢r(shí)間８點(diǎn)，倫敦為當(dāng)?shù)貢r(shí)間０點(diǎn)，倫敦在北京西面，比北京晚見到日出，可以說(shuō)倫敦時(shí)間比北京時(shí)間晚８?jìng)€(gè)小時(shí)。此時(shí)惠靈頓時(shí)間為12點(diǎn)，惠靈頓在北京東面，可以說(shuō)惠靈頓時(shí)間比北京時(shí)間早４個(gè)小時(shí)。此時(shí)溫哥華時(shí)間為16點(diǎn)，如果認(rèn)為溫哥華在惠靈頓的東面，更早見到日出，那么溫哥華時(shí)間比北京時(shí)間早８?jìng)€(gè)小時(shí)，是當(dāng)天的下午；如果認(rèn)為溫哥華在倫敦的西面，更晚見到日出，那么溫哥華時(shí)間比北京時(shí)間晚16個(gè)小時(shí)，是前一天的下午。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●國(guó)際日期變更線2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●國(guó)際日期變更線顯然，必須規(guī)定一條東、西方的界線，這就是國(guó)際日期變更線。人為規(guī)定在這條線的西側(cè)最早見到日出，東側(cè)最晚見到日出，相差24小時(shí)。從西向東跨越國(guó)際日期變更線要將日期退一日，例如星期三變?yōu)樾瞧诙环粗M(jìn)一日。今天在世界各地的人們的日常生活中，時(shí)間用各自的地方時(shí)，日期用同一個(gè)日歷。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●國(guó)際日期變更線2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●科里奧利現(xiàn)象沿南北向運(yùn)動(dòng)的流體，在北半球的運(yùn)動(dòng)方向總是向右偏轉(zhuǎn)，例如河流右岸沖刷較重，浮運(yùn)木材向右岸漂，在南半球則向左偏轉(zhuǎn)。這種偏向力稱為“科里奧利力”。實(shí)際上并不存在這個(gè)力，而是流體因慣性保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，地面因地球自轉(zhuǎn)改變了方向，所以流體的方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)，看上去似乎流體受到一個(gè)力的作用。應(yīng)稱為“科里奧利現(xiàn)象”。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●科里奧利現(xiàn)象2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●科里奧利現(xiàn)象沿東西向運(yùn)動(dòng)的流體也會(huì)發(fā)生科里奧利現(xiàn)象，沿其他方向的運(yùn)動(dòng)可看成南北向和東西向運(yùn)動(dòng)的合成，也存在科里奧利現(xiàn)象。把浴盆里的水放掉時(shí)，大多數(shù)會(huì)出現(xiàn)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的旋渦，就是科里奧利現(xiàn)象。洋流和大氣環(huán)流也存在科里奧利現(xiàn)象。2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象●科里奧利現(xiàn)象NSt1t1t1t1t2t2t2t2

想象一條南北向河流，河床與經(jīng)線平行。在t1時(shí)刻河水流向恰與經(jīng)線平行，到t2時(shí)刻河床隨地球自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，仍然平行于經(jīng)線，但河水因慣性仍保持原來(lái)的流向，于是河水沖向右岸。在南半球則沖向左岸。在赤道附近經(jīng)線是互相平行的，所以不存在科里奧利現(xiàn)象。緯度越高，科里奧利現(xiàn)象越明顯。北半球南半球NSt1t1t1t1t2t2t2t2想象第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢●地球與月球的關(guān)系月球半徑為1738km，質(zhì)量為7.35×1022kg，密度3.34。月面引力是地面引力的1/6。無(wú)大氣和水，無(wú)磁場(chǎng)。地月距離為384401km，是地球半徑的60倍。月球繞地球公轉(zhuǎn)的周期——朔望月約為29.5日，恒星月約為27.3日。月球的自轉(zhuǎn)周期與公轉(zhuǎn)周期相同，方向也相同，所以總是一面朝向地球。3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢●地球與月球的關(guān)系地球科學(xué)概論課件3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢●地球與月球的關(guān)系月球?qū)Φ厍虻囊π纬珊Ｑ蟪毕凸腆w潮，固體潮是地殼彈性變形，升降幅度可達(dá)7~15cm。潮汐摩擦使地球自轉(zhuǎn)速度減慢，化石表明4億年前的一年有400日。地球自轉(zhuǎn)減慢使地殼運(yùn)動(dòng)變得比較平緩。3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢●地球與月球的關(guān)系地球科學(xué)概論課件第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量2地球自轉(zhuǎn)與時(shí)差和科里奧利現(xiàn)象3月球、潮汐和地球自轉(zhuǎn)變慢4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)第二章地球的天體運(yùn)動(dòng)1地理坐標(biāo)系和大地測(cè)量4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)地球公轉(zhuǎn)軌道為一橢圓，目前的偏心率（焦點(diǎn)距與長(zhǎng)軸之比）為1/60。黃道——地球公轉(zhuǎn)軌道平面稱為黃道面，黃道面與天球的交線稱為黃道。黃赤交角——赤道面與黃道面的夾角，在緩慢變化，2000年為23°26′21.42″。4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)太陽(yáng)回歸運(yùn)動(dòng)——由于地球自轉(zhuǎn)軸是傾斜的，即存在黃赤交角，所以一年中太陽(yáng)光直射地面的位置是往返移動(dòng)的，最北的位置稱為北回歸線，最南的位置稱為南回歸線，回歸線的緯度等于黃赤交角。陽(yáng)光直射北回歸線的這一天稱為夏至日，直射南回歸線的這一天稱為冬至日。一年中陽(yáng)光兩次直射赤道，分別為春分日和秋分日。太陽(yáng)回歸運(yùn)動(dòng)使不同緯度不同季節(jié)的晝長(zhǎng)不同。4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)地球科學(xué)概論課件不同緯度不同季節(jié)的晝長(zhǎng)不同不同緯度不同季節(jié)的晝長(zhǎng)不同4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)地球公轉(zhuǎn)周期稱為年，按參照系的不同，分為回歸年、恒星年和近點(diǎn)年。地球兩次通過春分點(diǎn)的時(shí)間周期就是回歸年，回歸年的長(zhǎng)度為365.2422太陽(yáng)日?，F(xiàn)在大多數(shù)國(guó)家使用的歷法叫做公歷，屬于歷法中的陽(yáng)歷。陽(yáng)歷的年約等于回歸年，平年有365太陽(yáng)日，閏年有366太陽(yáng)日。公元紀(jì)年能被4整除的年份為閏年，但逢百之年只有能被400整除的才是閏年。4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn)春分點(diǎn)沿黃道逐年后退，中國(guó)古代稱這種現(xiàn)象為歲差。由于歲差，回歸年比恒星年短0.0142太陽(yáng)日。歲差的原因是太陽(yáng)和月球?qū)Φ厍蚍抢硐肭蝮w的攝引導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)軸的進(jìn)動(dòng)，即地軸繞黃軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。歲差周期，即地軸繞黃軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間，為2萬(wàn)年左右。4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●地球的公轉(zhuǎn)4地球公轉(zhuǎn)和米蘭科維奇學(xué)說(shuō)●米蘭科維奇學(xué)說(shuō)南斯拉夫科學(xué)家米蘭科維奇于1920年提出，地球軌道偏心率、地球自轉(zhuǎn)軸傾角、歲差這三個(gè)要素的周期性變化導(dǎo)致地球夏季半年日照量減少，是冰期形成的主要原因。這一假說(shuō)在50年后得到古氣候研究成果的支持，被廣泛接受。