第四节地理坐标

1、第四节 地理坐标一、 经线和纬线1、地理定位的需要地球:大地是一个球体.地轴:地球自转是绕着中间的一根轴在转,这根轴就是地轴.两极:地轴通过地心,它同地面相交的两个端点,就是地球的两极,北面为 北极,南面为南极.纬线(parallel)：一切垂直于地轴的平面同地面相割而成的圆,都是纬线. 纬线相互平行，大小不等,都是圆. 赤道(equator):垂直于地轴,且通过地心的平面与地面相割而成的圆, 叫赤道. 是纬线中唯一的大圆，将地球分为南北半球,是地理坐标系的横轴.经线(meridian)：一切通过地轴的平面同地面相割而成的圆,都是经圈.经圈都是大圆,经圈在南北两极相交，并被等分为两个半圆,每个

2、半圆叫经线.大小相同；经线在南北两极相交,大小相等,都是半圆.本初子午线(prime meridian)，通过英国格林尼治天文台的经线（1884年确定）是地理坐标系的纵轴.二直线相交于一点，每一地点都可看作特定的经线和纬线的交点。2、经线和纬线都是地面上的圆： 大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心； 小圆：大圆以外的圆。 每一条经线通过所有的纬线;每一条纬线也通过所有的经线,而且相互垂直. 经线和纬线 纬线平面垂直于地轴,经线平面都通过地轴英国Greenwich天文台,现为天文博物馆天文台内展出早期的天文望远镜、星象图和天文钟等脚跨东西半球, 即通过Greenwich 天文台的本初子午线(

3、0经线)。3、地球上的方向：方向:通常指地平方向.即地平圈上的东西南北四正点,代表地平方向的东西南北四正向.我国古代用十二地支表示地平方向.子午:南北卯酉:东西南北方向（经线方向），有限方向； 东西方向（纬线方向），无限方向；理论上亦东亦西；实际上非东非西。东:地球自转方向向东, 在北半球看呈逆时针方向,在南半球看呈顺时针方向.西:相反的方向是向西地球自转方向向东。在北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方向。地球上的方向与地球自转我国传统上把正午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；东西方向与地球自转相联系；判断：右手定则，右手大拇指伸出，其余四指弯曲，大拇指指向天北极

4、，其余四指弯曲的方向为自西向东的方向。在用时针的方向表述地球自转方向时，必须明确观测者是立足于哪个半球观测地球自转的。4、地球上的距离 因地球是一个球面，两点之间的距离实际上是角距离，通常用海里表示。角距离和线距离相互联系。海里：经线1分的弧长；赤道的周长：60海里360=21 600海里。公里：经线1分的弧长（把圆周分为400度，1度100分）；赤道的周长：100公里400=40000公里。经度1为60海里，约折合111km。 两地间弧分数=其长度的海里数，由此推出经线的全长：60海里180=10 800海里；1、经度和纬度是经线和纬线的“编号”，本身代表一种角度。2、纬度：一地相对于赤道平

5、面的南北方向和角度； 纬度是一线面角，即本地法线与赤道平面的交角 纬度在本地经线上度量，南纬(S)北纬(N)各分90度。 注:我们这里所指的纬度实际上是大地纬度.大地纬度:地球参考椭球体上点M的法线与赤道面的夹角.天文纬度:过地面点M的铅垂线与赤道面的夹角.地心纬度:地面上M点向径(地心到该点的连线)与赤道面的 夹角.纬度的度量:在本地经线上度量,以赤道面为起点面,所在点为终止点.一地的纬度,就是这个地点相对于赤道面的南北方向和角距离.3、 经度：是本地子午面与本初子午面的夹角.(两面角)经度是两面角，本初子午面为起始面；本地子午面为终面；经度的度量:通常在赤道上度量，本初子午线以东叫东经(E

6、),以西叫西经(W),东西经各分180度。一地的经度,就是这个地点所在的子午面,相对于本初子午面的方向与角距离.注:东西半球划分以20w-160E为界,20w以东,160E以西为东半球;20w以西,160E以东为西半球.经度和纬度 纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角； 经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。三 经（纬）度与经（纬）线的关系 经度和纬度用来区分不同的经线和纬线；经线即等经度线，纬线即等纬度线。经线的间隔随纬度增大而减小四、 地理座标 标志一个地点在地面上的特定位置，叫做该地的地理座标；地理坐标系:度量全球各地的地理坐标的统一的制度.地理坐标系的组成:横轴 赤道(是纬

7、度度量的自然起点) 纵轴 本初子午线(是经度度量的人为起点)原点赤道与本初子午线的交点书写时：先纬度，后经度；数字在先，符号在后。例如：北京（39 57N,116 E）一 天球和天穹 1、 天球：以任意点为球心，以无限长为半径的假想球体，表示天体视运动的辅助工具。分地心天球和日心天球。2、天穹：能直接观测到的地平以上的半个球形的天空.天球的视位置：我们看到的天体在天球上的位置.天球的视运动：我们看到的天体在天球上的运动.天球的周日运动：指天球以相反的方向（向西）和相同的日期（1日）运动，这种视运动叫做天球周日运动.北极星：紧靠天北极有一颗较明亮的恒星，为北极星.周日圈：天体周日运动的路线.太阳

8、周日运动：太阳以相同的方向（向东）和周期（1年）在众星间巡天一周，这叫太阳周年运动，其视行路线称为黄道.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。太阳周年运动方向向东(与地球公转方向相同),其视行路线被称为黄道。太阳同时参与两种相反的运动：由于地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日转一周；由于地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周；从而也可以理解为太阳的周日运动落后于恒星。中天：天体过子午圈的位置，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：天体达到最高的地平高度.（位于天北极南方）下中天：天体达到最低的地平高度.（位于天北

9、极北方） 秋分点春分点夏至点冬至点春：中天狮子 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。由夜半中星的变化间接推出太阳周年运动。图 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。 3、天球上的圆和点 圆：指天球坐标系中三个基本大圆（地平圈 天赤道 黄道） 点：各大圆的极点（地平圈 ：天顶 天底 天赤道：天北极 天南极 黄道：黄北极 黄南极） 各大圆交点：东点 西点 （地平圈与天赤道 相交） 春分点 秋分点（天赤道与黄道相交） 远距点：南点 北点 上点 下点（

10、地平圈 天赤道 ） 冬至点 夏至点 无名点（黄道 天赤道 ） （1）、地平圈；天赤道；黄道 地平圈：是通过地心且垂直于当地铅垂线的平面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。 它把天球分成可见部分和不可见部分。 天赤道：地球赤道平面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆，把天球分成南北两半球。（唯一） 黄道：地球公转轨道平面无限扩大，同天球相割而成的天球大圆。 （唯一） （2）、大圆的极点： 地平圈两极：天顶（Z）和天底（Z） 天赤道的两极：天北极（P）和天南极 （P） 黄道的两极：黄北极（K）和黄南极（K ） （3）、大圆的交点： 天赤道交地平圈：东点（E）和西点（W） 黄道交天赤道：春分点（ ）和

11、秋分点（） （4）、大圆的大距点： 地平圈对于天赤道：南点（S）和北点（N） 天赤道对于地平圈：上点（Q）和下点（Q ） 黄道对于天赤道：夏至点（）和冬至点（） 天赤道对于黄道：无名点 q 天球上的圆和点图 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（二至点和无名点）v 三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；v 大圆的极点： 地平圈两极：天顶和天底； 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。v 大圆的交点： 天赤道交地平圈：东点和西点； 黄道交天赤道：春分点和秋分点。v 大圆的大距点： 地平圈对

12、于天赤道：南点和北点； 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； 天赤道对于黄道：无名点。q 天球上的方向和距离v方向：地球上方向的延伸；v东西方向：俯视，逆钟向为东；v距离：只有角距离。图 天球上的距离图 球面坐标的一般模式由基圈、始圈和终圈构成球面三角形二、天球坐标q 球坐标系的一般模式v 以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；v 纵坐标即纬度；v 横坐标即经度。q 两大类天球坐标系v 右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，向西；v 左旋坐标系：与太阳周年运动（地球公转）联系，向东。q 地平坐标系v 用途：表示天体在天空中的高度和方位；v 圆圈系统：地平圈，子午

13、圈，卯酉圈；v 基本要点：基圈：地平圈；原点：南点；始圈：午圈；纬度：高度；经度：方位 (0到360度，自南点向西沿地平圈度量）。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q 第一赤道坐标系(也称时角坐标系)v 用途：用于时间度量；v 圆圈系统：天赤道，子午圈和六时圈；v 基本要点：基圈：天赤道；原点：上点；始圈：午圈；纬度：赤纬；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“与时俱增 ”）。图 (上) 第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点

14、：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。图（下） 天体第一赤道坐标系：赤纬和时角q 第二赤道坐标系v 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；v 基本要点：基圈：天赤道；原点：春分点；始圈：春分圈；纬度：赤纬；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“恒星时”）。图（下） 第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4个相距90的点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。 图（上） 天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经q 黄道坐标系v 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（通过春分点的黄经圈）和二至圈；v 基本要点：基圈：黄道；原点：春分点；始圈：无名圈；纬度：黄纬；经度：黄经，自春分点沿黄道向东度量（为使太阳的黄经“与日俱增”）。图（上） 黄道坐标系的圆圈系统。黄道上4个相距90的点：二分点和二至点；得到无名圈和二至圈。图（下） 天体的黄道坐标系：黄纬和黄经 仰极高度天顶赤纬当地纬度 地平座标系和第一赤道坐标系； 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； 二者的具体差异与当地的纬度有关； 仰极高度体现地平系统与第一赤道向系统的关系。 第二赤道坐标系和黄道坐标系：赤经和黄经都向东度量：有共同的原点（春分点）。但第一赤道坐标系以天赤道为基圈，春分圈为始