第四课(地理坐标与天球坐标2012913)

1、2010.11.21地球概论地球概论主讲教师：李军主讲教师：李军重庆师范大学重庆师范大学 地理与旅游学院地理与旅游学院地理坐标与天球坐标地理坐标与天球坐标第一节第一节 地理坐标地理坐标第二节第二节 天球坐标天球坐标地理坐标与天球坐标地理坐标与天球坐标 1 1、古代东西方人：天圆地方、古代东西方人：天圆地方 2 2、古希腊：曲面、古希腊：曲面- -远处的船只先看见的是远处的船只先看见的是船桅船桅 3 3、公元前、公元前5 5、6 6世纪：毕达哥拉斯世纪：毕达哥拉斯- -球形球形 亚里士多德亚里士多德- -论证为球体（月食时月球上的论证为球体（月食时月球上的地影为圆）地影为圆） 4 4、15221

2、522年：麦哲伦环球航行确定为球体年：麦哲伦环球航行确定为球体 5 5、1717世纪末：牛顿由理论上推测地球是世纪末：牛顿由理论上推测地球是一个不规则的椭球体。这一论断为今日的一个不规则的椭球体。这一论断为今日的科学所验证。科学所验证。地理坐标与天球坐标地理坐标与天球坐标地球的形状地球的形状地理坐标与天球坐标地理坐标与天球坐标 日常使用的经纬度即是地理坐标，日常使用的经纬度即是地理坐标，它构建于正球体基础上，用来确定它构建于正球体基础上，用来确定地物在地球上的位置。（因此地物地物在地球上的位置。（因此地物的地理坐标与实际有些微的误差。的地理坐标与实际有些微的误差。基于地理研究的需要和方便，地理

3、基于地理研究的需要和方便，地理坐标的建立是把地球近似看作了一坐标的建立是把地球近似看作了一个正球体。）个正球体。）第一节第一节 地理坐标地理坐标经线和纬线经线和纬线方向和距离方向和距离经度和纬度经度和纬度球面坐标模式球面坐标模式地理坐标与天球坐标地理坐标与天球坐标第一节第一节 地理坐标地理坐标v一、一、 地球上的经线和纬线地球上的经线和纬线 地理定位的需要地理定位的需要 二直线相交于一点；二直线相交于一点； 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第一节第一节 地理坐标地理坐标q 经线和纬线都是地球上的圆v 大圆：同一球面上最大的圆，其圆心即为球心；v 小圆：大圆以

4、外的圆。q 纬线(parallel)v 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；v 赤道(equator)：纬线中唯一的大圆，将地球分为南北半球。q经线(meridian)v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，大小相同；v本初子午线：通过英国Greenwich(格林尼治)天文台的0经线（1884年确定）。本初子午线与赤道的交点，位于非洲的几内亚湾）。 图图 经线和纬线经线和纬线纬圈平面垂直于地轴，经圈平面都通过地轴纬圈平面垂直于地轴，经圈平面都通过地轴英国英国GreenwichGreenwich天文台天文台, ,现为天文现为

5、天文博物馆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Greenwich天文台内古老的天文望远镜观察宇宙通过Greenwich 天文台的本初子午线(0经线)。二、二、 地球上的方向和距离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；我国古代用十二地通常指地平方向；我国古代用十二地支表示方向支表示方向v 南北方向（经线方向）；南北方向（经线方向）；v 东西方向（纬线方向）；东西方向（纬线方向）；图图 十二支表示地平方向。其中，子午表示南北，卯酉表示东西。十二支表示地平方向。其中，子午表示南北，卯酉表示东西。q 地球上的

6、方向与地球自转地球上的方向与地球自转v 向北就是向北极，向南就是向南极。向北就是向北极，向南就是向南极。v 向东就是向着地球自转的方向。向东就是向着地球自转的方向。v 在用时针的方向表述地球自转方向时，必须明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。确观测者是立足于哪个半球观测地球自转的。图图 地球自转方向地球自转方向向东。在北半球看，呈向东。在北半球看，呈逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方向。逆时针方向；在南半球看，呈顺时针方向。图图 经纬网的极地俯视图经纬网的极地俯视图左图，俯视北极；右图，俯视南极左图，俯视北极；右图，俯视南极方向的练习方向的练习判断

7、下二图中，、各位于点的什么方向？判断下二图中，、各位于点的什么方向？ N SBACDEABCDEv 1海里海里=经线经线1分的弧长；分的弧长；v 经线的全长：经线的全长：60海里海里180=10 800海里；海里；v 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：也是经线一分的弧长。法国人当公里：也是经线一分的弧长。法国人当时把圆分成时把圆分成400度，度，1度又分度又分100分。分。v 经线经线1度的长度为度的长度为40000KM/360=111.1KMv 华里：经线华里：经线1度的度的1/200q 角距离与线距离的简单换算关系角距离与线距离的简单换算关系q是

8、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q经度：本地子午面与本初子午面的夹角经度：本地子午面与本初子午面的夹角v本初子午线：通过英国格林威治天文台的本初子午线：通过英国格林威治天文台的经线。经线。三、 经度和纬度经度和纬度纬度（纬度（）线面角 度量 方向同一纬线上具有相同的纬度经度（经度（）两面角 度量 方向同一经线上具有相同的经度oNS40 N120EA三、 经度和纬度经度和纬度图图 经度和纬度经度和纬度 纬度是线面角，即本地法线与赤道平面的交角；纬度是线面角，即本地法线与赤道

9、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。经度是两面角，即本地子午面与本初子午面的交角。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。地理坐标地理坐标q 一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理一地的经度和纬度相结合，叫做该地的地理坐标坐标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

10、，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：例：40N, 120EoNSA(40N,120E)A地理坐标地理坐标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约折合约折合111km。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。图图 经度的间隔随纬度增大而减小经度的间隔随纬度增大而减小图图 在墨卡托投影图上的经纬线。经线互相平行，纬线间隔由在墨卡托投影图上的经纬线。经线互相平行，纬线间隔由赤道向两极增大，以致格陵兰岛比南美洲还大。赤

11、道向两极增大，以致格陵兰岛比南美洲还大。四、球面坐标模式四、球面坐标模式o基圈基圈度量纬度的起点，经度也是度度量纬度的起点，经度也是度量它的一段弧量它的一段弧 辅圈辅圈垂直于基圈的大圆垂直于基圈的大圆 纬度纬度球面上任一点相对于基圈球面上任一点相对于基圈的方向和角距离的方向和角距离 经度经度球面上任一点所在辅圈相对于始球面上任一点所在辅圈相对于始圈的方向和角距离圈的方向和角距离 始圈始圈：度量经度的起始面度量经度的起始面原点极极极极第二节第二节 天球坐标天球坐标q 天球天球：以地心或日心为球心：以地心或日心为球心, ,半径为任意的假半径为任意的假想球体，表示天体视运动的辅助工具想球体，表示天体

12、视运动的辅助工具v 是整球；是整球；v 分地心天球和日心天球。分地心天球和日心天球。q 天穹天穹：地平以上的半个天球：地平以上的半个天球v 是半球。是半球。一、一、 天球和天穹天球和天穹天球图示天球图示图图1-7 1-7 天球示意图天球示意图 天球的半径是任意的天球的半径是任意的, ,所有天体所有天体, ,不论多远不论多远, ,都可以在天球都可以在天球上有它们的投影。上有它们的投影。v天穹：天穹：天球的概念天球的概念天球天球：人们所能直接看到的人们所能直接看到的地平以上的半个球形地平以上的半个球形天空。天空。 以地心为球心，以无以地心为球心，以无穷大为半径的假想球穷大为半径的假想球体。体。 天

13、球上的圈和点天球上的圈和点地平圈地平圈天顶天顶天底天底q 二、天球的视运动二、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）旋转日）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。图图 太阳周年运动太阳周年运动方向向东方向向东( (与地球公转方向相同与地球公转方向相同) )，其视行路线被称为黄道。，其视行路线被称为黄道。1地球公转轨道与黄道地球公

14、转轨道与黄道黄道：太阳在天球上作周年视运动的路线。黄道：太阳在天球上作周年视运动的路线。黄 道春：中天狮子春：中天狮子 太阳太阳 飞马飞马夏：天蝎中天夏：天蝎中天 太阳太阳 猎户猎户秋：飞马中天秋：飞马中天 太阳太阳 狮子狮子冬：猎户中天冬：猎户中天 太阳太阳 天蝎天蝎图图 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。的变化间接推出太阳周年运动。v 太阳同时参与两种相反的运动：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，由于地球自转而随同整个天球的运动，方向向西，日转一周；方向向西，日转一周

15、； 由于地球公转而相对于恒星的运动，由于地球公转而相对于恒星的运动，方向向东，年巡天一周。方向向东，年巡天一周。图图 天球的视运动天球的视运动 左：地球公转和太阳周年运动，二者都向东。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。右：地球自转和天球周日运动，前者向东，后者向西。PPv天赤道天赤道春分点秋分点KK夏至点冬至点概念概念天北极、天南极天北极、天南极黄道黄道概念概念黄北极、黄南极黄北极、黄南极与天赤道的交点与天赤道的交点与天赤道的大距点与天赤道的大距点地平圈地平圈天子午圈天子午圈图图 太阳周年运动太阳周年运动图图 天球大圆的交点和远距点天球大

16、圆的交点和远距点 左左: :地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点地平圈与天赤道的交点（东、西）和远距点( (南、北、上、下南、北、上、下) )；右右: :黄道与天赤道的交点（二分）和远距点（二至点和无名点）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，三个基本大圆：地平圈，天赤道，黄道；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

17、地平圈：东点和西点； 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。q 三、天球上的圆和点三、天球上的圆和点v 大圆的大距点大圆的大距点： 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。v方向：地球上方向的延伸；方向：地球上方向的延伸；v东西方向：俯视天北极逆时针方向为东；东西方向：俯视天北极逆时针方向为东；仰视天北极是顺时针方向为向东。仰视天北极是顺时针方向为向东。v距离：只有角距离。距离

18、：只有角距离。q四、四、 天球上的方向和距离天球上的方向和距离图图 天球上的方向天球上的方向图图 天球上的距离天球上的距离图图 球面坐标的一般模式球面坐标的一般模式由基圈、始圈和终圈构成球面三角形由基圈、始圈和终圈构成球面三角形第二节第二节 天球坐标天球坐标v球面坐标系球面坐标系v地平坐标系地平坐标系v第一赤道坐标系第一赤道坐标系v第二赤道坐标系第二赤道坐标系v黄道坐标系黄道坐标系q 球坐标系的一般模式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；以基圈、始圈和终圈构成一球面三角形；v 纵坐标即纬度；纵坐标即纬度；v 横坐标即经度。横坐标即经度。天球坐标天球坐标图图 球面坐标的一般

19、模式球面坐标的一般模式由基圈、始圈和终圈构成球面三角形由基圈、始圈和终圈构成球面三角形q 两大类天球坐标系两大类天球坐标系v 右旋坐标系：与天球周日运动（地球右旋坐标系：与天球周日运动（地球自转）联系，向西；自转）联系，向西；v 左旋坐标系：与太阳周年运动（地球左旋坐标系：与太阳周年运动（地球公转）联系，向东。公转）联系，向东。q 地平坐标系地平坐标系v 用途：表示天体在天空中的高度和方用途：表示天体在天空中的高度和方位；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：

20、午圈； 纬度：高度；纬度：高度； 经度：方位经度：方位 (0(0到到360360度，自南点向西度，自南点向西沿地平圈度量）。沿地平圈度量）。图图 地平坐标系的圆圈系统：地平圈上地平坐标系的圆圈系统：地平圈上4 4个相距个相距9090的点：东、南、西、北点；得到子午圈的点：东、南、西、北点；得到子午圈（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）。（过南、北点）和卯酉圈（过东、西点）。图图1-15 1-15 天体的地平坐标：高度和方位天体的地平坐标：高度和方位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：

21、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）自上点经度：时角（经圈改称时圈）自上点沿天赤道向西度量。沿天赤道向西度量。q 第一赤道坐标系第一赤道坐标系( (也称时角坐标系也称时角坐标系) )图图 第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上第一赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上4 4个相距个相距9090的的点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。点：东、西、上、下点；得到子午圈和六时圈。图图 天体第一赤道坐标系：赤纬和时角天体第一赤道坐标系：赤纬和时角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

22、：天赤道，二分圈和二至圈；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，即当时使春分点沿天赤道向东度量，即当时的的“恒星时恒星时”）。）。q 第二赤道坐标系第二赤道坐标系第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道第二赤道坐标系的圆圈系统。天赤道上上4 4个相距个相距9090的点：二分点和二个的点：二分点和二个无名点；得到二分圈和二至圈。无名点；得到二分圈和二至圈。 天体第二赤道坐标系：赤纬和

23、赤经天体第二赤道坐标系：赤纬和赤经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。黄道坐标系黄道坐标系（上）（上） 黄道坐标系的圆圈系统。黄道黄道坐标系的圆圈系统。黄道上上4 4个相距个相距9090的点：二分点和二至的点：二分点和二至点；得到无名圈和二至圈。

24、点；得到无名圈和二至圈。（下）（下） 天体的黄道坐标系：黄纬和黄经天体的黄道坐标系：黄纬和黄经 测测 试试 题题 举出下列天球大圆的两极：举出下列天球大圆的两极：地平圈地平圈子午圈子午圈天赤道天赤道卯酉圈卯酉圈黄黄 道道六时圈六时圈天顶天顶天底天底东点东点西点西点天北极天北极天南极天南极南点南点北点北点黄北极黄北极黄南极黄南极上点上点下点下点举出下列天球大圆的交点举出下列天球大圆的交点v子午圈与地平圈子午圈与地平圈v子午圈与天赤道子午圈与天赤道v子午圈与卯酉圈子午圈与卯酉圈v天赤道与地平圈天赤道与地平圈v天赤道与黄天赤道与黄 道道南南 点点 北北 点点上上 点点 下下 点点天天 顶顶 天天 底底东东 点点 西西 点点春分点春分点 秋分点秋分点2021-12-14第1章 绪论天球坐标系比较天球坐标系比较地平坐标地平坐标第一赤道坐标第一赤道坐标第二赤道坐标第二赤道坐标黄道坐标黄道