物理大地測量學
正文
大地測量學的主要分支之一，研究用物理方法測定地球形狀及其外部重力場的學科。又稱大地重力學。物理大地測量學同空間技術、地球物理學和地質學等學科有著密切的聯繫。它為計算人造地球衛星和遠程彈道飛彈等空間飛行器的運行軌道，提供精確的地球形狀及其外部重力場的數據；還為地球物理學和地質學提供有關地球內部構造和局部特徵的信息。
簡史 18世紀中葉以前，人們是單純採用幾何大地測量方法測定地球形狀的。1743年法國的A.C.克萊洛在其著作《地球形狀理論》中，假設地球內部處於靜力平衡狀態，地球的質量密度分布是從地球質心向外，隨距離的增加而減小的。在這種假定下，他認為地球的外表面應是一個水準橢球，即橢球表面上各點的重力位相等，從而論證了重力值（物理量）和地球扁率（幾何量）之間的數學關係，這一論證稱為克萊洛定理。這一定理奠定了用物理方法研究地球形狀的理論基礎，形成了物理大地測量學的核心內容。
隨著大地測量觀測精度的提高，發現一些弧度測量的平差結果之間的矛盾遠遠超過了觀測誤差。19世紀初，法國的P.S.拉普拉斯和德國的C.F.高斯、F.W.貝塞爾等都認識到橢球面不足以代表地球表面。1849年，英國的Sir G.G.斯托克斯提出在地球的外重力位水準面上給定重力和重力位，已知地球離心力位，可以求出這個外重力位水準面的形狀和外部重力位，無須對地球內部物質分布作任何假設。但為了求得唯一解，水準面外部不能有質量存在。斯托克斯這個理論是克萊洛定理的進一步發展。1873年,利斯廷(J.B.Listing)提出用大地水準面代表地球形狀，由此可將斯托克斯理論用於研究大地水準面形狀。但實際上由於大地水準面外部存在大陸，所以必須通過重力觀測值的歸算移去這些物質。這將使大地水準面發生形變。並且，要進行正確歸算，必須知道歸算範圍內岩層密度分布的數據，這是一個十分複雜而難以解決的問題。所以歸算問題一直成為經典的斯托克斯理論的障礙。
1945年，蘇聯的M.C.莫洛堅斯基提出了用地面重力觀測來確定地球形狀的理論，從而迴避了長期無法解決的歸算問題。但是仍然存在資料（重力數據）不足的矛盾。在平原或丘陵地區套用經典方法，雖然歸算在理論上不嚴密，但不足以影響大地水準面的計算精度。困難在於莫洛堅斯基理論雖然嚴密，但在高山地區所需要的數據眾多，目前條件下很難滿足。
1964年瑞典的布耶哈默爾(A.Bjerhammer)套用重力延拓方法，1969年丹麥的克拉魯普(T.Krarup)和1973年奧地利的莫里茨(H.Moritz)套用最小二乘法的擬合推估的方法進行解算，初步解決了上述的困難(見地球形狀)。
由於人造地球衛星的出現，人們可以根據衛星軌道攝動理論，利用衛星觀測資料，或綜合利用地面重力測量資料和衛星觀測資料來確定全球性的地球形狀及其外部重力場，從而又豐富了物理大地測量學的內容。
總之，物理大地測量學研究地球形狀的主要任務是套用地面和衛星大地測量所求得的數據，推出與整個地球相適應的橢球面（即地球橢球面），以及以這個橢球面為參考的地麵點位置。
內容 物理大地測量學主要研究以下幾個方面的問題：
①重力位理論 它是利用重力以及同重力有關的衛星觀測資料確定地球形狀及其外部重力場的理論基礎，主要研究重力位函式的數學特性和物理特性。
②地球形狀及其外部重力場的基本理論 它主要是研究解算位理論邊值問題，例如按斯托克斯理論或莫洛堅斯基理論或布耶哈默爾理論等解算，以此推求大地水準面形狀或真正地球形狀和地球外部重力場。
③全球性地球形狀 利用全球重力以及同重力有關的衛星觀測資料，按確定地球形狀及其外部重力場的基本理論，推求以地球質心為中心的平均地球橢球的參數，以此建立全球大地坐標系，並在此基礎上推求全球大地水準面差距、重力異常和重線偏差等。
④區域性地球形狀 按確定地球形狀及其外部重力場的基本理論，採用局部地區的天文、大地和重力資料，將含有地球重力場影響的地面各種大地測量數據（如天文經緯度、方位角、水平角、高度角、距離和水準測量結果）歸算到局部大地坐標系中，以此建立國家大地網和國家水準網。
此外，還有外部重力場的延拓問題。
發展趨勢 物理大地測量學沿用傳統的天文、大地和重力測量方法的觀測手段和觀測結果，已不能滿足研究地球形狀和外部重力場的全球結構的需要。採用新的衛星觀測方法，例如衛星雷達測高法,衛星-衛星跟蹤技術，以及衛星重力梯度測量等，則可以提供更多的觀測資料，彌補地面觀測資料的不足。另外，由於地球並非剛體，而是帶有一定粘滯性的彈性體，它在各種內力和外力的作用下處於運動狀態，因此只有研究和探測地球外部重力場隨時間的變化，才能為研究地球的動力效應提供必要的觀測數據。物理大地測量學的研究同衛星大地測量學、動態大地測量的關係日益密切。
參考書目
方俊：《重力測量與地球形狀學》，上、下冊，科學出版社，北京，1965、1975。
