重力等位面

工程技术学术语

重力等位面是指连结重力位相同点所构成的面，它处处与重力的方向垂直，所以也称为水平面或水准面。

重力

由于地球的吸引而使物体受到的力，叫做重力。方向总是竖直向下，不一定是指向地心的（只有在赤道和两极指向地心）。地面上同一点处物体受到重力的大小跟物体的质量m成正比，同样，当m一定时，物体所受重力的大小与重力加速度g成正比，用关系式G=mg表示。通常在地球表面附近，g值约为9.8N/kg，表示质量是1kg的物体受到的重力是9.8N。（9.8N是一个平均值；在赤道上g最小，g=9.79N/kg；在两极上g最大，g=9.83N/kg。N是力的单位，字母表示为N，1N大约是拿起两个鸡蛋的力）

重力并不等于地球对物体的引力。由于地球本身的自转，除了两极以外，地面上其他地点的物体，都随着地球一起，围绕地轴做近似匀速圆周运动，这就需要有垂直指向地轴的向心力，这个向心力只能由地球对物体的引力来提供，我们可以把地球对物体的引力分解为两个分力，一个分力F1，方向指向地轴，大小等于物体绕地轴做近似匀速圆周运动所需的向心力；另一个分力G就是物体所受的重力。其中（w为地球自转角速度，r为物体旋转半径），可见F1的大小在两极为零，随纬度减少而增加，在赤道地区为最大F1max。因物体的向心力是很小的，所以在一般情况下，可以近似认为物体的重力大小等于万有引力的大小，即在一般情况下可以略去地球转动的影响。其中引力的重力分量提供重力加速度，引力的向心力分量提供保持随地球自转的向心加速度。

重力大小可以用测力计测量，静止或匀速直线运动的物体对测力计的拉力或压力的大小等于重力的大小。

重力等位面简介

又称“重力等势面”。连结重力位相同点所构成的面，称为重力等位面。它处处与重力的方向垂直，所以也称为水平面或水准面。重力等位面有无限多，将其中与静止海洋面完全重合的重力等位面称为大地水准面。由于地球表面70%多的面积被海水所覆盖，故通常是以静止的海洋面延伸到各个大陆之下所形成的封闭曲面，作为地球的基本形状。因此，研究地球形状的问题实际上是研究重力等位面的形状之一，也就是研究大地水准面形状的问题。

经典重力等位面

大地水准面是由静止海水面并向大陆延伸所形成的不规则的封闭曲面。大地水准面或似大地水准面是获取地理空间信息的高程基准面。它是经典重力等位面，即物体沿该面运动时，重力不做功（如水在这个面上是不会流动的）。大地水准面是描述地球形状的一个重要物理参考面，也是海拔高程系统的起算面。大地水准面的确定是通过确定它与参考椭球面的间距--大地水准面差距（对于似大地水准面而言，则称为高程异常）来实现的。大地水准面和海拔高程等参数和概念在客观世界中无处不在，在国民经济建设中起着重要的作用。

大地水准面是测绘工作中假想的包围全球的平静海洋面，与全球多年平均海水面重合，形状接近一个旋转椭球体，是地面高程的起算面。

随着大地测量学科的发展,确定大地水准面的研究已经有一个多世纪,特别是近半个世纪来,随着卫星大地测量和相关地学学科的发展,这一领域的研究日趋活跃,确定一个高分辨率高精度的全球大地水准面已成为本世纪大地测量学科发展带有全局性的战略目标。

地震的影响

众所周知，地震的发生也就是地应力逐渐积累和释放的过程。一般认为，在地震前由于地应力的作用，在应变积累过程中，会引起地下物质密度和体积的变化，从而导致重力等位面形状的变化，即重力等位面的弯曲（曲率）变化和水平面的倾斜（梯度）变化。对孕震过程中这些形变、应变及位移变化的理论研究发展很快，己在弹性介质中硬包体孕震模型的基础上，提出了流变介质中包体孕震模型的理论。郑洪等提供的重力等位面观测资料既映证了上述理论，又为研究唐山大地震的前兆机理，特别是重力场的异常变化提供了依据，并进一步验证了唐山大地震前出现流动重力正常年变化被破坏、潮汐因子产生趋势性缓慢下降这一异常的真实性。郑洪等对平谷台运用扭秤观测获得的连续可靠、时间长达8年之久的高精度重力位2次偏微商的水平梯度分量和曲率分量进行分析后，认为强震前重力等位面的弯曲程度异常变化，要大于重力等位面上的倾斜异常变化。这一认识从王贵宣等在研究唐山地震前的西集台重力位2次偏微商的变化中也得到证实，即唐山地震前观测到异常期间，除梯度矢量G值变化很小外，曲率值R（K）有明显变化。

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