物理大地测量学

课程编码：081601M04003H 英文名称：Physical Geodecy 课时：62 学分：4.00 课程属性：专业核心课 主讲教师：陆洋等

本课程为测绘科学与技术学科硕士和博士研究生的专业基础课，也可作为地球物理学各学科专业、天文学、空间科学、海洋学、大气学、遥感学、水文学以及其它相关专业或交叉专业研究生的学科基础课或选修课。
物理大地测量学也称理论大地测量学，研究用物理方法和数学手段确定地球形状和外部引力场及其变化的理论和方法，是构成现代大地测量学科体系的重要支柱。物理大地测量学与空间技术、地球物理学、地球动力学、地质学、海洋学等学科有着密切的联系，它为精密确定人造地球卫星等其它空间飞行器的运行轨道，提供精确的地球形状及其外部引力场的计算方法；为地球物理学和地质学提供有关地球内部构造和局部特征的理论模拟以及约束信息；为大气和海洋学以及水文学和冰冻圈等研究提供精密大地水准面以及海洋、大气、地表可见和不可见的质量变化和迁移信息资料以及响应。随着卫星重力、卫星测高等空间测量技术的迅速发展，赋予了物理大地测量学新的内涵，使之能在更深层次上参与解决地球科学以及空间科学面临的重大科学问题。
通过本课程的学习，使学生系统了解物理大地测量基本概念、研究内容及主要应用领域，掌握确定地球形状及地球外部引力场的理论和方法，了解研究物理大地测量学的现代理论、方法和技术，以及与其他学科交叉和渗透研究内容，并了解国际上该领域研究的最新进展和前沿问题，为进一步研究地球科学相关问题打下坚实的理论基础。

高等数学

第一章 引论与概述 3.0学时 陆洋
第1节 物理大地测量学的基本概念及其任务
第2节 确定地球的形状及外部重力场
第3节 物理大地测量学与其它学科的关系及应用
第4节 物理大地测量学的发展历史
第5节 物理大地测量学有关问题的研究介绍
第6节 常用的地球坐标系统简介
第7节 球面三角形、立体角有关基本公式
第二章 位论基础 12.0学时 陆洋
第1节 引力和引力位
第2节 质体的位和引力
第3节 单层位
第4节 双层位
第5节 引力位的基本性质
第6节 拉普拉斯方程和布阿桑方程
第7节 高斯和格林积分公式
第8节 调和函数及性质
第9节 球谐函数
第10节 距离倒数的展开式
第11节 球外调和函数的径向导数
第12节 椭球坐标和椭球谐函数
第13节 位理论的边值问题
第三章 地球重力场
第1节 地球重力与重力位 1.0学时 陆洋
第2节 地球引力位的球谐函数展开 1.0学时 陆洋
第3节 低阶谐函数及矩的概念 0.5学时 陆洋
第4节 水准面和铅垂线 0.5学时 陆洋
第5节 大地水准面的概念 0.5学时 陆洋
第6节 地球的自然坐标 0.5学时 陆洋
第7节 地球的正常重力场 2.0学时 陆洋
第8节 地球扰动重力场 2.5学时 陆洋
第9节 地球内部重力的计算 0.5学时 陆洋
第10节 地球重力场探测技术、重力测量设备 1.5学时 王勇
第11节 重力测量新技术、新发展及应用 1.5学时 王勇
第四章 斯托克斯理论确定地球形状及其外部重力场 9.0学时 陆洋
第1节 斯托克斯理论
第2节 球近似与椭球改正
第3节 物理大地测量基本方程式与布隆斯公式
第4节 扰动重力场的球谐函数表达式
第5节 地球外部的重力异常
第6节 斯托克斯公式
第7节 垂线偏差计算-范宁梅尼兹公式
第8节 重力的垂直梯度，归化到大地水准面的空间改正
第9节 积分式的实用计算
第10节 重力值归算
第11节 间接影响
第五章 高程系统及物理解释 3.0学时 鲍李峰
第1节 重力位差与水准高程测量
第2节 位基数和力高
第3节 正高
第4节 正常高
第5节 高程系统的比较
第6节 大地高程与椭球投影
第六章 莫洛金斯基理论确定地球形状及外部重力场 4.0学时 陆洋
第1节 莫洛金斯基理论和方法
第2节 似大地水准面和高程异常
第3节 莫洛金斯基积分方程
第4节 地面垂线偏差
第5节 莫洛金斯基解与斯托克斯解的比较
第6节 解算地球形状的其它方法
第七章 物理大地测量中的数理统计简介 2.0学时 陆洋
第1节 协方差函数-协方差及协方差函数
第2节 协方差函数的球谐函数展开式
第3节 阶方差模型
第4节 重力异常的内插和外插
第5节 估算方法的精度，最小二乘法估算
第6节 误差传播，球谐函数的精度
第7节 从重力异常计算大地水准面起伏的精度
第8节 平均重力异常值的精度
第八章 地球的外部重力场 3.0学时 鲍李峰
第1节 外部正常重力的闭合公式
第2节 外部正常重力的级数展开式
第3节 确定扰动重力的直接方法(∆g)
第4节 确定扰动重力的表层法(∆g、N)
第5节 扰动重力的向上延续法
第6节 地球外部重力异常
第7节 重力异常向下延拓的迭代法
第8节 其它考虑
第九章 卫星测高基础 6.0学时 鲍李峰
第1节 海平面高度有关的几个曲面
第2节 星测高发展、测高应用、未来任务
第3节 卫星测高基本工作原理
第4节 雷达卫星测高数据的预处理
第5节 卫星测高确定海洋大地水准面的基本方法
第6节 卫星测高反演海洋重力场基本方法
第十章 卫星重力学初步 3.0学时 鲍李峰
第1节 卫星观测恢复地球重力场技术简介
第2节 卫星技术恢复重力场的原理和方法的理解
第3节 卫星大地测量坐标与时间系统简介
第4节 二体问题
第5节 人造卫星的轨道、用轨道根数计算卫星位置和速度
第6节 卫星摄动运动
第7节 地球引力场摄动位的轨道根数表示式
第十一章 时变重力场与卫星重力技术 3.0学时 陆洋
第1节 时变重力场的理论描述不表达形式
第2节 时变重力场问题：3D质体和2D球壳
第3节 卫星重力测量技术简介、作用及意义
第4节 确定地球时变重力场的基本方法
第5节 卫星重力场反演地球质量变化
第6节 全球水文模式的卫星重力验证与评估
第十二章 考试 2.0学时 陆洋
第1节 习题讲解、课堂讨论

陆洋：中国科学院测量与地球物理研究所研究员。1982年武汉测绘学院大地测量专业,获工学学士学位.1990年中国科学院测量与地球物理研究所，固体地球物理专业，获理学硕士学位.1997年中国科学院测量与地球物理研究所，固体地球物理专业，获理学博士学位.
1997.10-1998.10：Institute of Physical Geodesy Technical Univ. Darmstadt, Germany，高级访问学者
2002.05- 2002.08：Dept of Geospatial Science, The RMIT University, Australia，合作研究 长期从事大地测量理论研究和技术应用，涉及空间大地测量方法与技术、地球重力场、大地水准面、卫星重力和海洋卫星测高等研究与应用领域。先后主持和参加完成国家自然科学基金、国家科技部863项目、中科院创新项目等十多项部级以上科研项目。在国内外学术刊物和重要国际会议发表论文百余篇。在地球重力场模型研究理论和方法研究取得了一系列重要的具有特色的研究成果。较早开展海洋卫星测高研究，在卫星测高理论研究、数据处理及应用方面有较多积累。目前重点开展重力反演质量变化理论及方法、南极冰盖质量变化综合研究、时变重力场模型构建。
主要研究领域和研究方向：物理大地测量理论及应用、卫星测高、大地水准面、冰川质量变化、卫星重力应用、海平面变化及海洋流场等。

鲍李峰：中国科学院测量与地球物理研究所研究员，2000年获武汉大学大地测量专业学士学位；2005年中国科学院测量与地球物理研究所获博士学位，获中国科学院院长奖学金特别奖。2013年任测地所研究员、国科大岗位教授。现任大地测量与地球动力学国家重点实验室副主任。主要研究方向：卫星测高数据处理与应用、高程基准与重力基准、多传感水下定位于导航、地球重力场理论。

王勇：中国科学院测量与地球物理研究所研究员，1985年武汉大学获大地测量专业学士学位；1987年国家地震局地震研究所，获硕士学位；1995年中国科学院测量与地球物理研究所获博士学位。1998.01-1999.9 年德国Darmstadt技术大学高级访问学者。现任中科院测地所、武汉数学与物理研究所副所长。主要研究方向：地球形变场、地球重力场与内部物理、重力辅助导航。