大地水準面

大地水準面  是指地球重力場中 ， 與處於自由靜止狀態的平均海水面相重合或最爲接近的重力等位面 。 這一概念最早由德國大地測量學家卡爾 · 弗里德里希 · 高斯在1828年提出 。 當時 ， 高斯以 “ 地球的數學表面 ” 來指稱與重力方向相垂直 、 且與靜止的平均海水面相重合的幾何表面 ， 並提出將其作爲高程系統的基準面 。 其後 ， 高斯的學生利斯廷於1873年創造出了 “ Geoid ” 一詞 ， 用以描述高斯所提出的數學表面 。 在大地測量學中 ， 大地水準面被視作是地球的物理形狀和數學形狀 。 由於自然的地形表面形態過於複雜 ， 大地測量學通常是將重力場中整體形狀與地形表面最爲接近的等位面作爲地球的形狀進行研究 。 處於靜力平衡狀態下的平均海水面被視作是符合這一標準的重力等位面 ， 這一假想的海水面不受潮汐 、 風浪及大氣壓的變化影響 ， 僅在地球引力和因地球自轉產生的離心慣性力的作用下保持平衡 。 將該平均海水面所處的重力等位面延伸到陸地內部 ， 形成的閉合曲面即爲大地水準面 ， 其所包圍的形體又被稱爲大地體 。 1849年 ， 英國物理學家斯托克斯提出了計算大地水準面的斯托克斯方法 ， 使大地水準面的形狀能夠通過其整個表面上的重力觀測值確定 。 但在傳統的大地測量中 ， 通過大範圍的重力觀測 ， 以及對這些重力觀測值進行積分而求得大地水準面的方式遇到了諸多困難 。 隨着20世紀中後期衛星重力測量等技術逐漸發展成熟 ， 採用球諧級數表達的地球重力場模型逐漸成爲了描述大地水準面的主要方式 ， 全球尺度下的大地水準面也得以以分米級的精度測定 。 莫洛堅斯基 、 布耶哈馬等大地測量學家 ， 亦在斯托克斯方法的基礎上提出了通過地面測量技術確定大地水準面的新方法 。 大地水準面是測量外業所依據的基準面 ， 在測量學中具有重要地位 。 在各類高程系統中 ， 日常中稱爲海拔高程的正高系統是基於大地水準面建立的 。 如何確定大地水準面的形狀 ， 是物理大地測量學研究的關鍵問題之一 。