地球重力场
| 英文 | Earth's Gravity Field |
|---|---|
| 组成 | 引力 + 离心力 |
| 数学描述 | 重力位、重力矢量 |
| 测量单位 | 伽 (Gal)、毫伽 (mGal) |
地球重力场（Earth's Gravity Field）是指地球对其表面及外部空间中所有物体产生的力的作用场。它由两部分组成：地球整体质量产生的引力和地球自转产生的离心力。
重力场是物理大地测量学的核心研究对象，精确了解地球重力场对于大地水准面确定、卫星轨道精密定轨、地球物理研究、资源勘探和国防安全等领域都至关重要。
重力与引力
- 引力：遵循牛顿万有引力定律，是地球质量产生的向心吸引力，方向大致指向地心。
- 离心力：由地球自转产生，其方向垂直于自转轴向外。
- 重力：是引力和离心力的矢量和。因此，重力的方向（即铅垂线方向）通常不直接指向地心，而略有偏移（在赤道处偏移最大，两极处为零）。
重力场的数学描述
重力位 (W)
为了方便研究，通常引入一个标量函数——重力位（W）来描述重力场。重力是重力位的梯度，即：
重力位相同的点构成的曲面称为等位面。等位面有无数个，且互不相交。铅垂线处处与等位面正交。
大地水准面
在所有重力等位面中，有一个特殊的等位面与全球静止的平均海平面相重合，并延伸到大陆之下，这个等位面被称为大地水准面。它是大地测量中正高系统的起算面。
正常重力场
由于真实地球的形状不规则且内部质量分布不均，真实的重力场非常复杂。为了简化计算和应用，大地测量学引入了正常重力场的概念。它是与参考椭球（一个理想化的、与地球总质量和自转角速度相同且紧密贴合大地水准面的旋转椭球体）相对应的理论重力场。
正常重力场具有规则的数学表达式，可以精确计算出椭球面上任意一点的正常重力值。
重力异常
将实际测量的重力值与在参考椭球上计算出的正常重力值进行比较，两者之差称为重力异常（Gravity Anomaly）。
重力异常反映了地球内部的物质密度变化，是进行地球物理反演和资源勘探（如石油、矿产）的重要依据。
重力测量
测量重力值的过程称为重力测量。根据测量方式的不同，可分为：
- 绝对重力测量：直接测量重力加速度的绝对值，设备复杂，主要用于建立国家重力基准网。
- 相对重力测量：测量两点之间的重力差值，仪器轻便，是野外勘探和工程测量的主要手段。
现代重力测量也越来越多地采用航空重力测量和卫星重力测量技术（如GRACE、GOCE任务），以快速获取全球、高分辨率的重力场模型。