物理大地測量學

　　利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。大地測量學的分支。

　　簡史　18世紀中葉以前，人們單純採用幾何大地測量方法測定地球形狀。1743年法國A.-C.克萊羅在其著作《地球形狀理論》中，假設地球內部處於靜力平衡狀態，地球的品質密度分佈是從地球質心向外，隨距離的增加而減小的；認為在這種假定下地球的外表面應是一個個水準橢球，即橢球表面上各點的重力位相等，從而論證瞭重力值（物理量）和地球扁率（幾何量）之間的數學關系。這一論證稱為克萊羅定理，奠定用物理方法研究地球形狀的理論基礎，形成物理大地測量學的核心內容。

　　19世紀初法國P.-S.拉普拉斯和德國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G.G.斯托克斯提出斯托克斯理論，即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佈作任何假設。斯托克斯理論是克萊洛定理的發展。1873年J.B.利斯廷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，但重力觀測值的歸算是一個難以解決的問題。1945年蘇聯M.S.莫洛堅斯基提出用地面重力觀測來確定地球形狀的理論，從而回避瞭長期無法解決的歸算問題。但仍然存在資料（重力數據）不足的矛盾。1964年瑞典A.佈耶哈默爾應用重力延拓方法，1969年丹麥T.克拉魯普和1973年奧地利H.莫裡茨應用最小二乘擬合推估的方法進行解算，初步解決上述困難。

　　1957年蘇聯第一顆人造地球衛星發射成功後，物理大地測量學發展到一個嶄新的階段。其標志是開創衛星重力探測時代，包括根據衛星軌道攝動理論，觀測衛星軌道攝動確定低階位系數；利用衛星海洋雷達測高，確定高精度高分辨率海洋重力場模型和大地水準面模型；GPS技術結合水準測量直接測定大陸大地水準面；21世紀初利用衛星跟蹤衛星和衛星重力梯度測量技術，確定全球更高精度和分辨率的靜態重力場模型和時變重力場模型。衛星重力探測技術的發展，突破瞭人們過去獲取重力場信息的局限性，使得物理大地測量的研究從局部或區域性擴展到全球，從測定靜態地球重力場發展到測定時變重力場，豐富瞭物理大地測量學的內容。

　　內容　物理大地測量學主要研究以下內容：①重力位理論。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，主要研究地球重力勢函數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。主要研究解算位理論邊值問題（如按斯托克斯理論、莫洛堅斯基理論或佈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，建立全球大地坐標系，推求全球重力場模型、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，采用局部地區的天文、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，以此建立國傢大地網和國傢水準網。利用地面重力資料、衛星測高資料、衛星跟蹤衛星數據及其他重力場信息，推求高精度高分辨率區域重力場和大地水準面模型。⑤重力探測技術。研究獲取地球重力場信息的技術和方法，包括航空重力測量、衛星雷達測高、衛星跟蹤衛星、衛星重力梯度測量等的技術原理和數據處理方法，以及高精度的地面重力測量技術。

　　用途　物理大地測量學同空間技術、海洋學、地球動力學、地球物理學和地質學等學科有密切的聯系。為計算人造地球衛星和遠程彈道導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；為地球物理學和地質學提供有關地球內部構造和局部特征的信息。