603 地球是一个不规则的扁球体

§603—1 地球是一个不规则的扁球体

扁球体不及正球体简单，但它在几何上是有严格规则的。它的纬线都是正圆，经线都是椭圆。这样的球体，可以看成由椭圆绕它的短轴回转而成， 所以也叫回转扁（椭）球体。

地球（大地水准面）的真实形状，严格说来，不是几何上的回转椭球体。它的形状是不规则的：纬线不是严格的正圆，经线也不是真正的椭圆；地球的南北两半球并不对称，它的几何中心也不在赤道平面上。地球是一个不规则的扁球体。对这样一个不规则的球体，无法用简单的几何体或数学方法来表示，于是，人们改用它同一个理想的“模型”作比较来说明。

为了具体地表示地球形状的不规则性，可设想一个参考扁球体。它具有扁球体的严格规则性，而其形状和大小又十分迫近大地水准面。说它是参考“扁球体”，因为它是严格的扁球体；说它是“参考’偏球体，因为它代表了地球形状的基本方面。前述地球扁球体的各项数据，实际上都是参考扁球体的数据。图 6—8 大地水准面（实线）对于参考扁球体（虚线）的偏离（不能由此得出：

地球的形状像梨）有了参考扁球体，地球的真实形状，便可以用大地水准面的各部分对于参考扁球体的偏离米表示。图 6—8 表示大地水准面的一个纵剖面，从图中可以看出，大地水准面与同它最迫近的扁球体相比，最大的偏离不过几十米。概括地说，北半球的高纬地区和南半球的低纬地区，大地水准面高出参考扁球体；而北半球的低纬地区和南半球的高纬地区，大地水准面稍低于参考扁球体。特别明显的对比是，南北两半球的极半径的差异： 北极的大地水准面高出参考扁球约 10 米，而南极的大地水准面低于参考扁球

体约 30 米。二者有 40 米之差，比较起来，北半球略显凸起，南半球较为扁

平。

图 6—8 大地水准面（实线）对于参考扁球体（虚线）的偏离（不能由此得出：地球的形状像梨）

图 6—8 所表示的大地水准面的形状，曾给人以梨形的印象。此图一出， 人们以讹传讹，“梨形地球”的说法曾不胫而走。其实，该图只是用来说明， 大地水准面对于参考扁球体的偏离，因南北半球而不同，而不能表示地球的真实形状。这是因为：第一，它为突出这种偏离，不得不忽视参考扁球体 的“扁”，不考虑地球的赤道半径与极半径的近 21 千米的巨大差异，以正圆代替椭圆；第二，过份夸大了大地水准面对于参考扁球体的偏离，用来表示南北两极间 40 米差值的比例尺，比用于表示地球半径的比例尺，扩大了 57 0

0 0 倍由于这种“舍本求末”的夸大，大地水准面的形状才“像梨”。事实上，南北两极间区区 40 米的差异，对于长半径为 6378.140 千米，扁串为1/298.275 的地球来说，是微乎其微的。它只是使地面各部分的曲率产生微小的变化而已。大地水准面的任何部分都是凸面，没有凹陷，更不会有棱角。

§603—2 地内物质分布和地球形状

地球的自引力和自转的惯性离心力，都是系统性的因素。在它们作用下， 地球形状必然是有规则的。既然地球形状是不规则的，那就一定有非系统性因素在起作用。这个因素就是地球内部的物质分布不均匀。

地球内部物质的组成和密度随深度而不同。通常我们总是把地球看成由均质的同心球层所组成。但严格地说，由于地球内部物质的分异没有最后完成，地球内部的球层，既不是真正的均质，也不是真正的同心。这种情况必然要影响地面的重力分布和大地水准面的形状。由于这个原因，地球的质量中心，并不位于它的几何中心。

物质分布不匀的情况，在地壳表现得尤为显著。地球表面有海陆差异和高低起伏。前面说过，地球形状是指海面的形状，忽视地表的海陆分布和地形起伏的差异。这是为了简化地球的形状，在几何上排除这些因素。但是， 海面形状本身，则不能不受到海陆差异和地形高低的物理影响。地面的高低起伏，并不单纯是地面上的问题，它在一定程度上反映地下物质的分布情况。而且，高山所在的地方，地内物质并不特别多；深海所在的地方，地内物质并不一定特别少。所有这些复杂的情况，无一不影响大地水准面，使得地球扁球体变成不规则的形体。

从几何上说，地球的形状是不规则的。但是，在物理意义上说，地球的形状又是规则的。这是因为，全球静止海面，不论几何上怎样复杂，总是一个等位面。在这个等位面上，物体具有相同的重力位能。

地球上海面的形状是同地面上重力分布相联系的。自转的惯性离心力影响地面重力，使地球由正球体变成扁球体。同样地，地球内部的物质分布不匀，造成地表重力的局部差异，从而形成海面的局部起伏。在重力加速度较大的海面，海面本身在几何上必然较低；反之，在重力加速度较小的海面， 海面本身在几何上必然较高。只有这样，海面才可能是一个等位面。不然， 海水就会发生流动，而流动的结果，必然是等位面的形成，也就是地球形状在几何上的规则性遭到破坏。因此，地球形状在几何上的不规则和在物理上的有规则，是互为条件的。

复习与思考

●什么是大地水准面？人们怎么知道地面不是平面而是曲面？又怎么知

道地球是一个球体？

●地球为什么会成为扁球体？比较地理纬度和地心纬度，为什么地理纬度大于地心纬度？为什么两种纬度间的差值以南北纬 45°为最大？

●什么是参考扁球体？大地水准面的各部分怎样地偏离参考扁球体？为什么笼统地说“地球的形状像梨”是不确切的？