Понимание геодезических поверхностей | Геоидальная волнистость

1. Основные геодезические поверхности • Геоид: Представляет собой средний уровень моря в глобальном масштабе, учитывающий гравитационные вариации, обусловленные распределением массы Земли. Это неровная, волнистая поверхность, которая колеблется в зависимости от гравитационных аномалий, обеспечивая эталон для ортометрических высот (высот над уровнем моря). Геоид считается «истинной» формой Земли для измерения высоты. • Эллипсоид: Математически определенная, гладкая и слегка сплющенная поверхность, аппроксимирующая форму Земли. Он используется в качестве эталона для широты, долготы и эллипсоидальных высот, что делает его необходимым для систем GPS и картографических приложений. В зависимости от региона или приложения используются различные эллипсоиды (например, WGS84, GRS80). • Топографическая поверхность: Фактическая физическая поверхность Земли, включая природные и искусственные объекты, такие как горы и долины. Она сильно неровная и обычно представляется в цифровых моделях рельефа (ЦМР) для анализа местности. 2. Взаимосвязь между поверхностями • Геоид и эллипсоид: Геоид колеблется выше и ниже эллипсоида из-за гравитационных аномалий. Расстояние между этими поверхностями называется геоидной волной или геоидной высотой (N), которая изменяется в глобальном масштабе. • Геоид и топографическая поверхность: Топографическая поверхность (поверхность суши) находится над геоидом. Ортометрические высоты, или истинные высоты, измеряются от геоида до топографической поверхности. • Эллипсоид и топографическая поверхность: GPS измеряет высоты над эллипсоидом (эллипсоидальные высоты), которые можно преобразовать в ортометрические высоты с учетом геоидной волны. 3. Геоидная волна (геоидная высота) • Определение: Геоидная волна (NNN) — это вертикальное расстояние между геоидом и эллипсоидом в данной точке. Она может быть положительной или отрицательной в зависимости от того, находится ли геоид выше или ниже эллипсоида. • Формула: N = h − H, где: o h = Эллипсоидальная высота (измеряется относительно эллипсоида, часто с помощью GPS) o H = Ортометрическая высота (высота над геоидом или средний уровень моря) • Расчет с использованием гравиметрических данных: Усовершенствованные модели геоида используют гравиметрические данные для расчета колебаний геоида, включая гравитационные аномалии и нормальную гравитацию. Спутниковые миссии, такие как GRACE и GOCE, предоставляют подробные гравитационные данные для улучшения глобальных и региональных моделей. 4. Модели геоида • Глобальные модели: Модели, такие как EGM96, EGM2008 и EIGEN-6C4, предоставляют данные о колебаниях геоида для глобальных приложений, используя спутниковые данные и информацию о гравитационном поле. • Региональные модели: Некоторые страны создают региональные модели геоида высокого разрешения (например, USGG2012 для США), оптимизированные для местных потребностей в геодезических работах и картографировании, обеспечивая более высокую точность в конкретных областях. 5. Применение геоидных колебаний в геодезии и картографии • Геодезия и GNSS: Системы GPS и GNSS измеряют эллипсоидальные высоты, которые преобразуются в ортометрические высоты (практические отметки) с использованием данных о геоидных колебаниях. Точные ортометрические высоты необходимы для строительства, инженерных работ и картографирования местности. • Экологические и инженерные исследования: Ортометрические высоты необходимы для моделирования потока воды, оценки риска наводнений и управления прибрежными зонами, и все это основано на данных о высоте относительно среднего уровня моря. • Океанография: Спутниковая альтиметрия измеряет высоту поверхности моря относительно эллипсоида. Удаление геоидных колебаний из этих измерений помогает отслеживать изменения уровня моря и изучать океанические течения.