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11月19日重力与现代科技李建成-第2部分

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  这个呢是CHAMP计划,是德国地学研究中心的,它是装载了加速仪,由于大地测量学家,需要确定没有其他外力影响的,地球重力场完全的信息,而近地目标在地球空间中运动,又要受到大气阻力,太阳辐射压等相对论力的影响,所以呢,装了加速仪器,用来分离非保守力,从而使重力场在200公里范围内,可以达到1个厘米的精度,这是GOCE计划,GOCE计划在真正意义上,是直接测量技术,就是在GOCE的卫星上,测定加载了重力梯度仪,来测定地球重力场,它主要呢,是改善重力场的支持,因为我们以前,人类认识重力场呢,精度是很有限的,它真正意义上,达到1个厘米的精度,它可用于固体地球物理,海洋学 冰盖动力学 大地测量学,还有海平面变化的研究,那么认识地球重力场的方法,可以说呢,怎么样去测定地球的重力场,而是由于我们定义参考的椭球,参考椭球由于它,不是客观存在的,而是人为定义的,所以呢正常重力场呢,测定呢是人为假设的,一个等位面,但是与真实的地球呢又有差异,所以我们就求它这个差异,那空间同一点呢,地球重力位与正常位之差,就是叫扰动位,我们通过扰动位,来反映地球重力场的,海拔和重力测量。
  第三部分,那么精细重力场,与现代人类社会的进步与文明,我刚才讲了,重力场很多知识,就是我们为什么要,求定精密的重力场呢,那么精细的重力场,与现代人类文明的进步,有以下几个方面,第一个方面就是高分辨率,高精度重力场数据,结合地球重力场数据,例如地震波 地电 地磁,将为人类开发未知新矿产,提供新信息,因为海洋呢是非常大,地震呢90%发生在海洋,而我们海洋,又无法来测定那个地震,所以呢就和地震波,全球重力场直接来为,人类探索新的矿产,新的地震断裂带,提供新的信息,主要是海洋矿产的勘探,延缓人类可利用资源的枯竭过程。
  第二 精密重力场信息,结合地球物理勘探资料,将有利于揭开地球内部构造,使我们大地测量有能力,由外部延伸到地球内部,以及地球动力学过程,有利于揭示地震机制的之谜,为成功预测地震增添新的希望,因为现在地震呢,在我们人类科学方面,在医学上先解决癌症,还是我们地球科学先解决地震,回答是,癌症先解决,地震迄今为止,由于地球是个复杂的运动体。
  那么精密海洋重力场模型呢,同样有利于,海洋动力学过程的量化研究,在我们过去呢,重力场只是个,海洋动力学只是一个,定性的研究,有利于认识,海洋和大气相互作用,和全球气候异常变化,减少海洋和大气灾难,对人类生活的威胁。
  第四 精密全球大地水准面,将最终统一全球高程系统,和大地测量坐标系统,因为现在我们国家,我们全球的高程系统,和我们国家的高程系统,是不一致的,每个国家的高程系统都不一样,也就是每个国家,所用到的大地水准面,都不是一个统一的大地水准面,我们利用全球统一大地水准面,可以统一全球高程系统,为构建数字地球统一,地球空间信息提供坐标框架,有利于经济的全球化进程。
  高分辨率,高精度大地水准面呢,加上卫星GPS接收机,将使人类像获取时间信息一样方便,现在我们获得时间的信息非常方便,而获得空间坐标呢,位置呢比较困难,结合GPS技术呢,可以呢,在任何险情条件下,可以及时向外通报,出事地点的准确位置,因为GPS是能测定三维大地坐标,而大地坐标,第三维的垂直方向呢,是大地高 是几何坐标,而我们在实际应用当中呢,还是几何高程,所以海拔高程,所以我们结合大地水准面呢,可以为GPS手表呢,提供第三维坐标,大大可获取获救的机会。
  第六方面精确的地球重力场,是空间技术的基础和先决条件,在军事上可为远程武器呢,提供重要的重力场信息,主要表现在为导弹发射提供,精确的重力场参数,为宇宙洲际导弹飞行制导,提供扰动重力场信息,为潜艇海上发射,提供海洋垂线偏差,进行校正。
  那么第四部分呢,我想简单地介绍一下,我国重力学的发展状况,那么我们国家的早期的重力场,有一批科学家带领我们,局限于基础理论研究方面,随着现在GPS技术,和重力场信息的获取的丰富,使我们大地测量呢,在地球重力场研究方面,得到了长足的发展,从1996年到2001年,我们先后确定了十几个地区的,局部大地水准面,以前呢,重力场只停留在基础,现在变成实用。
  那么这张图,就是我们利用全国的,重力资料和卫星资料,获得的全国的重力场,利用这些数据精化了,我们国家新一代的高分辨率的,重力大地水准面,是建国以来,是最高的一个大地水准面,那在全球重力场研究方面呢,我们先后推出了,WDM94(360阶)模型,这个呢就是,WDM94描述的全球重力场,它可以反映地质构造,地震断裂带的构造,那么这个呢,是我们最新研制的,WDM2001(720阶)重力场模型,那今天(的)讲座呢,我希望和大家达成一个,互动交互式的课程内容,我下面呢,希望大家能够给我提一些问题,让我们来共同讨论,有关重力对现代科技的,进步(进步的贡献)。
  问:我想请问一下,现在正在一个新世纪之初,您认为大地测量学,在这个世纪中,面临的最大挑战是什么,而有可能取得的,最大的成就又是什么,谢谢。
  答:最大的挑战,是我们大地测量学家,在地球重力场研究方面呢,提供了高精度重力场模型,高精度重力场模型,不仅是我们上个世纪,大地测量的一个重要成果,而是我们大地测量,而是人类在整个地球科学中的,一个重要的进展,它主要表现在人类有能力,在全球统一尺度 统一基准上,描述表达地球重力场,那我们大地测量,在新世纪即将面临的,厘米级大地水准面的挑战,也就是说,用厘米级大地水准面,来提供相关科学的技术支撑,我们大地测量学呢,是测绘学的一个,构筑现代测绘科学技术的,一个基石是基础,那么也是构成众多地球科学,像地球物理,地质学的一个桥梁。
  问:你刚才提到,就是说我们在研究,在大地测量,重力场的研究和应用方面,很重要的一个基础就是GPS,据我所知,这个GPS是一个美国系统,就是说我们国家在这方面,在卫星定位系统方面,有没有一个什么样的计划,这是第一个问题,第二个问题就是说,你刚才提到了,大部分内容都是关于地球重力场,这个学科本身的很多东西,我想问一下,就是说利用重力场,今后重力场这个科学的发展,对其他学科,以及整个文化方面的影响,就是说,你作为这个学科里面的这个人,你有没有想过,它对其他学科和一些文化方面,产生一些什么样的影响,谢谢。
  答:大地测量学的发展,是反映国家的国力,国力强了,大地测量自然会投入很大,由于我们国家还是发展中国家,国力不够,因此在GPS方面,我们只能受制于国外,就是只能应用国外的技术,不是我们技术上跟不上,而是我们国家的国力跟不上,这个问题,第二呢,人类文明呢,的确 大地测量,因为我们人类生存的是地球空间,有地球,那么我们人类就要知道,它的地理位置,所以大地测量呢,是构成测绘学的基本的,最基础的一个学科,那么我们大地测量,在人类文明可以说呢,描述地球形状,因为我们地球,是不以人的意志为转移,客观存在的实体,我们就要认识它,认识它呢就离不开大地测量技术,那现在信息社会呢,有时间和空间概念,因为我们GPRS技术,它是利用了,我们过去呢,我们只是达到一个通讯,而现在呢,我们希望知道对方的位置,而利用重力场方面,就是说,单说重力场方面,它只利用GPRS,只能确定它的三维椭球坐标,利用GPS技术,而海拔高程我们不知道,所以利用大地水准面,这一精确的重力场信息呢,可以给用户提供,方便 便捷的海拔高程,在短时间内,那么同样呢,在地球科学研究中呢,在地震学,我刚才讲过,地震学呢,我们重力场呢,信息里面包括了,丰富的地质构造,地球物理学信息,通过地震图呢,通过重力场图呢,就可以反映出地震活动带的构造,这也是我们人类一个,面临的一个减灾的一个方面。
  问:刚才你谈到了,对于大地测量学,因为国家需要投入,现在我们国家是发展中国家,我们财力有限,就是说现在高新技术,转换成生产力,我们需要投入 更需要产出,我想请问一下,就是现在大地测量学,作为一个非常前沿的学科,它对社会的意义和经济价值何在?谢谢。
  答:你这个问题就是我们重力场,从理论走向实用的一个标志,在过去呢,研究地球形状呢,只停留在理论研究,没有实用,那随着现在GPS定位技术的发展,我们以前呢求定海拔高程,是利用传统的周期长,花费高,这么一个水准测量的方式,去测定高程的,那么现在我们有了,高精度GPS定位技术,非常廉价 速度非常快,精度非常高,这么个特点,我们结合大地水准面的信息,就可以用廉价的替代,劳动强度高 费用投入大,这个简单的劳动,所以体现了大地测量,高技术的发展。
  问:李教授您好,我是来自资源与环境科学学院的,一名学生,我想了解一下,地球重力场的意义,就是目前呢,世界和平是一个,大家非常普遍关心的问题,刚才您谈到了,它地球重力场,在军事方面的应用,我想主要了解一下,它在军事方面的意义。
  答:我刚才的确讲到了,就是应用于军事方面,因为我们在卫星方面,空间方面,我们空间受到地球引力场的制约,它要获得精确的卫星轨道,必须要有精确重力场的信息,那么在军事方面的应用呢,它的弹道导弹的飞行器,同样在我们宇宙空间中运动,所以它就要受到,地球重力场的制约,而在我们大家所设计的图上,看到的都是椭球坐标 几何坐标,所以呢我们就要找到,几何坐标与物理坐标的差异,也就是方向上的差异,在我们大地测量中,可以为军事方面,提供精确的垂线偏差,使我们在图上设计的,改换为引力场设计,真正达到导弹飞行的坐标。
  就是我们将重力测量,与地球动力学结合以后,应用在地震的研究领域的时候,现在亟待解决的问题是什么。
  大地测量和地球物理学的结合,使大地测量反映了,大地测量利用现代空间技术,在短时间内,可以时时监测地球动力学问题,而以前呢,在大地测量空间,大地测量定位技术,和重力场技术出现之前呢,我们用于研究大地测量构造,大地构造和,地球物理学的周期非常长,也就是研究地球动力学的,周期非常长的,有了大地测量观测数据以后呢,使我们大地测量,大大缩短了研究时间,所以叫现代地球动力学。
  问:从您刚才的讲座中我们知道,大地测量的基本情况和重要作用,其中地球重力场作用尤其显著,我想请您介绍一下,我国在地球重力场研究方面,取得了哪些新成果,谢谢。
  答:那么我刚才介绍了,在我们国家,大地水准面方面呢,我们确定了从理论走向应用,从理论走向实践,那么在垂线偏差方面,我们利用了密集的重力资料,我们计算了,全球的海洋的垂线偏差,为我们国家的军事方面,提供了可靠的保障,此外呢,在厄尔尼诺现象,我和我的研究生,共同研制了全球海平面高,这张图就是一个,我们国家研制的,描述的全球平均海平面,大尺度的2‘×2’的,空间分辨率为,4公里乘4公里的大地水准面,此外呢,我刚才也给大家演示了,我们还研制了,全球高精度的重力场模型,这是国际上少有的学术机构,具备这个研究重力场模型的能力,好 谢谢。
  问:刚才您曾经提到说,有一个参考地球椭球面,我想请问您一个基础问题,为什么我们要,确定一个地球椭球呢?谢谢。
  地球重力场,是不以人的意志为转移的,一个重力等位面,我们测量呢,外业测量呢都属于,这个大地水准面上的观测值,那我们维护大地测量坐标系,必须要有一个几何的,在我们生活当中呢,我们离不开几何,如果我们说等位面的话,可能大家,在现实生活中,看不着 摸不着,应用起来不方便,所以呢我们大地测量,定义一个椭球体,对一个椭球面,主要是应用于,大地测量坐标系的框架的维护,以及大地测量地球动力学的,坐标框架变化的研究,同样大地椭球体呢,也是我们大地测量,所有外业计算的,一个数学曲面。
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