张华 《地球概论》讲义 地球的运动第五章 第五章 地球....pdf

张华: 《地球概论》讲义第五章地球的运动
第五章地球的运动
地球在宇宙中的运动,最主要有三种形式。
第一种是地球自身的旋转运动。即自转运动。地球自转的结果,首先是
不断在改变地球本体的形态;再就是派生出很多天文、地理上的动态。
第二种是地球的绕日公转运动。就是地球在太阳的引力作用下,受太阳
的制约,围绕太阳运转,并且跟随太阳系一起在银河系以及宇宙中运动。公
转运动的主要结果也产生了很多天文、地理上的动态。
第三种是太阳系天体对地球的摄动。地球作为太阳系的一个行星,它必
然会受到太阳、月球及其他行星(主要是木星)的引力作用,从而对地球的
自转和公转运动状态产生摄动,使地球的运动规律发生变化,例如自转减速;
岁差;章动;黄赤交角变化等。
第一节地球的自转
一、地球自转及其证明
1、地球自转的方向
地球不停的绕着自转轴自西向东做旋转运动,称为地球的自转运动。
自转的方向是自西向东的,因而才会有天球以相反的方向自东向西的周
日视运动。
我们称自西向东的方向为逆时针方向,也就是观察者从天北极上空看时,
地球逆时针旋转,这种自转称为顺向自转;如果从天南极上空看,地球顺时
针旋转,这种自转为逆向自转。
2、地球自转的周期
为了计量地球自转周期,必须在地球之外选定参考点。根据天球上不同
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的参考点(恒星、太阳、月球)计量的地球自转周期,其长度是不同的。因
此,就有各种不同的日——恒星日、太阳日和太阴日。
恒星日:同一恒星连续两次在同地中天的周期,也就是恒星(或春分点)
连续两次由东向西通过同一子午圈的时间间隔,长度约为 23 小时 56 分 4 秒。
恒星日是地球自转的真正周期,即地球自转 360°所经历的时间。
太阳日:太阳连续两次在同地中天的周期,也就是太阳中心连续两次由
东向西通过同一子午圈的时间间隔,平均长度是 24 小时。
太阳日是昼夜交替的周期,是人们日常生活中使用的日,由于太阳的周
年运动,太阳每天在天球上向东走 59′,地球上同一方向在追赶太阳的过程中,
自转一圈后还要再转 59′才能赶上太阳。
太阴日:月球连续两次在同地中天所经历的时间,也就是月球中心连续
两次由东向西通过同一子午圈的时间间隔,平均长度是 24 小时 50 分。
太阴日是地面潮汐涨落的周期,它比太阳日长 52 分,这是由于月球绕地
球公转造成的,月球自西向东绕地球旋转,周期为一个恒星月 日,也
就是每个太阳日向东转 13°10′,每个太阴日向东转 13°38′,这样在一个太阴日
期间,地球自转的角度不是 360°,而是 373°38′,地球上同一位置在追赶月亮
的过程中,自转一圈后还要再转 13°38′才能赶上太阳。
如果以恒星日的长度来分24小时(恒星小时),那么,太阳日的长度是24
时04分,太阴日长度是24时54分。但在日常生活中,人们总是以24小时表示
太阳日的长度,在这种情形下,恒星日长度为23 时56 分;太阴日长度则为
24 时50 分。
3、地球自转的速度
地球自转速度有角速度和线速度两种。
角速度:地球上某点于单位时间内绕轴所转过的角度。角速度与转动半
径长短无关,因此全球各地自转角速度都是一样的(除两极外)。地球自转的
角速度是每恒星日360°。根据地球自转的周期,地球自转的角速度平均为每小
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时15°,或每分15′,每秒15″。
严格地说,这里的时、分和秒,皆指恒星时。如果采用平太阳时,那么,
地球自转的角速度应为15°2′6″/h,或15′2″.4/min 和15″.04/s。
地球自转的线速度是地球上某点于单位时间内所转过的距离。如果把地
球看作是个正球体,则在纬度φ并距地表高 h 处的自转线速度可用下式算出:
2πϕπϕ(Rh++ )cos 2 ( Rh )cos
v = 00= km/ s
ϕ 23小时 56分秒 4 86164
其中 R0 是赤道半径,为 。由公式可知,纬度越低,距地表越
高,其线速度越大。
就地表而论,h=0,则:
在赤道上,v0=460m/s;
在纬度 30°处,v30=403m/s;
在纬度 60°上,v60=233m/s。
地球的两极点,在地球自转时是静止不动的。所以,在极点上,不论角
速度或线速度都为 0。
地球自转速度的变化:
上面讲的是地球自转的平均速度。事实上,地球自转的速度是不均匀的,
有长期变化、周期变化和不规则变化。
长期变化