[科普中国]-重力基准

概述

地球的重力场是地球周围空间一点存在的一种重力作用或重力效应，或为地球表面或其附近一点处单位质量所受到的重力，数值上等于重力加速度。重力场是空间中的一种力或力场，分布于地球表面及其邻近的空间。地球重力是引力和离心力的合成。重力的大小取决于地球内部物质及外部物质的分布和地球自转，由于物质分布和地球变化是随时间而变化的，因此，严格说来，重力是时间和空间的函数。地球重力场的测量主要是测定地球表面或地球表面附近的重力和重力梯度。

测量重力的方法可以分为两种：一种是绝对重力测量，它直接测定一点重力值；另一种称为相对重力测量，它是测定两点之间的重力差，再逐点推求各点的重力值。

在重力测量中，大量进行的是相对重力测量，因此必须有属于同一系统的已知重力值的起始点。如果这些点的重力值是用绝对重力测量求定的，这样的点称为重力基准点，其重力值就是重力基准值，通常简称为重力基准。根据某一重力基准来推算重力值的重力点，都属于该重力基准值的同一重力系统。1

国际重力基准国际上先后采用的主要有以下重力基准。

维也纳重力基准1900年在巴黎举行的国际大地测量协会第18次会议上，决定采用维也纳重力基准，即奥地利维也纳天文台的重力值为基准，其值为：

此值是Oppolzer在1884年用绝对重力测量方法测定的。

波茨坦重力基准1909年在伦敦举行的国际大地测量协会会议上，决定采用波茨坦重力基准，即以德国波茨坦大地测量研究所摆仪厅的重力值作为基准，代替过去的维也纳重力基准，其值为：

此值是1898~1906年由Kuhnen和Ftirtwangler用可倒摆测定的，凡是根据这个重力基准值推算的重力值都属波茨坦系统。随着科学技术的发展，在20世纪三四十年代，一些国家先后进行了绝对重力测量，发现波茨坦绝对重力值存在着大约14mGal的误差，所以1967年国际大地测量协会决定对波茨坦重力值采用一14mGal的改正值。

国际重力基准网19711971年在莫斯科举行的国际大地测量与地球物理联合会IUGG第15届大会上通过了新的国际重力基准，定名为“国际重力基准网一197l”(International Gravity Standardization Net一71，简称IGSN一71)，用以代替波茨坦国际重力基准，其值为：

为了建立IGSN一71，在世界有关地区，使用三种最新的激光绝对重力仪分别测定了8个绝对重力点；用六种摆亦测定了1200个动力相对重力点；用五种重力仪测定了23700多个静力相对重力点。上述各种观测值进行整体平差后解算出1854个点的重力值。在1854个点中，每个点的最后重力值中误差都小于 ，因此每个重力点都可以作为重力基准，所以称为重力基准网。

国际绝对重力基本网1982年提出了国际绝对重力基本点网(International Absolute Gravity Base Net，LAGBN)的布设方案，IAGBN的主要任务是长期监测重力随时问的变化，其次是作为重力测量的基准，以及为重力仪标定提供条件。因此，这些点建立后按规则间隔数年需进行重复观测。1987年IUGG第19届大会曾通过决议，建议着手实施，但现在尚未完全建立。1

我国重力基准除了国际重力基准外，各国为了在本国开展相对重力测量工作，同时使全国各地区都有适当精度的起算重力值，往往要建立本国的重力基准。国家重力基准主要是通过建立同家重力控制网体现的，我国重力测量控制网采用逐级控制的方法，在全国范围内建立各级重力控制网，然后在此基础上为各种目的再进行加密重力测量。

我国重力控制网共分两级，即重力基准网和一等重力网。重力基准网是重力控制网中最高级控制，其中包括绝对重力点和相对重力点，前者称为基准重力点，后者称为基本重力点，这些点在全国范围内布设成多边形网。一等重力网是在重力基准网基础上的次一级重力加密控制网，在全国范围内布设，它的网点称为一等重力点，点间距离一般为100～300km。

为满足我国经济建设和国防建设的需要，根据我国采用的重力测量手段、方法和特点，我国先后建立了以下三个重力基准。

1957国家重力测量基准1957国家重力测量基准包括两部分，第一部分是1957年建立的国家1957重力测量基本网，它由27个重力基本点组成，没有绝对重力测量点，采用经苏联传算过来的波茨坦国际重力系统，因此约有 系统误差。重力基本点相对重力联测精度为 ，累计误差不超过 。第二部分是随后布设的一等重力网，共82个点，重力一等点的联测精度为 ，累计误差不超过 。

1985国家重力测量基准1985国家重力测量基准也主要包括两部分。第一部分是1985国家重力基本网，该网于1985年完成，曾利用意大利的IMGC绝对重力仪测定了11个绝对重力点，在其中选定符合重力基准点条件的6个作为我国的重力基准。1985国家重力基本网共有57个重力基本点，该网与东京、京都、巴黎、香港等地的重力点进行了联测，属1971年国际重力基准网(IGSN一1)系统，平差后的重力值精度实际在 。第二部分是1985重力一等网，总点数为163个，该网平差后重力值实际中误差估计为 。

与此同时，配套建设了8条短基线重力仪格值标定场和l条长基线重力仪格值标定场。1985国家重力基本网较1957国家重力基本网在精度上提高了一个数量级，消除了波茨坦重力系统的系统误差。

2000国家重力测量基准2002年我国完成了2000国家重力基本网的构建，它是我国目前采用的新重力基准和重力测量参考框架。2000国家重力基本网由259点组成，其中重力基准点21个，重力基本点126个和重力引点112个。在2000国家重力基本网中还布设了由哈尔滨、北京、西安、昆明、南宁五个重力基准点和重力基本点组成的国家级重力仪标定基线和8条国家级重力仪格值标定场(短基线)。为了便于将1985国家重力基本网系统的重力值换算为2000国家重力基本网系统的重力值，2000国家重力基本网还联测了1985国家重力基本网点共66个。

2000国家重力基本网平差后的主要成果为：389个重力点的重力值，其中基准点21个、基本点126个、基本点引点112个；附加联测点66个；8条国家级重力仪格值标定场的重力点64个。2000国家重力基本网平差成果的内部精度为：所有联测重力点(389个)平差值的平均中误差为；其中2000国家重力基准网259个重力点平差值的中误差为；基准点精度为；基本点精度为，最弱点精度为。2000国家重力基本网平差成果的外部精度为：与外部检核点不符值的平均中误差为，其中最大不符值为，最小不符值为。

2000国家重力基本网与1985国家重力基本网相比，总点数由57点增至259点，基准点由6点增至21点，覆盖范围更大，重力点密度更大，精度由提高到，提高了约一倍。1