重力等位面

由於地球的吸引而使物體受到的力，叫做重力。 ^[1]  方向總是豎直向下，不一定是指向地心的（只有在赤道和兩極指向地心）。地面上同一點處物體受到重力的大小跟物體的質量m成正比，同樣，當m一定時，物體所受重力的大小與重力加速度g成正比，用關係式G=mg表示。通常在地球表面附近，g值約為9.8N/kg，表示質量是1kg的物體受到的重力是9.8N。（9.8N是一個平均值；在赤道上g最小，g=9.79N/kg；在兩極上g最大，g=9.83N/kg。N是力的單位，字母表示為N，1N大約是拿起兩個雞蛋的力）

重力並不等於地球對物體的引力。由於地球本身的自轉，除了兩極以外，地面上其他地點的物體，都隨着地球一起，圍繞地軸做近似勻速圓周運動，這就需要有垂直指向地軸的向心力，這個向心力只能由地球對物體的引力來提供，我們可以把地球對物體的引力分解為兩個分力，一個分力F1，方向指向地軸，大小等於物體繞地軸做近似勻速圓周運動所需的向心力；另一個分力G就是物體所受的重力。其中

（w為地球自轉角速度，r為物體旋轉半徑），可見F1的大小在兩極為零，隨緯度減少而增加，在赤道地區為最大F1max。因物體的向心力是很小的，所以在一般情況下，可以近似認為物體的重力大小等於萬有引力的大小，即在一般情況下可以略去地球轉動的影響。其中引力的重力分量提供重力加速度，引力的向心力分量提供保持隨地球自轉的向心加速度。

重力大小可以用測力計測量，靜止或勻速直線運動的物體對測力計的拉力或壓力的大小等於重力的大小。

又稱“重力等勢面”。連結重力位相同點所構成的面，稱為重力等位面。它處處與重力的方向垂直，所以也稱為水平面或水準面。重力等位面有無限多，將其中與靜止海洋麪完全重合的重力等位面稱為大地水準面。由於地球表面70%多的面積被海水所覆蓋，故通常是以靜止的海洋麪延伸到各個大陸之下所形成的封閉曲面，作為地球的基本形狀。因此，研究地球形狀的問題實際上是研究重力等位面的形狀之一，也就是研究大地水準面形狀的問題。

大地水準面是由靜止海水面並向大陸延伸所形成的不規則的封閉曲面。大地水準面或似大地水準面是獲取地理空間信息的高程基準面。它是經典重力等位面，即物體沿該面運動時，重力不做功（如水在這個面上是不會流動的）。大地水準面是描述地球形狀的一個重要物理參考面，也是海拔高程系統的起算面。大地水準面的確定是通過確定它與參考橢球面的間距--大地水準面差距（對於似大地水準面而言，則稱為高程異常）來實現的。大地水準面和海拔高程等參數和概念在客觀世界中無處不在，在國民經濟建設中起着重要的作用。 ^[2] 

大地水準面是測繪工作中假想的包圍全球的平靜海洋麪，與全球多年平均海水面重合，形狀接近一個旋轉橢球體，是地面高程的起算面。

隨着大地測量學科的發展,確定大地水準面的研究已經有一個多世紀,特別是近半個世紀來,隨着衞星大地測量和相關地學學科的發展,這一領域的研究日趨活躍,確定一個高分辨率高精度的全球大地水準面已成為本世紀大地測量學科發展帶有全局性的戰略目標。

眾所周知，地震的發生也就是地應力逐漸積累和釋放的過程。一般認為，在地震前由於地應力的作用，在應變積累過程中，會引起地下物質密度和體積的變化，從而導致重力等位面形狀的變化，即重力等位面的彎曲（曲率）變化和水平面的傾斜（梯度）變化。對孕震過程中這些形變、應變及位移變化的理論研究發展很快，己在彈性介質中硬包體孕震模型的基礎上，提出了流變介質中包體孕震模型的理論。鄭洪等提供的重力等位面觀測資料既映證了上述理論，又為研究唐山大地震的前兆機理，特別是重力場的異常變化提供了依據，並進一步驗證了唐山大地震前出現流動重力正常年變化被破壞、潮汐因子產生趨勢性緩慢下降這一異常的真實性。鄭洪等對平谷台運用扭秤觀測獲得的連續可靠、時間長達8年之久的高精度重力位2次偏微商的水平梯度分量和曲率分量進行分析後，認為強震前重力等位面的彎曲程度異常變化，要大於重力等位面上的傾斜異常變化。這一認識從王貴宣等在研究唐山地震前的西集台重力位2次偏微商的變化中也得到證實，即唐山地震前觀測到異常期間，除梯度矢量G值變化很小外，曲率值R（K）有明顯變化。 ^[3]