Уровенная поверхность, геоид, референц-эллипсоид.

Реальная поверхность Земли представляет собой сложную структуру, не поддающуюся математическому описанию, что исключает ее использование в качестве общей фигуры Земли для использования в геодезии. Учитывая, что поверхность воды Мирового океана имеет относительно простую форму и занимает почти ¾ (71%) поверхности Земли, целесообразно за общую фигуру Земли принять тело, ограниченное поверхностью воды океанов. Такая поверхность называется уровенной. Основное ее свойство заключается в том, что на ней потенциал сил тяжести имеет одно и то же значение, т.е. эта поверхность перпендикулярна к отвесной линии и, таким образом везде горизонтальна.

В общем случае уровенных поверхностей можно провести бесчисленное множество, но все они будут располагаться на разном расстоянии от центра Земли (рис. 1.1,а). Та из них, которая совпадет с поверхностью Мирового океана, находящегося в состоянии полного покоя и равновесия, называется основной уровенной поверхностью и продолженная под материками образует фигуру, которая в геодезии принята за общую фигуру Земли и носит название геоид.

В России за основную принята уровенная поверхность, проходящая через нуль Кронштадского футштока, который на 10 мм выше среднего уровня Балтийского моря. (Футшток – рейка с делениями, установленная на водомерном посту для наблюдения за уровнем воды в океане, море, реке и т.д. Кронштадский футшток установлен на мосту через Обводной канал. Ноль Кронштадского футштока соответствует среднему уровню оды в Финском заливе за период наблюдения с 1825-1840 гг. Ноль футштока называется ординар). Основная уровенная поверхность из-за различий температуры и солености воды в различных точках Мирового океана других причин не совпадает со средней невозмущенной поверхностью морей и океанов. Отклонение среднего уроня океана от геоида может достигать 1 м, поэтому различают поверхность геоида и топографическую поверхность морей и океанов.

Кривизна поверхности геоида меняется по законам, неподдающимся или трудноподдающимся математическому описанию.

Более точное рассмотрение и исследования со спутников показали, что Земля имеет грушевидную форму, у нее имеются «вмятины» и «выступы», отчетливо просматривающиеся на фоне сложной структуры геоида (крупнейшие вмятна расположены к юго-западу от Индии – глубина 59м и около Антарктиды – 30 м; наиболее значительные выступы у Папуа-Новой Гвинеи – 57 м и во Франции – 35 м) (рис. 1.1,б). Южный полюс на 44 м 70 см ближе к центру, чем северный полюс, при этом Южный полюс располагается на 25 м 80 см ниже поверхности эллипсоида, а Северный полюс выступает на 18 м 90 см. Установлено также, что экватор Земли не круг, а эллипс, при этом один из его «диаметров» больше другого на 200 м. Все это заставило отказаться от использования геоида для геодезических вычислений.