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  地球上經度相同和緯度相同的線組成的經緯網,是參考地球自轉軸確定的。最基本的參考點為極點,它們是地球自轉軸與地球表面的交點。通過地球自轉軸的平面與地球表面的交線為子午線,任意一個子午線平面和格林尼治子午線平面組成的夾角定義了經度,子午線是經度相同的點連成的線。過地心且與地球自轉軸垂直的平面和地球表面相交於一個大圓,該圓被稱為赤道,平行於赤道的平面與地球表面相交於一圓,該圓上緯度相同。赤道的緯度為0°, 北極的緯度為北緯90° (記作90°N或+90°),南極的緯度為南緯90° (記作90°S或-90°)。任意一點的緯度為該點的半徑與赤道平面的夾角。  如此定義的緯度通常被稱為球形緯度,這樣可以和後文提及的輔助緯度相區別。

  除了赤道外,四條特殊的緯線 地球繞太陽執行的軌道平面叫做黃道,與地球自轉軸垂直的平面是赤道面。黃道面和赤道面的夾角被稱為黃赤交角,在圖中以formula_1 表示,當前黃赤交角的值為23° 26′ 21′′。因為這個角與地球自轉軸和黃道法線的夾角相同,因此這個角也被稱為地軸傾角。  該影象展示了一個垂直於黃道且通過地球自轉軸的平面的橫截面,該時刻為冬至,太陽直射點位於南迴歸線上。這時南極圈以南為極晝,而北極圈以北為極夜。夏至時太陽直射在北迴歸線上,極晝極夜現象正好與冬至時相反。迴歸線的緯度和黃赤交角相同,兩個極圈的緯度等於黃赤交角的餘角。只有在兩條迴歸線之間地區有可能發生太陽直射現象。  這些緯線將在下面的墨卡託投影中清晰的標示出來。

  在地圖投影中,經線和緯線的形態並沒有一個明確的規定。比如,在球形墨卡託投影中,緯線是水平的,經線是垂直的;而在橫軸墨卡託投影中,並沒有垂直的或者水平的經線和緯線,它們都是一些複雜的曲線。圖中的紅線就是前文中提到的特殊的緯線。  大範圍或是全球的地圖投影,是完全滿足球形模型的,因為在最終繪製的地圖上地球橢率忽略不計。

  球面上的法線通過球心,因此,子午線上一點到赤道組成的弧段所對應的球心角,其大小等於該點的緯度 (φ)。如果子午線上兩點的距離用 m(φ) 表示,那麼, 其中,R表示地球的平均半徑,為6371km。這是球形模型情況下最高精度的地球半徑數值,因為更高的精度要求必須考慮地球橢率。地球半徑R取值為6371km時,一度球心角所對應的子午線弧長為111.2km,一分球心角對應的子午線弧長為1.853km。

  

  1687年,艾薩克·牛頓出版了《自然哲學的數學原理》,在這本書中,他證明了一個旋轉著的自引力流體在處於平衡時其形狀為扁橢球。 牛頓的結論最終於18世紀被大地測量學證明。扁橢球體是一個橢圓繞其短軸旋轉180度得到的三維表面。旋轉橢球體在本文中統稱為為橢球體。(沒有對稱軸的橢球體被稱為三軸橢球體)  在大地測量學的歷史上,人們使用過很多不同的參考橢球。發明人造衛星之前,參考橢球是為適應區域性地區的水準面設計的,因為在那時人們只能得到有限區域的地理資料。隨著GPS的出現,自然的,人們開始使用地心橢球(如WGS84),地心橢球的中心和地球質心重合,其短軸和地球自轉軸重合。這些地心橢球的表面和大地水準面的距離通常在100米以內。由於緯度的定義依賴於參考的橢球,那麼同一點在不同橢球上的緯度值不一樣,因此,在沒有確定參考橢球的情況下,不可能得到一點精確的經度緯度。政府部門儲存的許多經緯度資料是基於以前的參考橢球確定的,因此有必要知道不同參考橢球得到的經緯度之間該如何互相轉換。GPS手持裝置包含了轉換經緯度的資料庫,該資料庫可以在WGS84座標系和當地座標系之間相互轉換經緯度。

  橢球體上和球體上的經緯網構造方式是一致的。除了赤道上的和兩極外,橢球表面上一點的法線並不通過橢球中心,但是橢球體上緯度的定義並沒有改變,依然是一點的法線和赤道平面的夾角。鑑於此,緯度的用辭必須更加準確,以下是幾種不同緯度的定義:

  天文緯度 (Φ) 是地球表面一點的真垂線與赤道平面之間的夾角。真垂線,方向和鉛垂線一致,指向重力加速度的方向。重力加速度是由地球質量產生的引力加速度和地球自轉產生的離心加速度合成的。天文緯度可以通過測量天頂和恆星的角度來確定,其中,恆星的赤緯是已知的。  通常,地球表面上一點的真垂線既不與參考橢球的法線垂直,也不與大地水準面的法線垂直。天文法線和大地法線之間的夾角通常只有幾弧秒,但這個差值在大地測量學中很重要。大地水準面是理想化的平均海平面,而地球真實表面上的一點,通常比理想化的大地水準面高或低,因此該點的真垂線與大地水準面的法線並不重合。另外,地表上一點在某一時刻的真垂線還受到潮汐力影響,但潮汐作用在計算大地水準面時被抵消了。

  高緯度是地球表面南北緯度60度到90度之間的區域,是地球表面接受太陽輻射最弱的地帶。高緯度地區所具有的物理和化學特性與其它緯度帶明顯不同,其自然資源和生物資源相對較少,人類活動也比其他地區較為冷清。高緯度地區的氣候寒冷,多為極地氣候或亞寒帶針葉林氣候。

  中緯度是地球上熱帶到極地之間的地區,一般指南北緯23.5至66.5度。在氣象學上有重要的地位,由於高緯度和低緯度的盛行氣團在此交匯,本區的氣旋活動頻繁。中緯度內陸地區的氣溫與沿海差異較大,內陸大陸性較強 。
緯度(φ)是地球表面一個點的南北地理位置的表示法。緯度與經度通常一起使用以確定地表上某點的精確位置。