水准面（Geoid）是指静止的水面，它是受地球表面重力场影响而形成的、特别的、一个处处与重力方向垂直的连续曲面，也是一个重力场的等位面。设想一个静止的海水面扩展到陆地部分，就成为大地水准面。
因为水准面是重力场的等位面，因此其形态必然受重力场分布的控制。重力场分布既受地球内部物质密度场分布及地球自转的影响，同时还受地外因素的影响主要是月球和太阳。由于受月球和太阳的影响，水准面会发生周期性变化。潮汐是其显著的体现现象。
确定大地水准面的形状可分两步进行：第一步是确定地球的基本形状，第二步是确定大地水准面与基本形状或参考椭球面的偏差，即大地水准面的高度N——高程异常。斯托克斯首先证明：大地水准面与参考椭球面的偏差可以由重力的分布计算出来。
大地水准面与参考椭球面的差异，反映在法线方向上的差异称为垂线偏差，反映在垂向距离的差异称为高程异常。大地水准面与参考椭球面差异的分布是不均匀的，最大的差异可达 117 m，它与地球表面地形以及地下物质分布有关。由于大多数地区大地水准面与参考椭球面差异不大，因此在很多情况下，可将两者视为相同，这时，天文纬度近似等于地理纬度。
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