引言
在天文仪器方面，计时仪器漏壶研制有重大突破。随着天文观测的进展，星图、星表绘制技术也有长足的进步。在历法方面，宋代改历之频，为历代所罕见。宋代的地学包括地理学、地图与方志、地质与矿物等等，都有新的发展。
天文、历法的重大成就
天文仪器的研制
在天文仪器方面，计时仪器漏壶研制有重大突破。太平兴国四年，张思训创作水银动力浑仪；天圣八年，燕萧发明“莲花漏”，使漏壶的时间计量精度达到了前所未有的水平。以后沈括的浮漏，是我国古代刻漏技术在宋代达到高峰的标志，代表着当时精密计时的世界水平。圭表测影技术，在宋代也有显著的进步，沈括和苏颂对此提出的理论的方法，即是例证。沈括在熙宁七年所撰《浑仪议》、《浮漏仪》、《景表议》是关于天文仪器的三篇杰出论文，代表着当时该领域的先进水平。
浑仪制造方面，宋代所制浑仪很多，从至道元年至元祐七年这几十年间，先后造了五架巨型浑仪，每架用铜均达二万斤左右，说明浑仪制造技术的提高和对天象观测的重视。最著名的创造是元祐三年由苏颂、韩公廉等人所造的水运仪象台。这是北宋出现的大型综合性天文仪器的代表作。
经科技史家王振铎先生研究复原，这台天文仪器是一座上狭下广的正方形木结构建筑，台高三十六点五尺，宽二十一尺（约合高二十米，宽七米），分上中下三层，是利用水轮为原动力运转的天文钟，它将“浑仪”、“浑象”和计时装置浑为一体，在世界天文钟和钟表史上占有非常重要的地位，其关键性的机械装置表明它又是世界机械钟的祖先。苏颂所著《新仪象法要》记载了这仪器的制造方法，并附图样六十三种，是天文仪器制造技术的重要专著。
大规模的天文观测
在天文观测方面，宋代除常年坚持不懈的观测外，从太平兴国五年至崇宁五年一百二十多年间，进行过七次大规模的天文观测，并作了详细记录，积累了大量珍贵资料。对于新星、超新星、日食、月食、彗星、太阳黑子、流星等天文现象的观测，据两宋史籍中的有关记录统计，达一千二百十二次之多，取得重大的成就。至和元年对天关客星这颗超星的观测，治平三年对哈雷彗星的观测，并留下详细的记录，便是突出的两例，在世界天文史上写下重要的一页。
星图绘制技术的发展
随着天文观测的进展，星图、星表绘制技术也有长足的进步。例如，沈括利用改进的新浑仪，连续三个月进行天体观察，每夜观察三次，“凡为二百余图”，得出当时极星离天极“三度有余”的结论，大大提高观测天体的精确度。宋代星图、星表很多，但完整保存下来的少。现存两幅著名的宋代星图是苏颂星图和淳祐天文图。
苏颂星图载于苏颂所著《新仪象法要》一书中。附有星图五幅：紫微恒星图一幅，浑象中外官星图二幅，浑象冯极南极星图二幅，所记星数一千四百六十四颗。淳祐天文图也称苏州石刻天文图，该图刻星一千四百三十颗。据研究，这两幅星图是根据北宋元丰年间实际观测记录而绘制的。
历法的修订与发展
在历法方面，宋代改历之频，为历代所罕见。自太祖建隆四年，王处讷主持修《应天历》，至度宗咸淳六年陈鼎负责修《成天历》，共修订历法十七次。其中。北宋卫朴的《奉元历》、姚舜辅的《纪元历》，南宋杨忠辅的《统天历》，各有其优点和特色。尤以《统天历》所定回归年长度为三百六十五点二四二五。关于回归年长度不断变化，古大今小，还定出回归长度变化的公式，这是一个重要发现，在世界天文史上领先数百年。还有沈括道倡“十二气历”，是一种纯阳历制度，既简便又科学，在历法史上是一个重大的革命性的创新。它虽未被采用，但在科技史上意义重大。它比其后英国气象局使用过的肖伯纳历要早八百多年。
地学的新发展
宋代地理学的成就，主要表现在设立专门机构和专业人员对图籍的广泛搜集与应用，对地图的高度重视，对周边地理与边防地图的
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