Надморска височина: дефиниция, измерване и приложение в авиация и география

Надморска височина означава височина над земята или над морското равнище. Чести употреби са в авиацията (летене, парашутизъм, планеризъм) и географията/геодезическите проучвания. В геометрията тя се използва и като височина на самия обект. Като цяло височината е разстоянието, на което едно нещо се намира над друго. Това е във вертикална посока или в посока „нагоре“. За височината на земната повърхност (например за хълмове и планини) се използва думата „надморска височина“, която често е по-точна. Алпинистите обикновено използват „надморска височина“, особено когато говорят за това как тя влияе на тялото. За сградите и други обекти на повърхността най-често се използва просто думата височина.

Вертикалните измервания на разстоянието в посока „надолу“ обикновено се наричат дълбочина.

Основни понятия и разграничения

В ежедневния език „височина“ и „надморска височина“ често се смесват, но има полезни разграничения:

Надморска височина (AMSL) – височината на точка спрямо средното морско равнище. Използва се за върхове, седловини, населени места, летища, метеорологични станции.
Височина над терена (AGL) – колко високо е нещо над непосредствената земята под него (например дрон лети на 120 m AGL над поле, което е на 650 m AMSL).
Дълбочина – вертикално разстояние надолу (напр. дълбочина на езеро, кладенец, пещера).

Измерване на надморската височина

Барометрични методи – барометричен висотомер изчислява височината по атмосферното налягане. Необходима е периодична калибрация (например на известна кота), тъй като времето и температурата влияят.
Сателитни системи (GNSS/GPS) – определят височината спрямо математически елипсоид. За земни приложения често се преобразува до ортометрична височина (над геоида/средното морско равнище). Точността вертикално е обичайно по-ниска от хоризонталната.
Радиовисотомер – измерва реалната височина над терена (AGL) с радиовълни; използва се в самолети на малка височина и при кацане.
Лидар и лазерни далекомери – високоточни измервания за геодезия и картография.
Оптични методи – геометрично и тригонометрично нивелиране с нивелири и теодолити/тотални станции; стандарт в географията/геодезическите проучвания.
Цифрови модели на релефа – DEM/DTM, създадени от сателитни и въздушни наблюдения, предоставят надморска височина за всяка точка от мрежата.

При практическо ползване е добре да се съчетават методи (напр. GNSS + барометър), да се отчита използваният вертикален датум (референтно ниво) и да се извършва калибрация на известна кота.

Надморска височина в авиацията

В авиацията се използват няколко специфични понятия и уреди, защото безопасността зависи от точната височина:

Показвана (indicated) височина – това, което чете пилотът от барометричния висотомер, при избрана настройка на налягането.
Истинска (true) височина – действителната надморска височина (AMSL), коригирана за температура и налягане.
Калибрирана височина – показната височина, коригирана за инструментални грешки и позиционни ефекти.
Давленческа височина (pressure altitude) – височината в стандартната атмосфера, на която би се получило измереното налягане (важна за изчисления).
Плътностна височина (density altitude) – отразява гъстотата на въздуха; критична за излитане/кацане и общата производителност на самолета. Топло време и високо летище означават по-голяма плътностна височина и по-дълги разбези.
AGL срещу AMSL – за пилотаж на малка височина, парашутизъм и вертолетни операции често се следи AGL (над терена), докато навигационните карти и минималните безопасни височини са в AMSL.

Алтиметрични настройки: QNH (висотомерът показва надморската височина на летището на земята), QFE (висотомерът показва 0 на прага на полосата), STD 1013.25 hPa (или 29.92 inHg) за полетни ешелони (FL) над преходната височина. Преходна височина/ешелон/слой гарантират вертикално отделяне между ВС.

Безопасност и физиология: С увеличаване на височината налягането и наличният кислород намаляват. Възникват риск от хипоксия, намалена работоспособност и по-ниско налягане в кабина при небалансирани системи. Регламентите изискват допълнителен кислород над определени височини. При парашутизъм височините за отделяне и отваряне са в AGL и се следят с баро/GPS висотомери.

Надморска височина в географията и геодезията

Ортометрична височина – височината над геоида (приблизително средното морско равнище); това е „класическата“ надморска височина по карти.
Елипсоидна височина – GNSS височината спрямо референтен елипсоид; преобразува се към ортометрична чрез геоидна корекция.
Геопотенциална височина – използва се в метеорологията за анализ на атмосферата.

Картографско представяне: изохипси (хоризонтали), хипсометрично оцветяване, коти на върхове и седловини, както и цифрови модели на релефа. Надморската височина влияе на климата, почвите и растителността (височинно пояси).

Примери: Връх Еверест е с надморска височина ~8849 m, докато бреговете на Мъртво море са под морското равнище (~−430 m). Съществуват и населени места на голяма височина, където животът и инфраструктурата се адаптират към по-рядък въздух.

Влияние на височината върху околната среда и човека

Атмосфера – налягането намалява с височината, температурата спада средно с около 6.5°C на 1000 m (среден вертикален градиент), увеличава се UV-излъчването.
Метеорология – облачна база, изотерми, ветрове и валежи зависят от релефа; планини създават орографски валежи и фьонови ветрове.
Готвене и бит – точката на кипене на водата намалява с височината; необходимо е по-дълго варене.
Здраве в планината – възможни са остри планински болести (главоболие, гадене, замайване), високопланински белодробен/мозъчен оток. Препоръчва се постепенно изкачване, хидратация и аклиматизация; при тежки симптоми – незабавно слизане.

Единици и преобразуване

Метри (m) – стандарт в науката, географията, топографските карти.
Футове (ft) – широко използвани в авиацията. Преобразуване: 1 ft = 0.3048 m; 1000 m ≈ 3281 ft.

Примери от практиката

Сгради и съоръжения – за обекти на земята се използва „височина“ (напр. височина на мост, кула). Точността често е до сантиметри при инженерни проекти.
Туризъм и планинарство – маршрутите се описват с обща денивелация (сума на изкачванията/спусканията) и максимална надморска височина; GPS-часовници комбинират барометър и GNSS.
Навигация и карти – контурните линии помагат за оценка на стръмнина и избор на трасе; надморските височини на проходи са ключови през зимата.

Дълбочина: измервания в посока „надолу“

Когато вертикалното разстояние се измерва надолу, говорим за дълбочина – например дълбочина на океана, езеро или шахта. В хидрографията се използва батиметрия; за подземни пространства – спелеометрия. Някои сушеви райони са под средното морско равнище и имат отрицателна надморска височина.

Височина в авиацията и космическите полети

В авиацията височината може да се измерва и показва по няколко различни начина. Височината е или от средното морско равнище (наричано още средно морско равнище или MSL), или от земята (наричано още надземно равнище или AGL).

Самолетите могат да определят височината си с помощта на въздушното налягане. Въздухът е толкова по-рядък, колкото по-високо се намира самолетът (и има по-малко налягане, защото отгоре го притиска по-малко въздух). Това налягане може да се измери и да се превърне във височина над морското равнище. Уредът за измерване на височината е висотомер (от altitude и meter). Обикновено висотомерът е вид барометър с циферблат, който показва разстоянието (футове или метри) вместо атмосферното налягане.

Съществуват няколко вида авиационна височина.

На прост език тези видове височини могат да бъдат обяснени като начини за измерване на надморската височина:

Показана височина -- това, което показва висотомерът за височината над морското равнище. Обикновено тя е доста добра, но понякога може да бъде заблудена, тъй като трябва да се регулира, за да използва местното барометрично налягане.
Истинска надморска височина -- Надморската височина като разстояние над морското равнище.
Абсолютна надморска височина -- Надморската височина като разстоянието над терена (земята) непосредствено под него (Above Ground Level).
Височина -- височина, изразена като разстояние над някаква точка. Тя може да се нарече и височина на терена. Радиовисотомерите измерват тази височина.
Надморска височина -- Надморска височина, измерена с помощта на въздушното налягане. Налягането на въздуха на морското равнище обикновено е 1013,25 милибара или 29,92" Hg, когато температурата на въздуха е 15 °C (59 °F). Височината под налягане и показаната височина са едни и същи, когато висотомерът е настроен да използва това стандартно ниво.
Плътностна височина -- височина, измерена чрез плътността на въздуха. Тя зависи от атмосферните условия (основно топлина и влажност). Съществува международна стандартна таблица за атмосферата, която преобразува плътността в надморска височина.

Плътността на въздуха също влияе върху работата на самолета. Височината на плътност се влияе от барометричното налягане, влажността и температурата. В много горещ ден надморската височина на плътността на въздуха на дадено летище (особено на такова на голяма надморска височина) може да е толкова висока, че самолетът да не може да излети. Това най-често засяга хеликоптери или самолети, които превозват голямо количество товари.

Сравнение на вертикалните разстояния

Области в атмосферата

Атмосферата на Земята е разделена на няколко области в зависимост от надморската височина. Регионите имат различни температури и ветрове и какви неща се намират в тях. Регионите са:

Тропосфера - на повърхността до 8000 м на северния и южния полюс - 18 000 м на екватора.
Стратосфера - тропосфера до 50 км (31 мили)
Мезосфера - Стратосфера до 85 км (53 мили)
Термосфера - мезосфера до 675 км (419 мили)
Екзосфера - Термосфера до 10 000 км

Голяма надморска височина и ниско въздушно налягане

Областите на повърхността на Земята или в нейната атмосфера, които се намират високо над средното морско равнище, се наричат високопланински. Често се казва, че голямата надморска височина започва на 2400 метра над морското равнище.

На голяма надморска височина атмосферното налягане е по-ниско от това на морското равнище. Това се дължи на два ефекта. Това са гравитацията и топлината във въздуха. Гравитацията прави така, че въздухът да е възможно най-близо до земята. Количеството топлина във въздуха кара молекулите да се движат бързо и да се притискат една към друга. Това кара въздуха да се разширява. Така че по-голямата част от въздуха ще бъде в долните слоеве на атмосферата, по-близо до морското равнище, а целият въздух, който се притиска един към друг, се нарича въздушно налягане. Така че налягането на въздуха е толкова по-малко, колкото по-високо се издигате.

Тъй като въздухът се разширява от топлината, той се издига на място, където налягането е по-ниско. Когато се издига, той може да се разширява и започва да се охлажда. Поради тази причина въздухът на голяма надморска височина е студен. Това води до алпийски климат. Този климат влияе на екологията на голяма надморска височина.

Ефекти на високата надморска височина върху хората

Надморската височина над 1500 метра започва да влияе на хората. Хората не могат да живеят на много голяма надморска височина над 5500-6000 метра (18 000-19 700 фута). Атмосферното налягане намалява на голяма надморска височина. Това се отразява на хората, тъй като има по-малко кислород за дишане. Това може да доведе до заболявания като височинна болест, височинен белодробен оток (течност в белите дробове) и височинен мозъчен оток (течност в мозъка, причиняваща главоболие и объркване).

Човешкият организъм може да се справи с голямата надморска височина чрез по-бързо дишане, по-висок сърдечен ритъм и промяна на самата кръв, за да има повече червени кръвни телца, които могат да пренасят кислород. Това може да се случи за дни или седмици. Това работи при хората, които живеят във високите планини, и при алпинистите. За планинарите това се нарича аклиматизация. Пилотите и други хора, които бързо отиват на голяма височина, трябва да са в скафандър, костюм под налягане или в самолет под налягане, така че въздухът да е все още същият като на земята. На височина над 8000 м човешкото тяло не може да извърши необходимите промени и в крайна сметка умира. Няколко от най-високите планини в света са толкова високи, алпинистите обикновено вземат със себе си кислородни бутилки и остават само няколко часа на най-високите нива.

При хората, живеещи на по-голяма надморска височина, процентът на самоубийствата е по-висок. Причината за това все още не е известна.

Въпроси и отговори

В: Какво е надморска височина?

О: Надморската височина е височината над земята или над морското равнище.

В: Какви са някои общи употреби на височината?

О: Някои от най-често срещаните употреби на височината включват авиация (летене, парашутизъм, планеризъм) и география/геодезия.

В: Как се използва височината в геометрията?

О: Височината се използва в геометрията като височина на самия обект.

В: Какво е общото определение за височина?

О: Най-общо височината е разстоянието, на което едно нещо се намира над друго във вертикална посока или "нагоре".

В: Кой термин обикновено се използва за височината на земята?

О: За височината на земята се използва и думата "надморска височина", която може би е по-добър избор.

В: Кой термин обикновено се използва от алпинистите?

О: Алпинистите обикновено използват думата надморска височина, особено когато говорят за това как тя влияе на тялото.

В: Какъв термин обикновено се използва за измерване на вертикално разстояние в посока "надолу"?

О: Измерванията на вертикалното разстояние в посока "надолу" обикновено се наричат дълбочина.