stringtranslate.com

Высота

Высота — это измерение расстояния, обычно в вертикальном направлении или направлении «вверх», между опорной точкой и точкой или объектом. Точное определение и исходные данные варьируются в зависимости от контекста (например, авиация, геометрия, географическая съемка, спорт или атмосферное давление). Хотя термин «высота» обычно используется для обозначения высоты места над уровнем моря , в географии для этого использования часто предпочитают термин «высота» .

Измерения вертикального расстояния в направлении «вниз» обычно называют глубиной .

В авиации

Типовой Боинг 737-800, летящий на высоте 32 000 футов. Под ним — сгусток облаков. Над ним яркое, голубое небо.
Боинг 737-800 летает в стратосфере , где авиалайнеры обычно курсируют, чтобы избежать бурной турбулентности в тропосфере . Синий слой — это озоновый слой , исчезающий дальше к мезосфере . Озон нагревает стратосферу, делая условия стабильными . Стратосфера также является пределом высоты для реактивных самолетов и метеозондов , поскольку плотность воздуха там составляет примерно 1/1000 плотности воздуха в тропосфере. [1]
Сравнение вертикальных расстояний

Термин «высота» может иметь несколько значений и всегда уточняется путем явного добавления модификатора (например, «истинная высота») или неявно через контекст сообщения. Стороны, обменивающиеся информацией о высоте, должны четко понимать, какое определение используется.

Высота полета воздуха измеряется с использованием либо среднего уровня моря (MSL), либо местного уровня земли (над уровнем земли, или AGL) в качестве исходной точки отсчета.

Барометрическая высота, разделенная на 100 футов (30 м), представляет собой эшелон полета и используется выше высоты перехода (18 000 футов (5 500 м) в США, но может достигать 3 000 футов (910 м) в других юрисдикциях). Таким образом, когда высотомер считывает эшелон полета для конкретной страны на стандартной настройке давления, считается, что самолет находится на «эшелоне полета XXX/100» (где XXX — высота перехода). При полете на эшелоне высотомер всегда установлен на стандартное давление (29,92  дюйма рт. ст . или 1013,25  гПа ).

На кабине экипажа основным прибором для измерения высоты является барометрический высотомер , который представляет собой барометр-анероид с передней панелью, указывающей расстояние (футы или метры) вместо атмосферного давления .

В авиации существует несколько типов высоты:

Эти типы высоты можно объяснить проще как различные способы измерения высоты:

На спутниковых орбитах

Области низкой (голубой) и средней (желтый) околоземной орбиты в масштабе. Черная пунктирная линия — геостационарная орбита. Зеленая пунктирная линия — это орбита длиной 20 230 км, используемая для спутников GPS .
Трансатмосферная орбита (ТАО)
Геоцентрические орбиты с высотой в апогее более 100 км (62 миль) и перигеем , пересекающимся с определенной атмосферой . [4]
Низкая околоземная орбита (НОО)
Геоцентрические орбиты высотой от 160 км (100 миль) до 2000 км (1200 миль) над средним уровнем моря . На высоте 160 км один оборот занимает примерно 90 минут, а круговая орбитальная скорость составляет 8 км/с (26 000 футов/с).
Средняя околоземная орбита (СОО)
Геоцентрические орбиты с высотой в апогее от 2000 км (1200 миль) до высоты геосинхронной орбиты 35 786 км (22 236 миль).
Геосинхронная орбита (GEO)
Геоцентрическая круговая орбита высотой 35 786 км (22 236 миль). Период обращения равен одним сидерическим суткам , совпадающим с периодом вращения Земли. Скорость составляет примерно 3 км/с (9800 футов/с).
Высокая околоземная орбита (HEO)
Геоцентрические орбиты с высотой в апогее выше, чем у геостационарной орбиты. Особым случаем высокой околоземной орбиты является высокоэллиптическая орбита , где высота в перигее составляет менее 2000 км (1200 миль). [5]

В атмосферных исследованиях

Слои атмосферы

Атмосфера Земли разделена на несколько высотных областей. Эти регионы начинаются и заканчиваются на разной высоте в зависимости от сезона и расстояния от полюсов. Указанные ниже высоты являются средними: [6]

Линия Кармана , расположенная на высоте 100 километров (62 миль) над уровнем моря , по соглашению определяет границу между атмосферой и космосом . [7] Термосфера и экзосфера (наряду с высшими частями мезосферы) представляют собой области атмосферы, которые условно определяются как космос.

Большая высота и низкое давление

Области на поверхности Земли (или в ее атмосфере), расположенные высоко над средним уровнем моря, называются высокогорными . Иногда определяют, что большая высота начинается с высоты 2400 метров (8000 футов) над уровнем моря. [8] [9] [10]

На большой высоте атмосферное давление ниже, чем на уровне моря. Это происходит из-за двух конкурирующих физических эффектов: гравитации, которая заставляет воздух находиться как можно ближе к земле; и теплосодержание воздуха, которое заставляет молекулы отскакивать друг от друга и расширяться. [11]

Температурный профиль

Температурный профиль атмосферы является результатом взаимодействия излучения и конвекции . Солнечный свет видимого спектра падает на землю и нагревает ее. Земля затем нагревает воздух на поверхности. Если бы излучение было единственным способом передачи тепла от земли в космос, парниковый эффект газов в атмосфере поддерживал бы температуру земли примерно 333 К (60 ° C; 140 ° F), а температура падала бы экспоненциально с высотой. [12]

Однако когда воздух горячий, он имеет тенденцию расширяться, что снижает его плотность. Таким образом, горячий воздух имеет тенденцию подниматься вверх и передавать тепло вверх. Это процесс конвекции . Конвекция приходит в равновесие, когда порция воздуха на данной высоте имеет ту же плотность, что и окружающая ее среда. Воздух — плохой проводник тепла, поэтому часть воздуха будет подниматься и опускаться, не обмениваясь теплом. Это известно как адиабатический процесс , который имеет характерную кривую зависимости давления от температуры. По мере снижения давления температура снижается. Скорость снижения температуры с высотой известна как адиабатический градиент , который составляет примерно 9,8 °C на километр (или 5,4 °F [3,0 °C] на 1000 футов) высоты. [12]

Наличие воды в атмосфере усложняет процесс конвекции. Водяной пар содержит скрытую теплоту парообразования . Когда воздух поднимается и охлаждается, он в конечном итоге становится насыщенным и не может удерживать необходимое количество водяного пара. Водяной пар конденсируется (образуя облака ) и выделяет тепло, которое изменяет скорость градиента от сухоадиабатического градиента к влажно-адиабатическому градиенту (5,5 °C на километр или 3 °F [1,7 °C] на 1000 футов). [13] Международная организация гражданской авиации (ИКАО) определяет в среднем международную стандартную атмосферу (ISA) с отклонением температуры 6,49 °C на километр (3,56 °F на 1000 футов). [14] Фактическая скорость изменения может варьироваться в зависимости от высоты и местоположения.

Наконец, только тропосфера (приблизительно до 11 километров (36 000 футов) над уровнем моря) в атмосфере Земли подвергается заметной конвекции; в стратосфере вертикальная конвекция незначительна. [15]

Воздействие на организмы

Люди

Медицина признает, что высоты выше 1500 метров (4900 футов) начинают влиять на людей [16] , и нет никаких записей о том, что люди жили на экстремальных высотах выше 5500–6000 метров (18 000–19 700 футов) в течение более двух лет. [17] По мере увеличения высоты атмосферное давление снижается, что влияет на человека за счет снижения парциального давления кислорода . [18] Недостаток кислорода на высоте более 2400 метров (8000 футов) может вызвать серьезные заболевания, такие как высотная болезнь , высотный отек легких и высотный отек мозга . [10] Чем выше высота, тем более вероятны серьезные последствия. [10] Человеческое тело может адаптироваться к большой высоте за счет более быстрого дыхания, более высокой частоты сердечных сокращений и изменения химического состава крови. [19] [20] Адаптация к большой высоте может занять дни или недели. Однако на высоте более 8000 метров (26000 футов) (в « зоне смерти ») акклиматизация на высоте становится невозможной. [21]

Среди постоянных жителей на больших высотах общий уровень смертности значительно ниже. [22] Кроме того, существует зависимость «доза-эффект» между увеличением высоты и снижением распространенности ожирения в Соединенных Штатах. [23] Кроме того, недавняя гипотеза предполагает, что большая высота может защищать от болезни Альцгеймера за счет действия эритропоэтина, гормона, вырабатываемого почками в ответ на гипоксию. [24] Однако у людей, живущих на возвышенностях, статистически значимо более высокий уровень самоубийств. [25] Причина повышенного риска самоубийств пока неизвестна. [25]

Спортсмены

Для спортсменов большая высота оказывает два противоречивых эффекта на производительность. Для взрывных видов спорта (спринт на 400 метров, прыжки в длину , тройной прыжок ) снижение атмосферного давления означает меньшее сопротивление атмосферы, что обычно приводит к улучшению спортивных результатов. [26] В соревнованиях на выносливость (забеги на 5000 метров и более) преобладающим эффектом является снижение содержания кислорода, что обычно снижает работоспособность спортсмена на большой высоте. Спортивные организации признают влияние высоты на результативность: Международная ассоциация спортивных федераций (ИААФ), например, отмечает рекордные результаты, достигнутые на высоте более 1000 метров (3300 футов), буквой «А». [27]

Спортсмены также могут воспользоваться акклиматизацией на высоте, чтобы улучшить свои результаты. Те же изменения, которые помогают организму справляться с большой высотой, повышают производительность на уровне моря. [28] [29] Эти изменения лежат в основе горной подготовки , которая является неотъемлемой частью подготовки спортсменов в ряде видов спорта на выносливость, включая легкую атлетику, бег на длинные дистанции, триатлон, езду на велосипеде и плавание.

Другие организмы

Снижение доступности кислорода и понижение температуры усложняют жизнь на большой высоте. Несмотря на такие условия окружающей среды, многие виды успешно адаптировались на больших высотах . Животные развили физиологические адаптации для улучшения поглощения и доставки кислорода к тканям, которые можно использовать для поддержания метаболизма. Стратегии, используемые животными для адаптации к большой высоте, зависят от их морфологии и филогении . Например, мелкие млекопитающие сталкиваются с проблемой поддержания тепла тела при низких температурах из-за небольшого соотношения объема к площади поверхности. Поскольку кислород используется в качестве источника метаболического производства тепла, гипобарическая гипоксия на больших высотах проблематична.

Существует также общая тенденция к меньшим размерам тела и меньшему видовому богатству на больших высотах, вероятно, из-за более низкого парциального давления кислорода. [30] Эти факторы могут снизить продуктивность в высокогорных средах обитания, а это означает, что будет меньше энергии, доступной для потребления, роста и деятельности. [31]

Однако некоторые виды, например птицы, прекрасно себя чувствуют на большой высоте. [32] Птицы процветают благодаря физиологическим особенностям, которые выгодны для полета на большой высоте.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "Стратосфера - обзор" . scied.ucar.edu . Университетская корпорация по исследованию атмосферы . Проверено 6 февраля 2021 г.
  2. ^ ab Руководство по радиотелефонии . Управление гражданской авиации Великобритании. 1 января 1995 г. ISBN. 978-0-86039-601-7. КАП413.
  3. ^ abc Аэронавигация . Департамент ВВС. 1 декабря 1989 г. AFM 51-40.
  4. ^ Макдауэлл, Джонатан (24 мая 1998 г.). «Космический отчет Джонатана». Трансатмосферная орбита (ТАО): орбитальный полет с перигеем менее 80 км, но больше нуля. Потенциально используется в миссиях с аэродинамическим торможением и заатмосферных транспортных средствах, а также на некоторых временных этапах орбитального полета (например, STS до OMS-2, некоторые сбои при отсутствии перезапуска в апогее)
  5. ^ Определения геоцентрических орбит из Центра космических полетов Годдарда. Архивировано 27 мая 2010 г., в Wayback Machine.
  6. ^ «Слои атмосферы». JetStream, онлайн-школа погоды Национальной метеорологической службы . Национальная метеорологическая служба. Архивировано из оригинала 19 декабря 2005 года . Проверено 22 декабря 2005 г.
  7. ↑ Доктор С. Санс Фернандес де Кордова (24 июня 2004 г.). «Раница 100 км для космонавтики». Международная авиационная федерация . Архивировано из оригинала 9 августа 2011 года.
  8. ^ Медицинский словарь Нового Света Вебстера. Уайли. 2008. ISBN 978-0-470-18928-3. Архивировано из оригинала 8 декабря 2011 года . Проверено 27 апреля 2010 г.
  9. ^ «Учебник по высоте». Международное общество горной медицины. Архивировано из оригинала 19 июля 2011 года . Проверено 22 июня 2011 г.
  10. ^ abc Саймерман, А; Рок, ПБ (1994). «Медицинские проблемы в высокогорных условиях. Справочник для медицинских работников». УСАРИЕМ-TN94-2. Исследовательский институт армии США. Технический отчет отдела экологической медицины, термальной и горной медицины. Архивировано из оригинала 23 апреля 2009 года . Проверено 5 марта 2009 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  11. ^ «Атмосферное давление». НОВА Онлайн Эверест . Служба общественного вещания. Архивировано из оригинала 25 января 2009 года . Проверено 23 января 2009 г.
  12. ^ аб Гуди, Ричард М.; Уокер, Джеймс К.Г. (1972). «Температура атмосферы» (PDF) . Атмосфера . Прентис-Холл. Архивировано из оригинала (PDF) 29 июля 2016 года . Проверено 2 мая 2016 г.
  13. ^ «Скорость сухоадиабатического отклонения» . tpub.com. Архивировано из оригинала 3 июня 2016 года . Проверено 2 мая 2016 г.
  14. ^ Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (расширено до 80 километров (262 500 футов)) (Третье изд.). Международная организация гражданской авиации . 1993. ISBN 978-92-9194-004-2. Док 7488-CD.
  15. ^ «Стратосфера: обзор». УКАР . Проверено 2 мая 2016 г.
  16. ^ "Учебное пособие по высоте для неврачей" . Международное общество горной медицины. Архивировано из оригинала 23 декабря 2005 года . Проверено 22 декабря 2005 г.
  17. ^ Уэст, Дж. Б. (2002). «Высшее постоянное человеческое жилище». Высотная медицинская биология . 3 (4): 401–407. дои : 10.1089/15270290260512882. ПМИД  12631426.
  18. ↑ Пикок, Эндрю Дж (17 октября 1998 г.). «Кислород на большой высоте». Британский медицинский журнал . 317 (7165): 1063–1066. дои : 10.1136/bmj.317.7165.1063. ПМЦ 1114067 . ПМИД  9774298. 
  19. ^ Янг, Эндрю Дж.; Ривз, Джон Т. (2002). «21». Адаптация человека к большой высоте над уровнем моря. В: Медицинские аспекты суровых условий окружающей среды . Том. 2. Институт Бордена, Вашингтон, округ Колумбия. Архивировано из оригинала 11 января 2009 года.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  20. ^ Муза, СР; Фулко, CS; Саймерман, А (2004). «Руководство по высотной акклиматизации». Исследовательский институт армии США. Технический отчет отдела экологической медицины, термальной и горной медицины (USARIEM–TN–04–05). Архивировано из оригинала 23 апреля 2009 года . Проверено 5 марта 2009 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  21. ^ «Эверест: Зона смерти». Нова . ПБС. 24 февраля 1998 г.
  22. ^ Уэст, Джон Б. (январь 2011 г.). «Захватывающие времена в изучении постоянных жителей большой высоты». Высотная медицина и биология . 12 (1): 1. дои :10.1089/ham.2011.12101. ПМИД  21452955.
  23. ^ Восс, Джей Ди; Масуока, П; Уэббер, Би Джей; Шер, А.И.; Аткинсон, Р.Л. (2013). «Связь высоты над уровнем моря, урбанизации и температуры окружающей среды с распространенностью ожирения в Соединенных Штатах». Международный журнал ожирения . 37 (10): 1407–1412. дои : 10.1038/ijo.2013.5 . ПМИД  23357956.
  24. ^ Исмаилов, Р.М. (июль – сентябрь 2013 г.). «Эритропоэтин и эпидемиология болезни Альцгеймера». Альцгеймер Дис. доц. Разлад . 27 (3): 204–6. дои : 10.1097/WAD.0b013e31827b61b8. PMID  23314061. S2CID  32245379.
  25. ^ аб Бреннер, Барри; Ченг, Дэвид; Кларк, воскресенье; Камарго, Карлос А. младший (весна 2011 г.). «Положительная связь между высотой над уровнем моря и самоубийством в 2584 округах США». Высотная медицина и биология . 12 (1): 31–5. дои : 10.1089/ham.2010.1058. ПМК 3114154 . ПМИД  21214344. 
  26. ^ Уорд-Смит, AJ (1983). «Влияние аэродинамических и биомеханических факторов на результативность прыжков в длину». Журнал биомеханики . 16 (8): 655–658. дои : 10.1016/0021-9290(83)90116-1. ПМИД  6643537.
  27. ^ «Мировые списки ИААФ в закрытых помещениях 2012» (PDF) . Статистическое управление ИААФ. 9 марта 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2013 г.
  28. ^ Верлин, JP; Зюст, П; Халлен, Дж; Марти, Б. (июнь 2006 г.). «Живи высоко — тренируйся низко в течение 24 дней увеличивает массу гемоглобина и объем эритроцитов у элитных спортсменов, занимающихся выносливостью». Дж. Прил. Физиол . 100 (6): 1938–45. doi : 10.1152/japplphysical.01284.2005. ПМИД  16497842.
  29. ^ Гор, CJ; Кларк, ЮАР; Сондерс, Пенсильвания (сентябрь 2007 г.). «Негематологические механизмы улучшения показателей уровня моря после гипоксического воздействия». Медико-научные спортивные упражнения . 39 (9): 1600–9. дои : 10.1249/mss.0b013e3180de49d3 . ПМИД  17805094.
  30. ↑ Якобсен, декан (24 сентября 2007 г.). «Низкое давление кислорода как движущий фактор высотного снижения таксонного богатства речных макробеспозвоночных». Экология . 154 (4): 795–807. Бибкод : 2008Oecol.154..795J. doi : 10.1007/s00442-007-0877-x. PMID  17960424. S2CID  484645.
  31. ^ Расмуссен, Джозеф Б.; Робинсон, Майкл Д.; Хонтела, Алиса; Хит, Дэниел Д. (8 июля 2011 г.). «Метаболические особенности беспощадной форели Вестслопа, завезенной радужной форели и ее гибридов в экотональную гибридную зону вдоль градиента высоты». Биологический журнал Линнеевского общества . 105 : 56–72. дои : 10.1111/j.1095-8312.2011.01768.x .
  32. ^ Маккракен, КГ; Баргер, CP; Булгарелла, М; Джонсон, КП; и другие. (октябрь 2009 г.). «Параллельная эволюция основных генов гемоглобина восьми видов андских водоплавающих птиц». Молекулярная эволюция . 18 (19): 3992–4005. дои : 10.1111/j.1365-294X.2009.04352.x. PMID  19754505. S2CID  16820157.

Внешние ссылки