stringtranslate.com

Высота

Высота — это вертикальное измерение между точкой отсчета и объектом.

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

В авиации высота обычно измеряется относительно среднего уровня моря или над уровнем земли для обеспечения безопасной навигации и полетов. В геометрии и географических исследованиях высота помогает создавать точные топографические карты и понимать высоту местности. Для высокогорного треккинга и спорта знание и адаптация к высоте жизненно важны для производительности и безопасности. Большие высоты означают снижение уровня кислорода, что может привести к высотной болезни, если не принять надлежащие меры по акклиматизации.

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

В авиации

Обычный Boeing 737-800, летящий на высоте 32 000 футов. Под ним — стая облаков. Над ним — яркое, окружающее голубое небо.
Boeing 737-800 летит в стратосфере , где обычно летают авиалайнеры , чтобы избежать турбулентности, свирепствующей в тропосфере . Синий слой — это озоновый слой , исчезающий далее в 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 от плотности в тропосфере. [1]
Сравнение вертикальных расстояний

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

Высота полета по воздуху измеряется с использованием в качестве опорной точки либо среднего уровня моря (MSL), либо местного уровня земли (над уровнем земли, или AGL).

Барометрическая высота, деленная на 100 футов (30 м), является эшелоном полета и используется выше высоты перехода (18 000 футов (5 500 м) в США, но может быть ниже 3 000 футов (910 м) в других юрисдикциях). Таким образом, когда высотомер показывает эшелон полета, специфичный для страны, при стандартной настройке давления, говорят, что самолет находится на «эшелоне полета XXX/100» (где XXX — высота перехода). При полете на эшелоне полета 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 , представляющий собой барометр-анероид с передней циферблатом, показывающим расстояние (в футах или метрах) вместо атмосферного давления .

В авиации существует несколько типов высот:

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

На спутниковых орбитах

Низкая (голубая) и средняя (желтая) области орбиты Земли в масштабе. Черная пунктирная линия — геосинхронная орбита. Зеленая пунктирная линия — орбита высотой 20 230 км, используемая для спутников GPS .
Трансатмосферная орбита (ТАО)
Геоцентрические орбиты с высотами в апогее более 100 км (62 мили) и перигеем , который пересекается 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 приблизительно 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 (ГСО)
Геоцентрическая круговая орбита высотой 35 786 км (22 236 миль). Период орбиты равен одним звездным суткам , что совпадает с периодом вращения Земли. Скорость составляет около 3 км/с (9 800 футов/с).
Высокая околоземная орбита (HEO)
Геоцентрические орбиты с высотами в апогее выше, чем у геосинхронной орбиты. Особым случаем высокой околоземной орбиты является высокоэллиптическая орбита , где высота в перигее составляет менее 2000 км (1200 миль). [5]

В атмосферных исследованиях

Атмосферные слои

Атмосфера Земли разделена на несколько высотных областей. Эти области начинаются и заканчиваются на разных высотах в зависимости от сезона и расстояния от полюсов. Высоты, указанные ниже, являются средними: [6]

Линия Кармана , на высоте 100 километров (62 мили) над уровнем моря , по соглашению определяет границу между атмосферой и космосом . [7] Термосфера и экзосфера (вместе с более высокими частями мезосферы) являются областями атмосферы, которые традиционно определяются как космос.

Большая высота и низкое давление

Регионы на поверхности Земли (или в ее атмосфере), которые находятся высоко над средним уровнем моря, называются большой высотой . Большая высота иногда определяется как начинающаяся на высоте 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 быть максимально близко к земле; и теплосодержания воздуха, которое заставляет молекулы отскакивать друг от друга и расширяться. [11]

Температурный профиль

Температурный профиль атмосферы является результатом взаимодействия между излучением и конвекцией . Солнечный свет в видимом спектре падает на землю и нагревает ее. Затем земля нагревает воздух у поверхности. Если бы излучение было единственным способом передачи тепла от земли в космос, парниковый эффект газов в атмосфере поддерживал бы температуру земли примерно на уровне 333 К (60 °C; 140 °F), а температура экспоненциально уменьшалась бы с высотой. [12]

Однако, когда воздух горячий, он имеет тенденцию расширяться, что снижает его плотность. Таким образом, горячий воздух имеет тенденцию подниматься и переносить тепло вверх. Это процесс конвекции . Конвекция приходит в равновесие, когда часть воздуха на данной высоте имеет ту же плотность, что и его окружение. Воздух является плохим проводником тепла, поэтому часть воздуха будет подниматься и опускаться без обмена теплом. Это известно как адиабатический процесс , который имеет характерную кривую давление-температура. По мере того, как давление становится ниже, температура уменьшается. Скорость снижения температуры с высотой известна как адиабатический градиент , который составляет приблизительно 9,8 °C на километр (или 5,4 °F [3,0 °C] на 1000 футов) высоты. [12]

Присутствие воды в атмосфере усложняет процесс конвекции. Водяной пар содержит скрытую теплоту испарения . По мере того, как воздух поднимается и охлаждается, он в конечном итоге становится насыщенным и не может удерживать свое количество водяного пара. Водяной пар конденсируется (образуя облака ) и выделяет тепло, которое изменяет вертикальный градиент с сухого адиабатического на влажный адиабатический градиент (5,5 °C на километр или 3 °F [1,7 °C] на 1000 футов). [13] В качестве среднего значения Международная организация гражданской авиации (ИКАО) определяет международную стандартную атмосферу (ISA) с температурным градиентом 6,49 °C на километр (3,56 °F на 1000 футов). [14] Фактическая вертикальная скорость может варьироваться в зависимости от высоты и местоположения.

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

Воздействие на организмы

Люди

Медицина признает, что высоты более 1500 метров (4900 футов) начинают влиять на людей, [16] и нет никаких записей о людях, живущих на экстремальных высотах более 5500–6000 метров (18 000–19 700 футов) более двух лет. [17] По мере увеличения высоты атмосферное давление уменьшается, что влияет на людей, снижая парциальное давление кислорода . [18] Недостаток кислорода выше 2400 метров (8000 футов) может вызвать серьезные заболевания, такие как высотная болезнь , высотный отек легких и высотный отек мозга . [10] Чем больше высота, тем больше вероятность серьезных последствий. [10] Человеческий организм может адаптироваться к большой высоте , дыша чаще, имея более высокую частоту сердечных сокращений и регулируя химию крови. [19] [20] Адаптация к большой высоте может занять дни или недели. Однако выше 8000 метров (26000 футов) (в « зоне смерти ») высотная акклиматизация становится невозможной. [21]

Уровень общей смертности среди постоянных жителей на больших высотах значительно ниже. [22] Кроме того, существует зависимость «доза-реакция» между увеличением высоты и снижением распространенности ожирения в Соединенных Штатах. [23] Кроме того, недавняя гипотеза предполагает, что большая высота может защищать от болезни Альцгеймера посредством действия эритропоэтина, гормона, выделяемого почками в ответ на гипоксию. [24] Однако люди, живущие на больших высотах, имеют 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 до 400 метров, прыжки в длину , тройные прыжки ) снижение атмосферного давления означает меньшее сопротивление атмосферы, что обычно приводит к улучшению спортивных результатов. [26] Для видов спорта на выносливость (гонки на 5000 метров и более) преобладающим эффектом является снижение кислорода, что обычно снижает производительность спортсмена на большой высоте. Спортивные организации признают влияние высоты на производительность: Международная ассоциация легкоатлетических федераций (IAAF), например, отмечает рекордные результаты, достигнутые на высоте более 1000 метров (3300 футов), буквой «A». [27]

Спортсмены также могут воспользоваться акклиматизацией на высоте, чтобы повысить свои результаты. Те же изменения, которые помогают организму справляться с большой высотой, повышают результаты на уровне моря. [28] [29] Эти изменения являются основой тренировок на высоте , которые являются неотъемлемой частью тренировок спортсменов в ряде видов спорта на выносливость, включая легкую атлетику, бег на длинные дистанции, триатлон, велоспорт и плавание.

Другие организмы

Снижение доступности кислорода и понижение температуры делают жизнь на большой высоте сложной. Несмотря на эти условия окружающей среды, многие виды успешно адаптировались на больших высотах . Животные выработали физиологические адаптации для улучшения поглощения и доставки кислорода к тканям, которые могут использоваться 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 их малого соотношения объема к площади поверхности. Поскольку кислород используется в качестве источника метаболического производства тепла, гипобарическая гипоксия на больших высотах является проблематичной.

Также наблюдается общая тенденция к уменьшению размеров тела и снижению видового богатства на больших высотах, вероятно, из-за более низкого парциального давления кислорода. [30] Эти факторы могут снижать продуктивность в высокогорных местообитаниях, что означает, что будет меньше энергии, доступной для потребления, роста и активности. [31]

Однако некоторые виды, такие как птицы, процветают на большой высоте. [32] Птицы процветают благодаря физиологическим особенностям, которые выгодны для полетов на большой высоте.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Стратосфера - обзор". scied.ucar.edu . Университетская корпорация по атмосферным исследованиям . Получено 6 февраля 2021 г. .
  2. ^ ab Radiotelephony Manual . UK Civil Aviation Authority. 1 января 1995 г. ISBN 978-0-86039-601-7. CAP413.
  3. ^ abc Air Navigation . Департамент ВВС. 1 декабря 1989 г. AFM 51-40.
  4. ^ Макдауэлл, Джонатан (24 мая 1998 г.). "Jonathan's Space Report". Трансатмосферная орбита (TAO): орбитальный полет с перигеем менее 80 км, но более нуля. Потенциально используется в миссиях по аэроторможению и трансатмосферных аппаратах, а также на некоторых временных этапах орбитального полета (например, STS до OMS-2, некоторые сбои при отсутствии перезапуска апогея)
  5. ↑ Определения геоцентрических орбит от Центра космических полетов имени Годдарда. Архивировано 27 мая 2010 г. на Wayback Machine.
  6. ^ "Слои атмосферы". JetStream, Национальная метеорологическая служба Онлайн-школа погоды . Национальная метеорологическая служба. Архивировано из оригинала 19 декабря 2005 года . Получено 22 декабря 2005 года .
  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. ^ Новый всемирный медицинский словарь Вебстера. Wiley. 2008. ISBN 978-0-470-18928-3. Архивировано из оригинала 8 декабря 2011 . Получено 27 апреля 2010 .
  9. ^ "An Altitude Tutorial". Международное общество горной медицины. Архивировано из оригинала 19 июля 2011 г. Получено 22 июня 2011 г.
  10. ^ abc Cymerman, A; Rock, PB (1994). "Медицинские проблемы в условиях высокогорья. Справочник для медицинских работников". USARIEM-TN94-2. Технический отчет отдела термальной и горной медицины Исследовательского института экологической медицины армии США. Архивировано из оригинала 23 апреля 2009 г. Получено 5 марта 2009 г. {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  11. ^ "Атмосферное давление". NOVA Online Everest . Служба общественного вещания. Архивировано из оригинала 25 января 2009 года . Получено 23 января 2009 года .
  12. ^ ab Goody, Richard M.; Walker, James CG (1972). "Atmospheric Temperatures" (PDF) . Atmospheres . Prentice-Hall. Архивировано из оригинала (PDF) 29 июля 2016 года . Получено 2 мая 2016 года .
  13. ^ "Скорость сухого адиабатического градиента". tpub.com. Архивировано из оригинала 3 июня 2016 года . Получено 2 мая 2016 года .
  14. ^ Руководство по стандартной атмосфере ИКАО (расширенное до 80 километров (262 500 футов)) (Третье издание). Международная организация гражданской авиации . 1993. ISBN 978-92-9194-004-2. Док 7488-CD.
  15. ^ "Стратосфера: обзор". UCAR . Получено 2 мая 2016 г.
  16. ^ "Non-Physician Altitude Tutorial". Международное общество горной медицины. Архивировано из оригинала 23 декабря 2005 г. Получено 22 декабря 2005 г.
  17. ^ Уэст, Дж. Б. (2002). «Высочайшее постоянное место обитания человека». Медицинская биология высокогорья . 3 (4): 401–407. doi :10.1089/15270290260512882. PMID  12631426.
  18. ^ Peacock, Andrew J (17 октября 1998 г.). «Кислород на большой высоте». British Medical Journal . 317 (7165): 1063–1066. doi :10.1136/bmj.317.7165.1063. PMC 1114067. PMID  9774298 . 
  19. ^ Янг, Эндрю Дж.; Ривз, Джон Т. (2002). "21". Адаптация человека к большой высоте над уровнем моря. В: Медицинские аспекты суровых условий . Том 2. Институт Бордена, Вашингтон, округ Колумбия. Архивировано из оригинала 11 января 2009 г.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  20. ^ Muza, SR; Fulco, CS; Cymerman, A (2004). «Руководство по акклиматизации на высоте». Технический отчет отдела термальной и горной медицины Исследовательского института армии США по вопросам экологической медицины (USARIEM–TN–04–05). Архивировано из оригинала 23 апреля 2009 г. Получено 5 марта 2009 г.{{cite journal}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  21. ^ "Эверест: Зона смерти". Nova . PBS. 24 февраля 1998 г.
  22. ^ Уэст, Джон Б. (январь 2011 г.). «Захватывающие времена в изучении постоянных жителей высокогорья». Медицина и биология высокогорья . 12 (1): 1. doi :10.1089/ham.2011.12101. PMID  21452955.
  23. ^ Восс, Дж. Д.; Масуока, П.; Веббер, Б. Дж.; 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. doi : 10.1038/ijo.2013.5 . PMID  23357956.
  24. ^ Исмаилов, Р. М. (июль–сентябрь 2013 г.). «Эритропоэтин и эпидемиология болезни Альцгеймера». Alzheimer Dis. Assoc. Disord . 27 (3): 204–6. doi :10.1097/WAD.0b013e31827b61b8. PMID  23314061. S2CID  32245379.
  25. ^ ab Бреннер, Барри; Ченг, Дэвид; Кларк, Сандей; Камарго, Карлос А. младший (весна 2011 г.). «Положительная связь между высотой и самоубийствами в 2584 округах США». High Altitude Medicine & Biology . 12 (1): 31–5. doi :10.1089/ham.2010.1058. PMC 3114154. PMID  21214344 . 
  26. ^ Уорд-Смит, А. Дж. (1983). «Влияние аэродинамических и биомеханических факторов на результаты прыжков в длину». Журнал биомеханики . 16 (8): 655–658. doi :10.1016/0021-9290(83)90116-1. PMID  6643537.
  27. ^ "IAAF World Indoor Lists 2012" (PDF) . Статистическое бюро IAAF. 9 марта 2012 г. Архивировано из оригинала (PDF) 22 октября 2013 г.
  28. ^ Wehrlin, JP; Zuest, P; Hallén, J; Marti, B (июнь 2006 г.). «Живите высоко — тренируйтесь низко в течение 24 дней, это увеличивает массу гемоглобина и объем эритроцитов у элитных спортсменов на выносливость». J. Appl. Physiol . 100 (6): 1938–45. doi :10.1152/japplphysiol.01284.2005. PMID  16497842.
  29. ^ Гор, CJ; Кларк, SA; Сондерс, PU (сентябрь 2007 г.). «Негематологические механизмы улучшения показателей на уровне моря после гипоксического воздействия». Med Sci Sports Exerc . 39 (9): 1600–9. doi : 10.1249/mss.0b013e3180de49d3 . PMID  17805094.
  30. ^ Якобсен, Дин (24 сентября 2007 г.). «Низкое давление кислорода как движущий фактор снижения таксономического богатства макробеспозвоночных рек с высотой». Oecologia . 154 (4): 795–807. Bibcode :2008Oecol.154..795J. doi :10.1007/s00442-007-0877-x. PMID  17960424. S2CID  484645.
  31. ^ Расмуссен, Джозеф Б.; Робинсон, Майкл Д.; Хонтела, Элис; Хит, Дэниел Д. (8 июля 2011 г.). «Метаболические черты западно-склоновой форели-головореза, интродуцированной радужной форели и их гибридов в экотонной гибридной зоне вдоль градиента высоты». Биологический журнал Линнеевского общества . 105 : 56–72. doi : 10.1111/j.1095-8312.2011.01768.x .
  32. ^ Маккракен, К. Г.; Баргер, К. П.; Булгарелла, М.; Джонсон, К. П.; и др. (октябрь 2009 г.). «Параллельная эволюция основных генов гемоглобина восьми видов водоплавающих птиц Анд». Молекулярная эволюция . 18 (19): 3992–4005. Bibcode :2009MolEc..18.3992M. doi :10.1111/j.1365-294X.2009.04352.x. PMID  19754505. S2CID  16820157.

Внешние ссылки