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高度は、通常、基準データとポイントまたはオブジェクト間の垂直方向または「上」方向の距離測定です。正確な定義と基準データは、コンテキスト (航空、幾何学、地理調査、スポーツ、気圧など) によって異なります。高度という用語は、通常、場所の海抜の高さを表すために使用されますが、地理学では、この用途には標高という用語が好まれることがよくあります。
航空業界では、安全な航行と飛行操作を確保するために、高度は通常、平均海面または地上からの高度を基準として測定されます。幾何学や地理調査では、高度は正確な地形図を作成し、地形の標高を理解するのに役立ちます。高地でのトレッキングやスポーツでは、高度を知り、それに適応することがパフォーマンスと安全のために不可欠です。高度が高くなると酸素レベルが低下するため、適切な順応措置を講じないと高山病を引き起こす可能性があります。
「下」方向の垂直距離の測定は、一般的に深度と呼ばれます。
航空業界では
高度という用語には複数の意味があり、常に明示的に修飾語 (「実際の高度」など) を追加することによって、または通信のコンテキストを通じて暗黙的に修飾されます。高度情報を交換する当事者は、どの定義が使用されているかを明確にする必要があります。
航空高度は、基準データとして平均海面(MSL) または現地の地上レベル (地上レベル、または AGL) を使用して測定されます。
気圧高度を 100 フィート (30 メートル) で割った値が飛行レベルであり、遷移高度(米国では 18,000 フィート (5,500 メートル) ですが、他の管轄区域では 3,000 フィート (910 メートル) ほど低い場合もあります) を超える場合に使用されます。したがって、高度計が標準気圧設定で国固有の飛行レベルを読み取る場合、航空機は「飛行レベル XXX/100」(XXX は遷移高度) にあるとされます。飛行レベルで飛行する場合、高度計は常に標準気圧 (29.92 inHgまたは 1013.25 hPa ) に設定されます。
飛行甲板では、高度を測定するための決定的な計器は圧力高度計です。これは、大気圧の代わりに距離（フィートまたはメートル）を表示する前面を備えたアネロイド気圧計です。
航空における高度にはいくつかの種類があります。
- 指示高度は、高度計を平均海面での現地気圧に設定した時の高度計の読み値です。英国の航空無線電話では、平均海面から測定されたレベル、点、または点とみなされる物体の垂直距離です。これは無線では高度と呼ばれます。（QNHを参照）[2]
- 絶対高度は、航空機が飛行している地形からの垂直距離です。[3] : ii レーダー高度計（または「絶対高度計」）を使用して測定できます。 [3] 「レーダー高度」または地上高（AGL）フィート/メートルとも呼ばれます。
- 真高度は平均海面からの実際の標高です。[3] : ii 非標準の温度と圧力を補正した高度を示します。
- 高さは、基準点（一般的には地形の標高）からの垂直距離です。英国の航空無線電話の用法では、指定された基準点から測定されたレベル、点、または点とみなされる物体の垂直距離です。これは無線では高さと呼ばれ、指定された基準点は飛行場の標高です（QFEを参照）[2]
- 圧力高度は、標準基準気圧面（通常は 1013.25 ミリバールまたは 29.92" Hg）からの高度です。圧力高度は、米国クラス A 空域（約 18,000 フィート以上）における高度報告の標準である「飛行レベル」を示すために使用されます。高度計の設定が 29.92" Hg または 1013.25 ミリバールの場合、圧力高度と指示高度は同じになります。
- 密度高度は、ISA国際標準大気以外の大気条件に合わせて補正された高度です。航空機の性能は、気圧、湿度、温度の影響を受ける密度高度に依存します。非常に暑い日には、空港 (特に標高の高い空港) の密度高度が非常に高くなり、特にヘリコプターや重い荷物を積んだ航空機の離陸が不可能になる場合があります。
これらの種類の高度は、高度を測定するさまざまな方法として、より簡単に説明できます。
- 指示高度– 高度計に表示される高度。
- 絶対高度- 地面からの距離で表した高度
- 真高度- 海抜からの高度
- 高さ– ある地点からの垂直距離
- 気圧高度–国際標準大気における高度での気圧
- 密度高度– 国際標準大気における高度で表した空気の密度
衛星軌道上
- 大気圏外軌道（TAO）
- 遠地点高度が100km（62マイル）を超え、近地点が定義された大気と交差する地球中心軌道。[4]
- 低軌道（LEO）
- 地球中心軌道の高度は、平均海抜160 km (100 マイル) から 2,000 km (1,200 マイル) の範囲です。160 km では 1 周に約 90 分かかり、円軌道の速度は 8 km/秒 (26,000 フィート/秒) です。
- 中軌道（MEO）
- 遠地点高度が 2,000 km (1,200 マイル) から静止軌道高度 35,786 km (22,236 マイル) までの範囲にある地球中心軌道。
- 静止軌道（GEO）
- 高度 35,786 km (22,236 マイル) の地球中心円軌道。軌道周期は 1恒星日で、地球の自転周期と一致します。速度は約 3 km/秒 (9,800 フィート/秒) です。
- 高地球軌道（HEO）
- 遠地点高度が静止軌道よりも高い地球中心軌道。高地球軌道の特殊なケースは、近地点高度が2,000 km（1,200マイル）未満の高度楕円軌道である。 [5]
大気の研究では
大気層
地球の大気はいくつかの高度領域に分かれています。これらの領域は季節や極からの距離に応じてさまざまな高度で始まり、終わります。以下に示す高度は平均です。[6]
- 対流圏：極地では高度8,000メートル（5.0マイル）、赤道では高度18,000メートル（11マイル）までの表面で、対流圏界面で終わる。
- 成層圏: 対流圏から50キロメートル（31マイル）
- 中間圏: 成層圏から85キロメートル（53マイル）
- 熱圏: 中間圏から675キロメートル(419マイル)
- 外気圏: 熱圏から 10,000 キロメートル (6,200 マイル) まで
高度100キロメートル（62マイル）のカルマン線は、慣例的に大気と宇宙の境界線を表しています。[7]熱圏と外気圏（中間圏の上部部分とともに）は、慣例的に宇宙と定義されている大気の領域です。
高高度と低気圧
地球の表面（または大気圏）で平均海面より高い高度にある 地域は、高高度と呼ばれます。高高度は、海抜2,400メートル（8,000フィート）から始まると定義されることもあります。[8] [9] [10]
高高度では、大気圧は海面よりも低くなります。これは、2つの物理的効果が競合するためです。重力は空気を地面にできるだけ近づけます。また、空気の熱量は分子が互いに跳ね返り膨張する原因となります。[11]
温度プロファイル
大気の温度プロファイルは、放射と対流の相互作用の結果です。可視スペクトルの太陽光が地面に当たり、地面を加熱します。次に地面が表面の空気を加熱します。放射が地面から宇宙に熱を伝達する唯一の方法である場合、大気中のガスの温室効果により、地面は約333 K（60 °C、140 °F）に保たれ、温度は高度とともに指数関数的に低下します。[12]
しかし、空気が熱いと膨張する傾向があり、密度が低くなります。そのため、熱い空気は上昇して熱を上方に伝えます。これが対流のプロセスです。対流は、特定の高度にある空気の塊が周囲と同じ密度になったときに平衡状態になります。空気は熱伝導率が低いため、空気の塊は熱を交換せずに上昇したり下降したりします。これは断熱過程と呼ばれ、特徴的な圧力-温度曲線を持ちます。圧力が低くなると、温度は低下します。高度に伴う温度の低下率は断熱減率と呼ばれ、高度1キロメートルあたり約9.8°C（または1000フィートあたり5.4°F [3.0°C]）です。[12]
大気中に水が存在すると、対流の過程は複雑になります。水蒸気には蒸発潜熱があります。空気が上昇して冷却されると、最終的に飽和状態になり、一定量の水蒸気を保持できなくなります。水蒸気は凝縮して（雲を形成）、熱を放出し、それによって乾燥断熱減率が湿潤断熱減率（1キロメートルあたり5.5℃または1000フィートあたり3°F [1.7℃]）に変わります。[13] 国際民間航空機関（ICAO）は、平均して、国際標準大気（ISA）の温度減率を1キロメートルあたり6.49℃（1000フィートあたり3.56°F）と定義しています。[14]実際の減率は高度と場所によって異なる場合があります。
最後に、地球の大気圏では対流圏（高度約11キロメートル（36,000フィート）まで）でのみ顕著な対流が発生し、成層圏では垂直対流はほとんど発生しません。[15]
生物への影響
人間
医学では、標高1,500メートル（4,900フィート）を超えると人間に影響が出始めると認識されており、[16] 5,500〜6,000メートル（18,000〜19,700フィート）を超える極端な高度で2年以上人間が生活したという記録はありません。[17]高度が上昇すると大気圧が低下し、酸素分圧が低下することで人間に影響が及びます。[ 18 ] 2,400メートル（8,000フィート）を超えると酸素が不足し、高山病、高地肺水腫、高地脳浮腫などの深刻な病気を引き起こす可能性があります。[ 10 ]高度が高いほど、深刻な影響が出る可能性が高くなります。[10]人体は、呼吸を速くし、心拍数を高め、血液の化学組成を調整することで高地に対応できます。[19] [20]高地への適応には数日から数週間かかることがあります。しかし、標高8,000メートル（26,000フィート）を超えると（「デスゾーン」）、高度順応は不可能になります。[21]
標高の高い場所に永住する人々の総死亡率は著しく低い。[22]さらに、米国では標高の上昇と肥満率の減少の間には用量反応関係がある。[23]さらに、最近の仮説では、低酸素症に反応して腎臓から放出されるホルモンであるエリスロポエチンの作用により、標高が高いとアルツハイマー病を予防できる可能性があると示唆されている。[24] しかし、標高の高い場所に住む人々の自殺率は統計的に有意に高い。[25]自殺リスクが増加する原因は今のところ不明である。[25]
アスリート
アスリートにとって、高地はパフォーマンスに2つの矛盾した影響を及ぼします。爆発的な競技（400メートルまでの短距離走、走り幅跳び、三段跳び）では、気圧の低下は大気抵抗の減少を意味し、一般的に運動能力の向上につながります。[26]持久力競技（5,000メートル以上のレース）の場合、主な影響は酸素の減少であり、これは一般的に高地でのアスリートのパフォーマンスを低下させます。スポーツ組織は、高度がパフォーマンスに与える影響を認識しています。たとえば、国際陸上競技連盟（IAAF）は、1,000メートル（3,300フィート）を超える高度で達成された記録的なパフォーマンスに「A」の文字を付けています。[27]
アスリートは、高地順応を利用してパフォーマンスを向上させることもできます。高地で身体が適応するのに役立つのと同じ変化が、海抜0メートルに戻ったときのパフォーマンスを向上させます。[28] [29]これらの変化は、陸上競技、長距離走、トライアスロン、サイクリング、水泳など、多くの持久力スポーツのアスリートのトレーニングに不可欠な 高地トレーニングの基礎となっています。
その他の生物
酸素の利用可能性の低下と気温の低下により、高地での生活は困難を極めます。このような環境条件にもかかわらず、多くの種が高地での適応に成功しています。動物は、酸素の摂取と組織への供給を強化し、代謝を維持するために使用できる生理学的適応を発達させています。動物が高地への適応に用いる戦略は、動物の形態と系統発生によって異なります。たとえば、小型哺乳類は体積と表面積の比率が小さいため、低温で体温を維持することが課題となります。酸素は代謝熱生成の源として使用されるので、高地での低圧低酸素症は問題となります。
また、高地では酸素分圧の低下により、体のサイズが小さくなり、種の多様性が低下するという一般的な傾向もあります。 [30]これらの要因により、高地の生息地での生産性が低下し、消費、成長、活動に利用できるエネルギーが少なくなると考えられます。[31]
しかし、鳥類など一部の種は高高度で繁栄します。[32]鳥類が繁栄するのは、高高度飛行に有利な生理学的特徴を持っているためです。
参照
- 地球の大気
- コフィンコーナー（空気力学）高度が高いほど、空気の密度は海面よりも低くなります。ある高度では、飛行機を安定して飛行させることは非常に困難です。
- 地心高度
- 宇宙の近く
参考文献
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