高度とは、基準点と物体との間の垂直方向の測定値である。 高度とは、基準面とある 地点 または物体との間の距離を、通常は垂直方向、つまり「上」方向で測定したものです。正確な定義と基準面は、文脈(例えば、航空、幾何学、地理測量、スポーツ、気圧など)によって異なります。高度という用語は一般的に 海抜高度 を意味しますが、地理学ではこの用法には 標高 という用語が好まれることが多いです。
航空分野では、安全な航行と飛行運航を確保するため、高度は通常、平均海面または地上高を基準として測定されます。幾何学や地理測量においては、高度は正確な地形図の作成や地形の標高の把握に役立ちます。高地トレッキングやスポーツにおいては、高度を理解し、それに適応することがパフォーマンスと安全性の確保に不可欠です。高度が高くなると酸素濃度が低下するため、適切な順応対策を講じなければ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、一般的に深さ と呼ばれます。
航空
旅客機が成層圏 を飛行している様子。旅客機は通常、燃料消費量を削減するために成層圏を巡航している。青い層はオゾン層 で、さらに下に行くと中間圏 である。[ 1 ] 垂直距離の比較 高度 という用語にはいくつかの異なる意味があるため、文脈から明らかでない限り、どの意味が使われているかを指定する必要があります。航空では、高度は通常、現地の海面気圧または標準海面気圧をゼロ高度の基準として使用するように設定された気圧高度計を使用して測定 さ れます。GPSや電波高度計 も、特に着陸時など、地上付近で使用されます。[ 2 ]
パイロットに表示される気圧高度は、大気中の圧力変動が場所や時間によって変化し、表示される高度が圧力にのみ直接関係するため、あくまで概算値に過ぎませんが、航空機の経路を分離するための特に有用な基準となります。[ 3 ]
航空における高度にはいくつかの種類がある。
指示高度とは、高度計を 平均海面気圧 に設定したときの読み値です。英国の航空無線電話では、平均海面から測定した、レベル、点、または点とみなされる物体の垂直距離を指します。これは無線では 高度 と呼ばれます。( QNH を 参照) [ 4 ] 絶対高度 とは、航空機が飛行している地形からの垂直距離のことです。[ 5 ] : 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。 [ 5 ] また、「レーダー高度」または地上レベル(AGL)からの フィート/メートルとも呼ばれます。真の高度は、 平均海面 からの実際の標高です。[ 5 ] : ii これは、非標準温度と圧力で補正された指示高度です。高さ とは、基準点(一般的には地形の標高)からの垂直距離のことです。英国の航空無線電話では、指定された基準面から測定された、レベル、点、または点とみなされる物体の垂直距離を指します 。これは無線で高さ と呼ばれ、指定された基準面は飛行場標高です(QFEを 参照)[ 4 ]。 気圧高度 とは、標準基準気圧面(通常、1013.25ミリバールまたは29.92インチHg)からの高度のことです。気圧高度は「飛行高度」を示すために使用され、これは米国におけるクラスA空域(約18,000フィート以上)での高度報告の標準となっています。高度計の設定が29.92インチHgまたは1013.25ミリバールの場合、気圧高度と指示高度は同じになります。密度高度 とは、国際標準大気 (ISA)以外の気象条件に合わせて補正された高度のことです。航空機の性能は密度高度に依存し、密度高度は気圧、湿度、気温の影響を受けます。非常に暑い日には、空港(特に標高の高い空港)の密度高度が高くなりすぎて、離陸が困難になる場合があります。特にヘリコプターや積載量の多い航空機にとっては深刻な問題となります。これらの高度の種類は、より簡単に言えば、高度を測定するさまざまな方法として説明できます。
指示高度 ― 高度計に表示される高度。絶対高度 – 真下の地面からの距離で表した高度真の高度 – 海抜高度で表した高度高さ – 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別の空気密度
衛星の軌道 低軌道(シアン)と中軌道(黄色)の地球軌道領域を縮尺通りに示しています。黒の破線は静止軌道、緑の破線はGPS 衛星に使用されている高度20,230kmの軌道です。 大気圏外軌道 (TAO)遠地点 高度が 100 km (62 mi)より高く、近地点が 定義された大気 と交差する地心軌道。[ 6 ] 低軌道 (LEO)地球中心軌道は、平均海面 から160km (100 マイル)から2,000km (1,200 マイル)の高度に及ぶ。160kmの高度では、1周は約90分かかり、円軌道の速度は8km /s(26,000フィート/秒)である。 中軌道 (MEO)遠地点高度が2,000 km (1,200 mi)から静止軌道 の35,786 km (22,236 mi)までの範囲にある地球中心軌道。 静止軌道 (GSO)高度35,786 km(22,236 マイル)の地心円軌道。軌道周期は恒星日 1日で、地球の自転周期と一致する。速度は約3 km/s(9,800 フィート/秒)。 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として、近地点高度が 2,000 km (1,200 mi)未満の高度楕円軌道 がある。[ 7 ]
大気研究
大気層 地球の大気は いくつかの高度領域に分けられます。これらの領域は、季節や極からの距離に応じて、異なる高度で始まり、終わります。以下に示す高度は平均値です。[ 8 ]
対流圏 :地表から極地では高度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、対流圏界面で終わる。 成層圏 :対流圏から高度50キロメートル(31 マイル)まで 中間圏 :成層圏から高度85キロメートル(53 マイル)まで 熱圏 :中間圏から高度675キロメートル(419 マイル)まで 外気圏 :熱圏から高度10,000キロメートル(6,200 マイル)まで 海抜 100キロメートル(62 マイル) の高度にあるカルマン線は、慣例により大気と 宇宙 の境界を表しています。[ 9 ] 熱圏と外気圏(中間圏の上部とともに)は、慣例的に宇宙として定義される大気の領域です。
高高度と低気圧 地球 の表面(または大気中)で平均海面より高い位置にある 領域は、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。 [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]
高高度では、気圧は 海面よりも低くなります。これは、重力によって空気が地面にできるだけ近づこうとする力と、空気の熱によって分子が互いに衝突して膨張する力という、2つの相反する物理的効果によるものです。[ 13 ]
温度プロファイル 大気の温度分布は、放射 と対流 の相互作用の結果です。可視光スペクトル の太陽光が地面に当たり、地面を温めます。地面は次に地表付近の空気を温めます。放射が 地面から宇宙への熱伝達の唯一の方法であれば、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減少します。[ 14 ]
しかし、空気が熱いと膨張する傾向があり、その結果密度が低下します。そのため、暖かい空気は上昇し、熱を上方に伝達します。これが対流 のプロセスです。対流は、ある高度にある空気の塊が周囲の空気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することなく上昇したり下降したりします。これは断熱過程 として知られており、特徴的な圧力-温度曲線があります。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 として知られており、高度1キロメートルあたり約9.8 ℃(または1000フィートあたり5.4 °F [3.0 ℃] )です。 [ 14 ]
大気中に水が存在すると、対流のプロセスが複雑になります。水蒸気には蒸発潜熱が 含まれています。空気が上昇して冷えると、最終的には飽和状態 になり、その量の水蒸気を保持できなくなります。水蒸気は凝結して(雲 を形成し)、熱を放出します。これにより、気温減率が乾燥断熱減率 から湿潤断熱 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 ℃] )に変化します。[ 15 ] 平均として、国際民間航空機関(ICAO)は、気温減率 が1キロメートルあたり6.49 ℃(1000フィートあたり3.56°F )の国際標準大気 (ISA)を定義しています。[ 16 ] 実際の気温減率は、高度や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)のみが顕著な対流を起こし、成層圏 では垂直方向の対流はほとんど起こらない。[ 17 ]
人間 医学では、1,500メートル(4,900 フィート) を超える高度が人間に影響を与え始めることが認識されており、[ 18 ] 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年以上生活した人間の記録はありません。[ 19 ] 高度が上がると気圧が低下し、酸素分圧が低下することで人間に影響が出ます。[ 20 ] 2,400 メートル (8,000 フィート) を超える酸素不足は、高山病 、 高山肺水腫 、高山脳浮腫 などの深刻な病気を引き起こす可能性があります。[ 12 ] 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。[ 12 ] 人体は、呼吸を速くし、心拍数を上げ、血液化学を調整することで高地に適応することができます。 [ 21 ] [ 22 ] 高地への順応には数日から数週間かかることがある。しかし、8,000メートル(26,000 フィート) 以上(「死のゾーン 」)では、高度順応は不可能になる。[ 23 ]
標高の高い地域に定住する人の全体的な死亡率は著しく低い。[ 24 ] さらに、米国では標高の上昇と肥満の有病率の低下との間に用量反応関係がある。[ 25 ] また、最近の仮説では、高地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、アルツハイマー病から保護する可能性があると示唆されている。[ 26 ] しかし、標高の高い地域に住む人々の自殺率は統計的に有意に高い。[ 27 ] 自殺リスク増加の原因は今のところ不明である。[ 27 ]
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相反する2つの影響をもたらします。爆発的な種目(400メートルまでの短距離走、走り幅跳び 、三段跳び )では、気圧の低下は空気抵抗の減少を意味し、一般的にアスリートのパフォーマンス向上につながります。[ 28 ] 持久力種目(5,000メートル以上のレース)では、酸素の減少が主な影響であり、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。スポーツ団体は、パフォーマンスに対する高度の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パフォーマンスに「A」の文字を付けています。[ 29 ]
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。高地への適応を助けるのと同じ変化が、海抜に戻ったときのパフォーマンスを向上させます。[ 30 ] [ 31 ] 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、多くの持久系スポーツのアスリートのトレーニングの不可欠な部分を形成する高地トレーニングの基礎となっています。
その他の生物 酸素供給量の減少と気温の低下は、高地での生活に困難をもたらします。このような環境条件にもかかわらず、多くの種が高地でうまく適応して きました。動物は、代謝を維持するために利用できる組織への酸素の取り込みと供給を強化する生理学的適応を発達させてきました。動物が高地に適応するために用いる戦略は、その形態 と系統発生 に依存します。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、低温下で体温を維持するという課題に直面します。酸素は代謝熱産生の源として使用されるため、高地の低圧性低酸素症は問題となります。
また、高地では酸素分圧が低いため、体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見られます。 [ 32 ] これらの要因は高地の生息地の生産性 を低下させる可能性があり、つまり、消費、成長、活動に利用できるエネルギーが少なくなるということです。[ 33 ]
しかし、鳥類などの一部の種は高地で繁栄する。[ 34 ] 鳥類は高地飛行に有利な生理的特徴を持っているため繁栄する。
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