Nadmořská výška (z latiny : altitudo ) je historicky pojem geografický, který označuje geometrickou výšku vertikálně mezi bodem a vertikální referencí , obvykle hladinou moře .
V geodézii také vyjadřuje vzdálenost bodu od geoidu . Existuje několik způsobů, jak vypočítat nadmořskou výšku: ortometrická , dynamická nadmořská výška (v) , geopotenciální výška (v) a normální nadmořské výšky (v) .
V letectví je nadmořská výška vzdálenost mezi bodem a zemí. Měří se ve stopách , s výjimkou zemí bývalého Sovětského svazu a Číny , kde se vyjadřuje v metrech .
Nadmořská výška je často zaměňována s nadmořskou výškou (in) a výškou. Nadmořská výška je vzdálenost mezi hladinou moře a pevninou (v) . Výška je geometrická vzdálenost mezi bodem a jeho projekcí na elipsoid .
Různá místa jsou spojena s nadmořskou výškou pomocí rovného povrchu , počítaného různými nepřímými prostředky ( geodézie , triangulace ). Nadmořská výška je také exogenním údajem užitečným pro numerické výpočty v různých oblastech: meteorologie , fyzika , biologie .
Termín nadmořská výška je polysemózní a na základě své historie je spojen s rozsáhlou sadou konceptů. Slovo původně označuje vzdálenost výškou a výškou, velikost v různých významech a námořní hloubku mezi dvěma povrchovými prvky (body, přímka, rovina) v euklidovském prostoru .
Vývoj matematiky se odráží v přístupu k výpočtu nadmořské výšky, který někdy přechází z euklidovského prostoru (2D) do karteziánského prostoru (3D) a těží z nových vlastností euklidovského prostoru.
Některá fyzikální pole se liší podle nadmořské výšky: pokles atmosférického tlaku , kolísání teploty a termohygrometrický točivý moment , zejména sluneční záření . Zvláštní reakce organismů na tyto nové podmínky jsou viditelné, zejména u rostlin , ale také u zvířat nebo hub a lišejníků .
Spíše než o vlivu nadmořské výšky by bylo vhodné hovořit o variantách souvisejících s nadmořskou výškou, protože nadmořská výška je nezpracovaná data, která sama o sobě nemá žádné důsledky. Musíme rozlišit dva typy efektů:
První efekty jsou velkolepé a horolezcům dobře známé ; druhé jsou diskrétnější a ovlivňují jak lidi, tak ekosystém . Zejména půdy ve vysokých nadmořských výškách jsou často chudší, kyselejší a méně husté (pokles užitečné rezervy půdy a rychlosti nasycení , což může zhoršit fenomén úbytku lesů ).
Kolísání teploty podle nadmořské výšky závisí na tom, kde se v atmosféře nacházíte : troposféra , stratosféra , mezosféra nebo dokonce termosféra .
Atmosférický tlakSnižuje se s výškou exponenciálně podle barometrického nivelačního vzorce . Na úrovni hladiny moře má hodnotu 1 atm ( tj. 760 mmHg , 1013,25 mb nebo 101,325 Pa ), zatímco ve výšce 1000 m má hodnotu pouze 89 859 Pa ( 674 mmHg ), 4800 m 55 462 Pa ( 416 mmHg ) a 8 848 m 31 464 Pa ( 236 mmHg ).
Intenzita gravitaceTo se liší v závislosti na planetě, na které se nacházíte, a nadmořské výšce. Je nepřímo úměrná druhé mocnině vzdálenosti od středu. Na Zemi je jeho hodnota 9 814 m s −2 na hladině moře, 9 811 m s −2 na 1000 m a 9 802 m s −2 na 4 000 m .
Toto je skutečná přitažlivost gravitace. Pro stacionární těleso v pozemské referenci (proto nepodléhá Coriolisovu zrychlení) se zdánlivá gravitace rovná předchozímu minus odstředivé zrychlení ω 2 r, kde ω je rychlost rotace Země ( 360 stupňů za den) ar vzdálenost k ose pólů. Toto odstředivé zrychlení je na pólech nulové a přibližně se rovná 0,034 m s −2 na rovníku; zdánlivá gravitace je tedy jen asi 9,780.
První popis účinků nadmořské výšky podává Platón u příležitosti výstupu na horu Ossa .
Při studiu fyziologických účinků nadmořské výšky se berou v úvahu tři oblasti:
U lidí, účinky výšky jsou zejména v důsledku poklesu parciálního tlaku z kyslíku v inspirovaném vzduchu, a k poklesu teploty . Brutální expozice ve výšce 6000 m má za následek smrt během 15 minut .
V klidu je krátkodobě pozorována hyperventilace (zvýšená ventilace) v reakci na aktivaci chemických receptorů v jugulární žíle.
Diuréza (odstranění části objemu plazmy ), má tendenci zvyšovat podíl červených krvinek v krvi . Náhlé vystavení nadmořské výšce 4000 m má za následek 15% snížení této tekutiny, což trvá 4 týdny. Respirační acidóza vyplývající z mozkomíšního moku blokuje účinek hyperventilace. Celkový objem vody v těle klesá o 10%, a to v důsledku snížení spotřeby tekutin a udržování objemu vylučování močí. Dochází také ke změnám v koncentracích iontů sodíku a hořčíku.
Vystavení vysoké nadmořské výšce způsobuje tachykardii (zvýšenou srdeční frekvenci ).
Dlouhodobé odpovědi (několik týdnů)Z dlouhodobého hlediska (přibližně od tří týdnů) dochází k významnému zvýšení počtu červených krvinek ( hematokritu ), což umožňuje zvýšený transport kyslíku v krvi . To je důsledek maxima EPO v prvních dnech expozice nadmořské hypoxii . Dochází také ke zvýšení koncentrace uhličitanových iontů v krvi. Vychytávání maximální kyslíku (také nazývaný VO 2 max) sníží se s výškou. Na úrovni moře tedy člověk dosahuje 100% svých možností, zatímco ve výšce 4 809 m (vrchol Mont Blanc ) může mít pouze 70% a jen 20% ve výšce 8 848 m (vrchol Everestu) .
Účinek „zvýšení množství červených krvinek “ je zvláště vyhledáván určitými sportovci, je hlavním důvodem pro pořádání tréninkových kurzů ve výškách, někdy ve více než 3 000 m . Tato polycytemie však může v některých případech vést k nadbytku červených krvinek a tvorba krevních sraženin pak může blokovat žíly a způsobit hlubokou žilní trombózu (flebitidu), která může vést k úmrtí. Koncentrace červených krvinek ( hematokritu ) v krvi určitých populací žijících ve vysoké nadmořské výšce (Andy) je přirozeně vyšší.
Jak vysoko mohou lidé žít?Život v nadmořské výšce ztěžuje zima, nedostatek vody a jídla, dokonce i kyslíku, vyšší úroveň ultrafialového záření, vliv na lidský metabolismus a někdy i nebezpečnější prostředí.
Obyvatelé Potosí v andské Bolívii žijí asi 4040 metrů daleko . Jejich tělo se těmto podmínkám přizpůsobilo: jejich krev je bohatší na červené krvinky, které přenášejí kyslík do orgánů. Na druhou stranu pro návštěvníky představuje nadmořská výška problémy. Se sníženým tlakem vzduchu a kyslíku se navzdory kardiorespiračnímu zrychlení sníží jejich fyzická kapacita o 30 až 40%. Přizpůsobení trvá asi dva týdny. Mezitím může návštěvník trpět akutní horskou nemocí : bolesti hlavy, nevolnost, otoky atd.
Prostředí s vysokou nadmořskou výškou (> 2 500 m ) jsou již dlouho považována za obytné oblasti nevhodné pro prehistorického člověka kvůli klimatickým a ekologickým omezením, která na tato prostředí působí. Archeologické vykopávky však ukázaly, že existuje několik výjimek: vykopávky provedené v etiopské vysočině odhalily epizodickou přítomnost některých našich předků, zejména v Gadebu (2 400 m ) je 1,5 před 0,7 miliony let a v Melka Kunture (2 400 m ) asi před 1,5 miliony let (v celé době kamenné ). Tito lidé pravděpodobně pocházeli z Velké příkopové propadliny .
Tyto archeologové našli podobné stopy v Tibetu a Andách , včetně pleistocénu (existuje více než před 11 700 roky během poslední doby ledové ), například ve skalním úkrytu Fincha Habera na 3469 metrů nadmořské výšky v Bale horách Etiopie 31.000 až Před 47 000 lety, kde se mimo jiné snědla obří krysa Tachyoryctes macrocephalus .
V Tibetu intrikují archeologové a prehistorici dvě velmi vysoká místa: Nywa Devu v nadmořské výšce 4600 m a jeskyně Baishiya Kras v nadmořské výšce 3280 m, která byla, zdá se, alespoň dočasně obsazena před 30 000 až 40 000 lety.
Prehistorické lidské artefakty byly nalezeny na více než 3000 m , včetně toho, co se zdá být na straně os Acheulean styl stále dne nepřesně (500 000 až 200 000 let před současností) u kaldery o Dendi v Etiopii.
PatologiePobyt ve velmi vysoké nadmořské výšce může vyvolat onemocnění přímo spojená s nedostatkem kyslíku. Z krátkodobého hlediska je akutní horská nemoc charakterizována příznaky různé povahy a různé závažnosti, od bolesti hlavy až po život ohrožující stavy, jako je plicní edém nebo mozkový edém . Tyto otoky souvisejí se zadržováním vody způsobeným změnami v moči.
Populace trvale žijící v nadmořských výškách nad 3000 metrů, jako jsou horské populace And , mohou být také ovlivněny Mongeovou chorobou nebo chronickou horskou nemocí .
Studie naznačují, že děti mají pro určité patologie zvláštní náchylnost k nadmořské výšce a zdá se, že se liší podle jejich etnického původu. Riziko dětské úmrtnosti a syndromu náhlé smrti dítěte se tak zvyšuje s pobytem ve výšce: výrazně nad 2 000 m, například ve Spojených státech nebo v Argentině se 2 až 3krát vyšším rizikem náhlé smrti, když se dítě narodilo matce žijící nad Nadmořská výška 2400 m podle jiné studie, založená na populaci 393 216 kojenců narozených v letech 2007 až 2012 v Coloradu , pravděpodobně kvůli zvýšenému riziku hypoxie . Naopak riziko úmrtí na respirační potíže u novorozence klesá, zatímco stoupá v případě netraumatického intrakraniálního krvácení (s odchylkami podle etnického původu, po úpravě průměrné porodní hmotnosti státu, gestačního věku a nerovnosti příjmů…) . „Analytický epidemiologický výzkum je nutný k potvrzení nebo vyvrácení hypotéz generovaných těmito popisnými údaji“ podle RS Levine v roce 2018.
K dočasnému zmírnění určitých astmatických záchvatů, zejména v případě alergenního astmatu, se dodnes doporučují výškové kúry - klimatoterapie. Pokud jde o tuberkulózu, názory se rozcházejí; v roce 2008 však turecká studie zjistila negativní korelaci mezi nadmořskou výškou a tuberkulózou: vliv nadmořské výšky na výskyt tuberkulózy by pocházel „částečně z hodnoty parciálního tlaku v kyslíku, pokud jsou pro šíření Mycobacterium tuberculosis. "Co se týče černého kašle , také jsme byli schopni doporučit nejen pobyty ve výšce - málo zdokumentované, ale také" lety černého kašle "(nebo jejich simulace v hypobarické komoře).
Naopak lidé se srpkovitou anémií by se měli vyvarovat vysokých nadmořských výšek.
Výpočet z nadmořské výšky vždy rovná měření vertikální rozdíl, je rozdíl v úrovni mezi výchozí úrovní a místem, jehož nadmořská výška chceme najít ve vztahu k této úrovni. Používanou měrnou jednotkou je metr , s výjimkou Spojených států a letectví, kde se noha stále používá.
V zemích vybavených národním geografickým ústavem (často vojenského původu), jako tomu bylo v Belgii a ve Francii, to prováděli geodeti do obecných nivelací altimetrickými cestami. Celková přesnost těchto úrovní je řádově centimetr. Relativní přesnost mezi dvěma sousedními značkami je milimetr.
V oblastech, kde je postup technicky nemožný (horské oblasti nebo s chaotickým reliéfem ), byly nadmořské výšky původně určovány podle pozemské gravitace, ale tato metoda je relativně obtížně realizovatelná a velmi nepřesná vzhledem k odchylkám gravitace způsobeným horskými masami nebo v závislosti na kolísání atmosférického tlaku (metoda, kterou v minulém století používali hlavně horolezci ke stanovení nadmořských výšek horských vrcholů).
S příchodem letectví se objevily nové metody založené na fotogrammetrii a párech ortofotomateriálů. Tyto metody umožňují nepřímo určovat nadmořské výšky s přesností několika metrů bez měření v terénu.
Některé satelity také poskytují digitální výškové modely (DTM) na celé planetě s přesností několika stovek metrů nebo několika kilometrů.
Neexistuje jednotná a univerzální definice použité referenční úrovně, a tedy ani nadmořské výšky. Platnost a relevance definice nadmořské výšky tak závisí na oblasti uvažovaných aplikací. Čistě geometrické definice (například elipsoidní výška) mohou být v prostorových aplikacích relevantní, ale pro plánování místa na zemi se ukáží jako nepoužitelné nebo velmi nepraktické. Definice mohou být platné lokálně, ale globálně nekonzistentní.
Jakákoli definice nadmořské výšky vyžaduje volbu referenční úrovně. Tato volba se liší v prostoru a čase v závislosti na aplikacích a plodinách .
Bylo zvykem považovat hladinu moře za referenční hladinu, jejíž povrch je obtížné přirovnat: jedná se o povrch, který se pohybuje podle astronomických prvků, jako je Měsíc a Slunce ( slapový jev ), což není ekvipotenciální povrch (mimo jiné kvůli proudům a kolísání slanosti), nelze je tedy přirovnat k pozemskému geoidu , který v žádném případě neexistuje svisle od daného pozemského místa.
Stará metoda, která spočívala v chůzi mezi střední hladinou moře a daným místem měřením pokaždé rozdílu v hladině dh, je matematicky problematická, protože výsledek závisí na cestě, kterou následuje, jinými slovy ∫ dh není dokonalým integrálem . Na druhou stranu energie, která má být vynaložena k přechodu z jednoho bodu do druhého, což je ∫ g dh, g je gravitace v každém bodě, nezávisí na sledované cestě. Nadmořská výška byla poté vypočítána pravidelným měřením g a vydělením hodnoty získané průměrným g0 byla volba tohoto g0 samozřejmě podmíněna výsledkem .
v Říjen 1957, nástup vesmírného věku zrodil vesmírnou geodézii , satelity vybavené laserovými reflektory pak ultra-stabilní hodiny (umožňující velmi přesná měření doby cestování nebo Dopplerovy směny). Příchod operačních vesmírných systémů (Transit, poté GPS , DORIS a v budoucnu Galileo ) pomohl zobecnit definici nadmořské výšky spojenou s geodetickými odkazy používanými těmito systémy: nadmořská výška poskytovaná nativně přijímači GNSS (GPS , Galileo, Glonass) je elipsoidní výška, jejíž referenční úroveň je definována elipsoidem (aproximace efektivního tvaru Země) specifickým pro každý referenční rámec (typicky WGS84; rozdíly mezi moderními geodetickými referenčními systémy jsou pro běžné aplikace). Výška elipsoidu se liší od zeměpisné výšky kvůli rozdílu mezi uvažovaným elipsoidem a skutečným tvarem geoidu. V kontinentální Francii je elipsoidní výška řádově o padesát metrů vyšší než zeměpisná nadmořská výška.
Měření nadmořské výšky moderními přístroji je mnohem přesnější než to, co lze provádět okem nebo kompasem. Tyto satelity jsou využívány pro výpočet a aktualizaci „výšek“ bodů na planetě, vrcholy, nebo ne. Na rozdíl od pozemských metod, které používají dynamický referenční rámec, který bere v úvahu lokální variace v gravitačním poli (geoid) a tím dávají skutečné „nadmořské výšky“, poskytují satelity výšku z referenčního elipsoidu (IAG GRS80). Rozdíly mezi geoidem a elipsoidem se liší v závislosti na poloze a mohou dosáhnout stovek metrů. Geoidní modely však lze integrovat do výpočtového programu, který poté umožňuje zjistit nadmořské výšky z družicových měření. Přesnost pak do značné míry závisí na plynulosti modelu.
Nadmořská výška na palubě letadla se získá měřením atmosférického tlaku , převede se na tlakovou nadmořskou výšku (nadmořská výška, kde tento tlak převládá ve standardní atmosféře ) a koriguje se na tlak na zemi nastavením výškoměru . Dokonce i v případě, že barometrická výška se může značně lišit od geometrické výšce letadla (v řádu 10% extrémních teplotních podmínkách), zůstává referenční pro leteckou navigaci, zejména z důvodu nižší vertikální přesností. GPS .
V meteorologii jsou podmínky v nadmořské výšce (vítr, teplota atd.) Poskytovány uživatelům na standardních úrovních odpovídajících danému tlaku (1 000, 850, 700, 500 hPa ) využívá geopotenciální nadmořskou výšku (nadmořskou výšku blízkou l geometrické nadmořské výšce, ale který umožňuje považovat gravitační zrychlení "g" za konstantní, zatímco se s nadmořskou výškou snižuje), aby se zjednodušil výpočet jeho numerických modelů pro předpovědi .
Na Měsíci měříme nadmořské výšky vrcholů vzhledem k dané vzdálenosti od jeho středu. V 90. letech zveřejnila mise Clementine hodnoty založené na čísle 1737 400 metrů.
Na Marsu byl za nepřítomnosti oceánu libovolně stanoven původ nadmořských výšek: je to nadmořská výška s průměrným atmosférickým tlakem 610 Pa . Tento tlak byl zvolen, protože je blízký tlaku trojného bodu vody ( 273,16 K a 611,73 Pa ), a že úroveň takto definován, je v blízkosti průměrné úrovně povrchu Marsu (na Zemi, to je atmosférický tlak při 35 km výšce).
Poznámky
Reference