¿Hay algún lugar donde la altitud durante el vuelo sea negativa?

Hay bastantes aeropuertos cerca del nivel del mar ya que muchas ciudades más grandes están ubicadas cerca del mar. Incluso hay algunos aeropuertos por debajo del nivel del mar. Amsterdam Schiphol es algo famoso por ello (al menos donde vivo), a pesar de que la elevación oficial de su aeródromo es de solo -11 pies o -3 m.

Según la lista de Wikipedia de los aeropuertos más bajos , el aeropuerto de menor elevación es el aeródromo de Bar Yehuda en Israel a -1240 pies o -378 m. Aquí hay una captura de pantalla de este video de YouTube volando a una altitud patrón de -400 pies antes de aterrizar en Bar Yehuda:

Respuesta corta

Si solo desea conocer algunos lugares bajo el nivel del mar, hay muchas colecciones relacionadas para lugares y aeropuertos y hay poco interés en copiarlas aquí. Pero en realidad su pregunta no se trata de tales listas, sino de si un altímetro puede mostrar una altitud negativa cuando se usa...

mientras probaba y trabajaba con sistemas de aviónica, nunca había visto una altitud cercana a 0 o negativa. ¿Hay algún lugar en el que volar por encima de la cinta Altitude muestre un valor -ve? ¿Quizás mientras volaba entre grandes cañones?

... la sorprendente respuesta es que un altímetro barométrico puede mostrar un valor negativo en cualquier momento y en cualquier lugar (dentro de los límites técnicos) dependiendo de su configuración, no solo en lugares bajo el nivel del mar.

Un altímetro común, como el que se usa en los aviones desde los primeros años de la aviación y todavía se usa hoy en día, es un nombre inapropiado, no mide la altitud, mide la presión atmosférica .

Presión-altitud vs altitud

Los altímetros barométricos no son instrumentos que miden una altitud geométrica, sino que miden la presión atmosférica local que está ligada a la altitud, pero en una relación bastante inestable, que depende del clima.

El dial ft es un dial hPa sobrescrito. Para ser justos, esta escala no es una escala de altitud, sino una escala de altitud de presión . Esta redacción precisa, que pertenece a la meteorología, rara vez se usa, solo cuando alguien quiere recordar cómo se obtiene algún valor de altitud. La altitud real es la altitud geométrica , generalmente determinada mediante un sistema de navegación por satélite . Los altímetros barométricos fueron la única solución aerotransportada para estimar la altitud antes del desarrollo de la plataforma inercial.

Un altímetro barométrico no tiene una referencia absoluta, la tripulación establece la referencia, lo que equivale a girar el dial detrás de las agujas en alguna configuración inicial. La tripulación utiliza la referencia que es la más adecuada para algún propósito. La presión de referencia simplemente se resta de la presión medida antes de la conversión a pies, por lo tanto, el altímetro indica 0 en la altitud en la que se encuentra la presión de referencia, cualquiera que sea la altitud real. Por debajo de esta altitud las indicaciones son negativas.

Muchas aeronaves determinan su altitud geométrica real utilizando referencias inerciales y/o navegación por satélite. ACAS trabaja exclusivamente con altitudes geométricas, ADS-B puede reportar tanto presión como altitud geométrica. Sin embargo, la separación vertical de las aeronaves se basa en que todas las aeronaves navegan con una altitud de presión. Por lo tanto, cuando se conoce la altitud geométrica, la tripulación no la utiliza y, por lo general, no se muestra.

Un altímetro con referencia a QFE muestra la altura sobre el punto de referencia

Se hace referencia a las presiones de referencia (QNE, QFE, QNH) usando sus letras en el código Q , un sistema de preguntas/respuestas preformateadas que se usaba en la marina y la aviación antes de que la radiotelegrafía fuera reemplazada por las comunicaciones de voz.

En el pasado, era común usar la presión del aeródromo, QFE, como referencia. Cuando se configura de esta manera, el altímetro simplemente muestra la altura sobre el aeródromo.

El uso de un QFE de altipuerto conduce naturalmente a la visualización de valores negativos cuando se vuela por debajo del altipuerto, o más precisamente cuando se vuela en un lugar cuya presión es superior a QFE. Este método no se recomienda hoy en día, pero todavía se usa y, por ejemplo, es común para volar circuitos de aeródromos en el Reino Unido .

Normalmente las tripulaciones no están realmente interesadas en saber su altitud exacta en crucero, no tienen ningún problema en seguir rutas a presión atmosférica constante, con las agujas del altímetro congeladas en algún valor, mientras que su altitud geométrica en realidad varía.

Dado que toda aeronave utiliza altitud de presión en lugar de altitud, la separación vertical de las aeronaves consiste en hacerlas volar sobre diferentes superficies isobáricas, ATC utiliza niveles de vuelo (FL) para asignar altitudes de presión. Los FL están separados por incrementos de altitud de presión de 100 pies, por ejemplo, FL 100 corresponde a la presión encontrada a 100x100 (10 000) pies y FL 101 a la encontrada a 101x100 (10 100) pies, en el modelo de atmósfera estándar.

Determinación y uso del QNH en algún lugar durante algún tiempo

La equivalencia presión-altitud del modelo de atmósfera estándar se basa en una presión media diaria al nivel del mar. Sin embargo, cuando cambia el clima, la presión en algún lugar varía, y la altitud de presión puede ser bastante diferente de la altitud geométrica. A 10 000 pies, esta diferencia puede ser de 500 pies.

Cuando las tripulaciones operan cerca del suelo, necesitan una mayor precisión de altitud para navegar y evitar colisiones con obstáculos. Se aplica una corrección al modelo introduciendo las condiciones locales.

Esta corrección consiste en retrocalcular la presión a nivel del mar, dada la tendencia de presión actual observada en el aeródromo. Esta nueva presión a nivel del mar se conoce como QNH. Los telegrafistas que usaban el código Q habrían transmitido " QNH 1021 1000Z ", esto habría significado exactamente: " Si configura la subescala de su altímetro para leer 1021 hPa, el instrumento indicaría su elevación si estuviera en el suelo en mi estación a las 10:00 horas ”.

La aviación también utilizó en el pasado una corrección más completa que incluía la temperatura y la humedad relativa en el cálculo. Era conocido como QFF, pero ha sido reemplazado por el más simple QNH.

Cuando está a punto de aterrizar, la tripulación obtiene el valor QNH del aeropuerto de la transmisión ATC o ATIS y establece la referencia del altímetro a este valor. Si las cosas se hacen bien, cuando el avión aterriza su altímetro indica aproximadamente la altitud del aeropuerto.

Ahora, como se ve en la imagen de arriba, cualquier ubicación debajo de la línea azul punteada (superficie QNH) se asociará con una altitud negativa, por ejemplo, cuando vuele cerca del terreno en el lado derecho.

La altitud es precisa solo en el área donde se calcula QNH

A medida que la tripulación establece la referencia del altímetro en el QNH, en realidad redefinen la superficie isobárica correspondiente al nivel del mar y, por lo tanto, determinan un volumen con altitudes negativas. Como el QNH depende del clima local actual, este volumen también depende del clima local.

La existencia de áreas de presión negativa y, más generalmente, áreas de presión imprecisa se debe al hecho de que una configuración de QNH es válida solo en el área para la que se calculó. Si tuviéramos que aterrizar en un aeropuerto del lado derecho, obtendríamos el QNH calculado por este aeropuerto para su propia área. Este QNH sería un valor más alto y la línea azul punteada correspondiente sería más baja que la que se muestra. La altitud de la pista sería correcta con esta configuración, pero ahora sería incorrecta para el aeródromo del lado izquierdo.

Una altitud negativa es solo una cuestión de configuración del altímetro y se puede observar en cualquier momento que vuele con una referencia que no se corresponde con el QNH local. Por esta razón, las aeronaves por debajo de cierta altitud están legalmente obligadas a utilizar un QNH local, obtenido de un aeródromo local (por ejemplo, en un radio de 100 nm en Australia ), o al menos un QNH de área/regional, que es una aproximación para algunos grandes área.

Pero hay una excepción: algunos altímetros nunca se configuran en el QNH local.

Usar QNE en lugar de QNH para informar la altitud

Los modos de transpondedor C/S y ADS-B también incluyen un altímetro barométrico que se ajusta permanentemente a la presión media al nivel del mar, 1013,25 hPa. Hay una entrada de código Q correspondiente, QNE. Recapitulemos:

• QFE = Presión en el aeródromo.
• QNE = Presión estándar a nivel del mar en el modelo, 1013,25 hPa.
• QNH = Presión a nivel del mar retrocalculada basada en QFE.

Esta altitud de referencia QNE puede ser negativa de vez en cuando cuando se vuela a baja altitud con alta presión atmosférica. Sin embargo, el sistema de radar lo corrige antes de mostrarlo a los operadores de ATC, por el valor del QNH local (gracias a @JanHudec por aclarar esto).

Pero los receptores personales Modo S y ADS-B no realizan esta corrección por defecto, ya que se desconoce el valor de QNH.

Altitud negativa mostrada en el receptor personal Modo S

Rennes St Jacques (LFRN) es un aeropuerto cerca del Canal de la Mancha, en Francia, su altitud es de 124 pies . En el modelo teórico 124 ft es 5 hPa. Cuando la presión del aeropuerto es 1018,25, su QNH calculado retrospectivamente es 1013,25 e igual a QNE. En estas condiciones, un transpondedor en modo S, que está configurado permanentemente en QNE, informa la misma altitud que la que se muestra en los altímetros de la cabina configurados en el QNH actual.

De vez en cuando, esta área está sujeta a condiciones anticiclónicas extremas con la presión del aeropuerto superior al modelo teórico, por ejemplo, 1047 hPa. El QNH calculado retroactivamente es 1042 hPa. La diferencia con la atmósfera estándar es ahora de 28,75 hPa. Esto corresponde a -776 pies.

Al llegar a la pista que se encuentra a una altitud de 124 ft, la altitud reportada será -776 + 124 = -652 ft. Esto es lo que verá el usuario de un receptor que no esté realizando la corrección QNH:

^{Altitud reportada como negativa por Modo S al receptor SBS-1, fuente: F6GKQ (73/Denis)}

Altitud geométrica

Determinar una altitud geométrica, es decir, la distancia al nivel medio del mar, es en realidad una operación muy difícil, porque el nivel del mar (el nivel después de eliminar las variaciones de la marea) es en sí mismo una noción compleja. Para empezar, los mares y los océanos no son todos comparables, y en el pasado se usaban localmente diferentes MSL. Además, las corrientes y la variación local de la gravedad interfieren con el nivel medio del mar. Con suerte, estas muchas dificultades tuvieron que ser resueltas para construir sistemas de navegación global, y este conocimiento se ha integrado en los sistemas.

Los datos de los satélites GNSS son relativos al elipsoide perfecto WGS 84 ( GRS 80 ) que representa la Tierra achatada. MSL, por otro lado, está representado por el geoide WGS 84 (basado en el modelo gravimétrico EGM 96 ).

El elipsoide y el modelo de gravedad se han definido después de realizar muchos estudios y campañas de medición con medios costosos. El trabajo duro se realizó y se actualizará periódicamente, los datos se pueden usar para determinar la altitud geométrica en una fracción de segundo prácticamente sin costo para el usuario de GNSS.

• El receptor GNSS primero usa los satélites para determinar su altura sobre el elipsoide de referencia. El principio es que se conoce la posición de cada satélite en relación con el elipsoide y la posición del receptor en relación con los satélites visibles se determina por multilateración mediante el análisis de la señal de radio transmitida por cada satélite.

• Luego, el receptor GNSS utiliza un modelo de geoide, un modelo que describe el nivel irregular del mar, para obtener la ondulación del geoide local, es decir, cuánto se aleja el geoide del elipsoide en la ubicación de recepción. La altitud es la diferencia entre la altura elipsoidal y la ondulación.

¿Por qué es tan difícil lidiar con la altitud en la aviación?

La dificultad para entender conceptos tan confusos es que primero asumimos que el altímetro mide una altitud, mientras que un altímetro barométrico en realidad mide la presión atmosférica y la muestra en un dial marcado con altitudes obtenidas de acuerdo con un modelo teórico que rara vez se cumple en la vida real. Establecer una referencia es solo una forma de tratar de hacer que el modelo sea más relevante para la situación local actual.

La aviación encuentra dificultades para pasar de una tecnología centenaria , que hoy causa muchos problemas, a la tecnología moderna más barata y precisa que los resolvería. Esto es cierto para los altímetros y la gestión del tráfico aéreo en general. Esperemos que la aviación supere estos desafíos.

Hay varias regiones donde podrías (al menos en teoría) volar por debajo del nivel del mar. Por ejemplo, en la depresión del Mar Muerto, que es el tramo de tierra más bajo del planeta, alcanzando una profundidad máxima de aproximadamente 400 metros por debajo (geoide) del nivel medio del mar.

Porque aquí en los EE. UU., les doy el aeropuerto de Furnace Creek a una altitud de -210 pies. https://www.nps.gov/deva/planyourvisit/airports.htm La altitud del patrón es +789 MSL, pero será más bajo en la aproximación final. La vuelta tardía debería generar algunas lecturas de instrumentos interesantes.

Recuerdo haber leído sobre un caso en el que la aviónica se codificó para que Furnace Creek fuera el aeropuerto más bajo posible y fallara sobre el Mar Muerto. :( EDITAR: enlace de respuesta https://aviation.stackexchange.com/a/56896/5711

Recuerda que el altímetro simplemente muestra tu "altitud" como una referencia relativa a la presión en un punto conocido. Por lo general, usamos el nivel del mar, aunque también se puede configurar como referencia al nivel del suelo (de nuevo, en un punto conocido). Esto se usa comúnmente en el Reino Unido, conocido como QFE, donde el piloto marcará la presión del aire en un aeródromo.

Entonces, en ese sentido, sí, tu altímetro podría mostrar un valor negativo si vuelas por debajo de tu punto de referencia. Es decir, por debajo del nivel del mar o por debajo del nivel del suelo que marcó.