地球曲率計算器
依觀察者高度與地表距離,計算幾何地平線距離、地球曲率落差及遮蔽高度。
計算地平線與曲率
輸入以公尺為單位的觀察者高度及以公里為單位的地表距離,使用球形地球模型計算。
關於地球曲率計算
地球曲率會影響遠方物體相對於當地水平線的呈現位置。本計算器將地球視為平均半徑6,371公里的球體,依觀察者高度求出到地平線的幾何直線距離,並依地表距離計算球面低於起點切平面多少。
地平線距離可由直角三角形求得,其斜邊從地心延伸至觀察者。精確幾何公式為2Rh加h平方的平方根,其中R為地球半徑,h為觀察者高度。接近地表時,h平方項很小,但保留此項可讓公式也適用於較高的觀測位置。高度增加並不會讓地平線距離線性增加;地平線距離大致隨高度的平方根成長。
曲率落差使用精確的圓幾何計算,而非一般每英里八英吋的近似法。對水平弦長d而言,落差為R減去R平方減d平方的平方根。本模型將輸入距離解讀為水平距離。距離較短時,落差約為d平方除以地球半徑的兩倍,因此距離加倍時,落差約變為四倍。
這裡的遮蔽高度是曲率落差與觀察者高度的簡單幾何比較:從計算出的落差扣除觀察者高度,且不回報負值。這適合初步估算,但並非高處目標的完整視線解。嚴謹的可見性計算應納入觀察者與目標高度、地形、潮汐、大氣條件及精確的大地測量路徑。
大氣折射通常使光線向下彎曲,讓視地平線超出純幾何值。折射隨氣壓、溫度、濕度及垂直梯度變化,因此本計算器刻意只提供不計折射的幾何結果。測量、無線電規劃、導航與攝影可能在標準假設下,採用實際半徑六分之七等有效地球半徑。請將它視為另一種模型,而非必然準確的修正。
地球曲率範例
| 觀察高度與距離 | 幾何結果 | 解讀 |
|---|---|---|
| 高度 2 m;距離 10 km | 地平線 5.048 km;落差 7.848 m | 目標距離超出站立觀察者的幾何地平線。 |
| 高度 100 m;距離 50 km | 地平線 35.696 km;落差 196.205 m | 高塔能延伸地平線,但五十公里仍在其外。 |
| 高度 10 m;距離 5 km | 地平線 11.288 km;落差 1.962 m | 指定距離位於觀察者的幾何地平線內。 |
如何計算地球曲率
- 測量觀察者眼睛或儀器距當地地表的高度,單位為公尺。
- 輸入到目標的地表水平距離,單位為公里。
- 選擇「計算地球曲率」,套用平均半徑球體模型。
- 比較目標距離與地平線距離,並以不計折射的方式解讀落差及遮蔽高度。
地球曲率常見問題
計算器採用哪個地球半徑?
採用平均地球半徑6,371公里。地球不是完美球體,因此精密大地測量會使用參考橢球與當地座標。
結果包含大氣折射嗎?
不包含。輸出為純幾何曲率,而真實大氣折射可能使可見地平線更遠。
曲率落差與遮蔽高度相同嗎?
不同。落差是相對於起點切平面向下量測,遮蔽高度則還取決於觀察者與目標高度及視線幾何關係。
為什麼距離的影響比高度大?
在一般距離範圍內,曲率落差大致隨距離平方增加;地平線距離則大致隨觀察者高度的平方根增加。
這能取代專業測量嗎?
不能。專業作業須考量地球橢球形狀、地形、儀器架設、折射及適用的測量標準。