Dato vertical

En geodesia , topografía , hidrografía y navegación , un datum vertical o datum altimétrico es una superficie de coordenadas de referencia utilizada para posiciones verticales , como las elevaciones de características terrestres ( terreno , batimetría , nivel del agua y estructuras construidas) y las altitudes de las órbitas de los satélites y en la aviación . En la ciencia planetaria , los datums verticales también se conocen como superficie de elevación cero ^[1] o referencia de nivel cero . ^[2]

Los criterios comúnmente adoptados para un dato vertical incluyen los siguientes enfoques:

• Mareas , basadas en el nivel del mar cuando se dan condiciones específicas, como los datos de mareas producidos por el Servicio Geodético Nacional de la NOAA ;
• Gravimétrico , basado en un geoide ; o geométrico, basado en los mismos elipsoides terrestres que se utilizan para calcular un datum horizontal, como el datum gravimétrico y basado en los sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) de la NOAA de 2022 , que será publicado ese año por el Servicio Geodético Nacional.

En los Estados Unidos, los datums verticales destacados utilizados por los profesionales incluyen el Datum Vertical Geodético Nacional de 1929 y el Datum Vertical de América del Norte de 1988 .

En el uso común, las elevaciones a menudo se citan como altura sobre el nivel del mar , aunque lo que realmente significa "nivel del mar" es una cuestión más compleja de lo que podría pensarse en un principio: la altura de la superficie del mar en un lugar y momento determinado es el resultado de numerosos efectos, incluidas las olas, el viento y las corrientes, la presión atmosférica, las mareas , la topografía y las diferencias en la fuerza de la gravedad debido a la presencia de capas de hielo cercanas, montañas y variaciones de densidad en la corteza y en las profundidades del manto.

Para medir la altura de los objetos en tierra, el datum que se utiliza habitualmente es el nivel medio del mar (MSL). Se trata de un datum de mareas que se describe como la media aritmética de la elevación horaria del agua tomada a lo largo de un ciclo específico de 19 años. Esta definición promedia las mareas altas y bajas (causadas por los efectos gravitacionales del sol y la luna) y las variaciones a corto plazo. No eliminará los efectos de la fuerza de la gravedad local, por lo que la altura del MSL, en relación con un datum geodésico, variará en todo el mundo e incluso en un país. Los países tienden a elegir el nivel medio del mar en un punto específico para utilizarlo como el "nivel del mar" estándar para todos los mapas y topografías en ese país. (Por ejemplo, en Gran Bretaña, el datum vertical nacional, Ordnance Datum Newlyn , se basa en lo que era el nivel medio del mar en Newlyn en Cornwall entre 1915 y 1921). ^[3] Sin embargo, la elevación cero definida por un país no es la misma que la elevación cero definida por otro (porque el nivel del mar no es el mismo en todas partes), razón por la cual los datos verticales definidos localmente difieren entre sí.

Al elegir un datum para las cartas náuticas se utiliza un principio diferente . Por razones de seguridad, un navegante debe poder saber la profundidad mínima del agua que podría darse en cualquier punto. Por esta razón, las profundidades y las mareas en una carta náutica se miden en relación con el datum de la carta , que se define como un nivel por debajo del cual la marea rara vez desciende. La forma exacta en que se elige esto depende del régimen de mareas en el área que se está cartografiando y de la política de la oficina hidrográfica que produce la carta en cuestión; una definición típica es la marea astronómica más baja (la marea más baja predecible a partir de los efectos de la gravedad) o la bajamar media más baja (la marea más baja promedio de cada día), aunque a veces se utiliza el nivel medio del mar en aguas con rangos de marea muy bajos.

Por el contrario, para que un barco pase con seguridad por debajo de un puente bajo o de un cable de alta tensión, el navegante debe conocer la distancia mínima entre el tope del mástil y la obstrucción, que se producirá durante la marea alta. En consecuencia, las distancias mínimas entre el puente y la obstrucción se dan en relación con un dato basado en la marea alta, como la marea astronómica más alta o la marea media de pleamar.

El nivel del mar no permanece constante a lo largo del tiempo geológico , por lo que los datos de mareas son menos útiles cuando se estudian procesos a muy largo plazo. En algunas situaciones, el nivel del mar no se aplica en absoluto (por ejemplo, para cartografiar la superficie de Marte) , lo que obliga a utilizar una "elevación cero" diferente, como el radio medio.

Un datum vertical geodésico toma un punto cero específico y calcula elevaciones basadas en el modelo geodésico que se está utilizando, sin referencia adicional a los niveles del mar. Por lo general, el punto de referencia inicial es un mareógrafo, por lo que en ese punto los datums geodésicos y de mareas pueden coincidir, pero debido a las variaciones del nivel del mar, las dos escalas pueden no coincidir en otro lugar. Un ejemplo de un datum geodésico basado en la gravedad es NAVD88 , utilizado en América del Norte, que está referenciado a un punto en Quebec , Canadá . Los datums basados ​​en elipsoides como WGS 84 , GRS80 o NAD83 utilizan una superficie teórica que puede diferir significativamente del geoide .

Los tipos comunes de referencias verticales incluyen: ^[4]

• La superficie del elipsoide de referencia, que da como resultado una altura elipsoidal , h .
• El nivel medio del mar descrito por el geoide de gravedad , que da como resultado la altura ortométrica , H. ^{[3] [5]}

Junto con la latitud φ y la longitud λ , la altura elipsoidal h proporciona las coordenadas geodésicas tridimensionales (o coordenadas geográficas ) para una ubicación. ^[6]

Por lo tanto, para especificar completamente la ubicación de una característica topográfica sobre, en o por encima de la Tierra, también hay que especificar la posición vertical. La Tierra no es una esfera, sino una forma irregular que se aproxima a un elipsoide biaxial . Es casi esférica, pero tiene una protuberancia ecuatorial que hace que el radio en el Ecuador sea aproximadamente un 0,3% mayor que el radio medido a través de los polos. El eje más corto coincide aproximadamente con el eje de rotación. Aunque los primeros navegantes pensaban en el mar como una superficie horizontal que podía usarse como un dato vertical, en realidad no es así. La Tierra tiene una serie de capas de igual energía potencial dentro de su campo gravitatorio . La altura es una medida en ángulos rectos con esta superficie, aproximadamente hacia el centro de la Tierra, pero las variaciones locales hacen que las capas equipotenciales sean irregulares (aunque aproximadamente elipsoidales). La elección de qué capa usar para definir la altura es arbitraria.

• Australia: datos de altura australianos
• Austria, Albania y las ex repúblicas yugoslavas : metros sobre el Adriático
• Francia: nivelación general de Francia
• Alemania: Normalhöhennull , precedido por Normalnull
• Gran Bretaña: Ordnance Datum Newlyn
• Países Bajos: Amsterdam Ordnance Datum , también utilizado por Prusia
• Suiza: A metros sobre el mar
• Estados Unidos: Datum vertical geodésico nacional de 1929 , Datum vertical norteamericano de 1988 y la diferencia entre ambos en VERTCON
• Global (geoide): Modelo gravitacional de la Tierra (EGM), EIGEN-6C4 y otros ^[7]

Un datum cartográfico es la superficie del nivel del agua que sirve como origen de las profundidades que se muestran en una carta náutica y para informar y predecir las alturas de las mareas. Un datum cartográfico generalmente se deriva de alguna fase de marea , en cuyo caso también se conoce como datum de marea. ^[8] Los datums cartográficos comunes son la marea astronómica más baja (LAT) ^[8] y la bajamar media más baja (MLLW). En áreas sin mareas, por ejemplo, el mar Báltico , se utiliza el nivel medio del mar (MSL). ^[9]

Un datum de gráfico es un tipo de datum vertical y no debe confundirse con el datum horizontal del gráfico.

• Referencia de datos
• Dato horizontal
• Arrasamiento
• Nivel reducido
• Altura de referencia
• Niveles de agua de referencia
• Marcos de referencia verticales offshore
• Altura sobre el nivel del suelo
• Altura sobre el nivel del mar
• Altura sobre el terreno promedio

• Datos de mareas, producidos para la NOAA por su Servicio Geodético Nacional