datum vertical

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

Los criterios comúnmente adoptados para un datum 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 Geodésico 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 Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS) de 2022 que la NOAA planea publicar ese año por el Servicio Geodésico Nacional.

En el uso común, las elevaciones suelen citarse como altura sobre el nivel del mar , aunque el significado real de "nivel del mar" es más complejo de lo que podría pensarse en un principio: la altura de la superficie del mar en un lugar y momento determinados es el resultado de numerosos efectos, entre ellos 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 objetos en tierra, el datum habitual es el nivel medio del mar (NMM). Este datum mareal se define como la media aritmética de la elevación horaria del agua durante 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. Sin embargo, no elimina los efectos de la gravedad local, por lo que la altura del NMM, con respecto a un datum geodésico, varía en todo el mundo, e incluso dentro de un mismo país. Los países suelen elegir el nivel medio del mar en un punto específico como nivel estándar para todos los trabajos de cartografía y topografía. (Por ejemplo, en Gran Bretaña, el datum vertical nacional, Ordnance Datum Newlyn , se basa en el nivel medio del mar registrado en Newlyn , Cornualles, 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 MSL no es el mismo en todas partes), razón por la cual los datums verticales definidos localmente difieren entre sí.

Se utiliza un principio diferente al elegir un datum para las cartas náuticas . Por razones de seguridad, un marinero debe conocer la profundidad mínima del agua que podría presentarse en cualquier punto. Por esta razón, las profundidades y las mareas en una carta náutica se miden con respecto al 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 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 Mínima (la marea más baja predecible por los efectos de la gravedad) o la Bajamar Media (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 pueda pasar con seguridad por debajo de un puente bajo o un cable eléctrico aéreo, el marinero debe conocer la altura libre mínima entre la parte superior del mástil y la obstrucción, que se producirá durante la marea alta. En consecuencia, las alturas libres de puentes, etc., se dan con respecto a un nivel de referencia basado en la marea alta, como la Marea Astronómica Máxima o la Marea Alta Media de Sicigia.

El nivel del mar no permanece constante a lo largo del tiempo geológico , por lo que los datos de mareas son menos útiles para estudiar procesos a muy largo plazo. En algunos casos, el nivel del mar no 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 las elevaciones basándose en el modelo geodésico utilizado, sin referencia adicional al nivel del mar. Por lo general, el punto de referencia inicial es un mareógrafo, por lo que en ese punto los datums geodésico y mareal pueden coincidir, pero debido a las variaciones del nivel del mar, las dos escalas pueden no coincidir en otros lugares. Un ejemplo de un datum geodésico basado en la gravedad es NAVD88 , utilizado en América del Norte, que se referencia 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 datums verticales incluyen: ^{[ 4 ]}

• La superficie del elipsoide de referencia, resultando en una altura elipsoidal , h .
• ^{El nivel medio del} mar descrito por el geoide gravitatorio , que produce 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 ) de una ubicación. ^{[ 6 ]}

Para especificar con precisión la ubicación de un accidente geográfico en la Tierra, dentro de ella o sobre ella, también es necesario especificar su posición vertical. La Tierra no es una esfera, sino una forma irregular que se aproxima a un elipsoide biaxial . Es casi esférica, pero tiene un abultamiento 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 menor coincide aproximadamente con el eje de rotación. Si bien los primeros navegantes consideraban el mar como una superficie horizontal que podía usarse como referencia vertical, esto no es del todo cierto. La Tierra posee una serie de capas de igual energía potencial dentro de su campo gravitatorio . La altura es una medida perpendicular a 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 la capa que se utiliza para definir la altura es arbitraria.

• Australia: Nivel de referencia de altura australiano
• Austria, Albania y las antiguas repúblicas yugoslavas : metros sobre el Adriático
• Francia: Nivelación general de Francia
• Alemania: Normalhöhennull , precedido por Normalnull
• Gran Bretaña: Datum de Ordnance Newlyn
• Países Bajos: El sistema de referencia ortogonal de Ámsterdam también fue utilizado por Prusia.
• Suiza: 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 Terrestre (EGM), EIGEN-6C4 y otros ^{[ 7 ]}

• Referencia de datum
• datum horizontal
• Arrasamiento
• Nivel reducido
• altura de referencia
• Niveles de referencia del agua
• Marcos de referencia verticales para alta mar
• Altura sobre el nivel del suelo
• Altura sobre el nivel del mar
• Altura sobre el terreno medio

• Datos de mareas , elaborados para la NOAA por su Servicio Geodésico Nacional.