在中文語境，如果說起「飛機高度」，指的到底是什麼呢？
是指飛機在地面上，機身最高點「有多高」？
還是飛行中的飛機在多「高」的天空飛行？
而在英語世界，還有"Height"和"Altitude"兩種譯義相同，意思卻完全不一樣的概念。
而且更細分作"Indicated Altitude", “Pressure Altitude", “Density Altitude", “True Altitude", “Absolute Altitude", “Calibrated Altitude", “Equivalent Altitude"……….等等各種變種。是不是很可怕呢(笑)。
在這篇文章，讓我們從頭開始學習各種「高度」的意思。
目錄：
「高度」的概念
「高度」的各種分類
第一類：物理上的垂直距離
氣壓，溫度，等壓線
第二類：等壓線之間的差距
PAlt和DAlt的計算
第三類：儀錶上的數字顯示
「高度」的概念
本站一向堅持盡量使用全中文寫作。可是薯仔總覺得有一些字詞和概念，中文語境跟本不存在準確的同義字。機場航線每一邊的名稱是一個很好的例子。
不幸地，中文的「高度」亦不是一個很準確的詞語：
在英語語境中，Height(譯作高度)指的是從地面算起的垂直距離，注意「地面」是參考，這點相信不難理解。可是地面可能不是完全平坦的，這時候應該要從那一點算起？
這就是以「地面」作參考的最大問題：不統一，難以作為標準。
所以我們再想想：世界上有沒有東西是「完全平坦」的？
答案是地球的大海(而且佔了地球71%的面積)。地理學家用他們的方法，在潮漲潮退的海洋水位中，定義了一條「平均海平面」(Mean Sea Level，MSL)。從「大海」這條線算起的垂直距離，中文稱作「海拔」，而英文叫"Elevation" (ELEV)。
一種是參考地面(=Height)，一種是參考海平面(=Elevation)，兩者的統稱是什麼？
於是便有了"Altitude"這個字的誕生：相對某一個平面的垂直距離。
高度 = Height = 用地面作參考海拔 = Elevation = 用海平面作參考兩者統稱作Altitude (相對高度)
打開任何一本英漢字典(這裡使用網上版牛津英漢字典)：
height (n.)：高，高度elevation (n.)：海拔，高度altitude (n.)：海拔，海拔高度
「高度」一詞重覆了三次，在英文中卻是三種不同的概念。中文真是博大精深。
因為中文無法有效的區分三者，因此下文只會用英文稱呼來區分。強烈建議讀者們亦只用英文記憶這些航空用語，網上的中文譯名大多非常誤導。
「高度」的各種分類
不論是中文還是英文，網上有很多文章都會一口氣介紹5(或6)種"Altitude"。可是薯仔閱讀過後，卻常常覺得非常迷惑，極容易混淆。為了方便記憶，薯仔根據每一種Altitude的「參考」分作3大類來記憶：
最左邊的第一類是飛機和各個平面的物理距離。中間的第二類是飛機和某「等壓線」(Isobar)的垂直差距。最後是可以直接從高度錶讀出的讀數。下文將逐一講解。
第一類：物理上的垂直距離
第一類的量度方法「非常簡單」，將一把卷尺從飛機垂到地面，得到的距離就是了(笑)。
用腦想想都知道不可能，所以很多時候對飛行員這一類都只是一個概念(Concept)而不是一個實在的數字(Figure)。飛行員要用身邊的資訊，作粗略的運算得出。
三者的差別，在於比較的平面不同，和使用時機的差異：
Above Sea Level (ASL)，北美別稱：True Altitude
參照平均海平面 (MSL)
因為這個平面是固定(Fixed)，不會移動的，特別適合作為飛機之間的共同標準，也是航圖(Navigation Chart)的基礎
飛行時大部份時間都參照ASL
Above Ground Level (AGL)，北美別稱：Absolute Altitude
參照飛機正下方的地面
會隨著地形起伏而有所加減；當變成負數的時候，恭喜你撞地了
低飛時特別關注的數字 (要避免在跑道外變作0)
Above Aerodrome(AAE)，別稱：Above Field Elevation (AFE)
參照飛機起降的機場，跑道上最高的一點 (ICAO定義)
算是AGL的變種，不過參考物是跑道而不是正下方的地面
起降時最關心的數字 (例如起降航線的Downwind Leg便應在1000′ AAE)
在飛行途中，飛行員都應該隨時說得出這三個數字，因為這是他對飛機所處環境的意識(Situational Awareness)。特別在起降時，ASL(在航圖上制定飛行路線用)和AAE(判斷在起降航線中的位置)更是非常關鍵。
有時候較大型的客機裝有無線電高度儀(Radio Altimeter)，向正下方發出無線電波，再用反彈回來的時間差估算出和地面之間的距離。噴射機降落前電腦喊出(Callout)的"One Hundred. Fifty, Forty, Thirty, Twenty, Ten"正正是無線電高度儀量度出的AGL，有助機師進行平飄動作(Round Out and Flare)。
[無線電高度儀的迷思]
為什麼不是所有飛機都裝備無線電高度儀呢？
首先當然是成本，還有所需空間。這兩點不用解釋。
其次是有效高度。雖然無線電波以光速前進，但不要忘記飛機亦不斷向前飛行，因此離地面的距離一遠，讀數便可能不再準確。大部份無線電高度儀只在離地2500呎以下有效。
最後是需求問題。只有在惡劣天氣進行儀錶降落(Instrument Landing)時，無線電高度儀才是必不可少的飛行儀錶，其他情況都只是作為輔助角色。
種種考慮下，便只有中大型客機才會安裝無線電高度儀。小型飛機上非常旱見
氣壓，溫度，等壓線
在講解第二類的Altitude前，有必要先簡介一下在現實世界中，氣壓的分佈：
首先我們假設氣溫(Air Temperature)在各個地區是相等的(現實中不太可能)。兩個地區之間總會有氣壓(Atmospheric Pressure)的差異，風的流動便是實證。氣壓較高的地區稱作高壓區(High Pressure Region)、相對較低的叫作低壓區(Low Pressure Region)。要做出這種比較，氣象學家會在同一個平面(例如MSL)上量度兩區的氣壓。
上圖是高壓區和低壓區之間，大氣的橫切面(Cross-section)。如果我們用氣壓計在兩區之間量度，並把相同氣壓的地方連起來，就會出現一條條曲線，稱作等壓線(Isobar)。在一條等壓線上的每一點，氣壓都是一樣的。
在溫度不變的前設下，等壓線之間的距離是相等的。換言之在上圖的高壓區、海平面氣壓是約30.05 inHg (每個間隔0.1 inHg)；而低壓區則是明顯的29.90 inHg。
可是這個世界當然不是完美的，兩地之間總會有溫度上的差異。這時候我們就要同時考慮溫度對空氣密度(Density)的影響。氣溫愈高，空氣的密度就更少(因為空氣分子的移動更迅速，參照這一篇所述的分子運動論)，導致氣壓上升。這一點可以參考上圖的海平面氣壓。
[氣溫，密度和氣壓的數學關係{感謝jason在20210812指正}]
溫度(T)，密度(ρ)和氣壓(P)三者的關係，往往非常容易令人混淆。
一年前的薯仔也在制作圖片時搞錯了，所以有必要整理出不易犯錯的方法。
我們可以應用理想氣體方程式(Ideal Gas Law)：PV=nRT
在大氣環境下，容量(V)難以定義(Undefined)，而n則是空氣份子的數量，同樣難以定義。
但將n除以V，就剛好符合密度(ρ)的定義。所以重寫一次方程式：P=ρRT
將密度(ρ)移作主項，我們就可以得出：ρ=P T^-1 R^-1
R是氣體常數(Gas Constant)，可以無視。
換言之當氣壓(P)不變時，溫度(T)上升，密度(ρ)就會下降，兩者是反比；
而溫度(T)不變時，氣壓(P)上升，密度(ρ)也會上升，兩者是正比；
換言之等壓線之間的距離會隨著氣溫下降而收窄。所以如果我們要利用氣壓來判斷Altitude，就可能需要同時考慮溫度造成的誤差。
第二類：等壓線之間的差距
回到如何量度Altitude的問題上，因為用卷尺和無線電高度儀都不太可能，我們只有利用氣壓來判斷Altitude。高度錶的原理在之前的文章已經詳述，就是比較機外氣壓和一個固定的標準壓力(Standard Pressure)。這個標準稱為標準大氣壓：
跟這個理想化(Ideal)的標準比較而出的數值，就是Pressure Altitude (PAlt)，又稱作Calibrated Altitude：
可是在現實中，符合這些條件(ISA Condition)的機會近乎零，因此我們可以說Pressure Altitude，並不等於ASL。在海平面氣壓高於29.92 inHg / 1013.25 hPa的日子，比較的平面=29.92 inHg的等壓線會在平均海平面MSL之上；相反在低於29.92 inHg / 1013.25 hPa的日子，則在MSL之下。
Pressure Altitude的好處，是所有飛機都採用了統一的標準，因此得以可靠的互相比較高度。在避免空中碰撞的角度上，對於相近的飛機而言，溫度的差異和儀錶本身的誤差並不會造成明顯的差異。
而在Pressure Altitude之上，套用溫度修正之後，便可以得出Density Altitude (DAlt)，又稱Equivalent Altitude。顧名思意，就是指用空氣密度而言，飛機飛行的Altitude。Density Altitude愈高，空氣密度愈低，而空氣密度跟飛行息息相關：
機翼產生升力的計算公式是：L = (1/2) x ρ x V^2 x CL x S
ρ(讀rho)是空氣密度；V是真空速(TAS，True Air Speed)；CL是升力系數(Coefficient of Lift)；而S是機翼面積(Wing Area)
所以隨著Density Altitude上升，空氣密度下降，產生的升力也更少。
任何航空引擎皆需要氧氣(Oxygen)運作。密度愈高，可用的氧氣愈多。
所以隨著Density Altitude上升，空氣密度下降，引擎可用氧氣減少，輸出也會降低。
PAlt和DAlt的計算
跟據定義，Pressure Altitude和Density Altitude都是可以計算出來的：
跟據物理上的定義，嚴格而言：1) ISA Temp公式的最後應該是(1.98)，但用(2)計算即可，差異不大2) DAlt公式的(120)應該是(118.8)，但使用(120)即可
馬上來一個例子：
這是飛行員起飛前必做的典型運算。利用當前機場的：1)海拔Elevation；2)高度錶設定(Altimeter Setting，在ATIS中可以聽到)；3)氣溫(ATIS中亦有)，三個變數(Variables)套入公式，算出Pressure Altitude和Density Altitude，便可以查閱飛機飛行手冊(POH)內的性能表格(Performance Chart)，知道飛機的起降所需距離、爬升速率(Climb Rate)等等。
這個例子中PAlt = 1198’，要注意的是並不等於在海平面上1198′ (ASL)。只有機場氣溫等於ISA Temperature，PAlt才等於ASL(不常見)。
而因為天氣較熱和氣壓較低，DAlt = 3838’。換言之即使在離海平面998’的機場，飛機已經表現得在4000’的高空飛行，起降距離會增加(因空氣比起標準"稀薄"了)、爬升率也會更差(氧氣比起標準"少"了)。實際上，飛行員都要緊記：
低氣壓 x 高溫 = 惡劣起降和爬升性能
另外一個例子：
跟上一個例子相似，不過飛機在空中，因此PAlt公式中的海拔Elevation要加上3000′ = AAE。要注意的是比起上一個例子，氣壓大幅上升，溫度亦大幅下跌，因此DAlt僅得898ft，降落後甚至只有-2102’，表示飛機等同於在標準大氣狀態之下的空氣飛行。因此飛機的性能會比標準更佳，是上個例子的相反。
飛行員最喜歡高氣壓和涼爽的日子了。(可是還是怕冷的，生理上)
Pressure Altitude和Density Altitude主要用於導航和性能計算上，飛行途中不常用到。在高空飛行除外。
第三類：儀錶上的數字顯示
最後一類是儀錶(指高度錶)上的讀數顯示：
高度錶讀出的是Indicated Altitude，indicate就是顯示的意思。很多網站會首先介紹這一個Altitude，薯仔卻選擇放到最後，原因是其特性：讀數取決於高度錶設定(Altimeter Setting)。換言之，透過在Sub-scale / Kollsman Window調整不同設定，Indicated Altitude的讀數可以是：
Pressure Altitude (高度錶設定為29.92 inHg / 1013.25時)
Above Sea Level (高度錶設定為機場/監測站氣壓設定，溫度符合ISA Temperature時)
Above Aerodrome (高度錶設定為機場測得氣壓，溫度符合ISA Temperature時)
什麼是高度錶設定(Altimeter Setting)？
記得高度錶是以標準大氣壓比較而出的數值，因此也只有在海平面氣壓是29.92 inHg / 1013.25 hPa、符合ISA Condition的情況下才會準確。參考上圖，如果高度錶設定保持不變，在高壓區顯示的讀數比實際低；相反在低壓區則比實際高！
想像駕機在上面的情況由高壓區飛到低壓區，高度錶設定保持在29.92 inHg不變，而讀數一直是1000’。在低壓區有一座600’的小山，你很可能心想：我在1000’的高空，只要跟據高度錶保持就應該有400 ft的空隙吧。可是飛機實際只在500’飛行，並非高度錶所示的1000’！所以飛行員間流傳一句古老的說話：
High to Low, Watch Below!從高壓區飛到低壓區，留意下方！
這一句同樣適用於從高溫區飛到低溫區！
高度錶設定可以由附近的空中交通管制服務(ATC)取得，又或者跟據各地的航空規則設置。國際民航組識(ICAO)定義了三種設定，各以Q字開首(Q-code)：
第一種是QNE，參考標準大氣壓作設定，所以高度錶讀數也就是Pressure Altitude。QNE表示將高度錶撥正到29.92 inHg / 1013 hPa，視乎所在地區而定。北美用前者、其他地區多用後者。
第二種是QNH，參考修正了的海平面氣壓。所謂修正，是指「當在監測站位置撥入設定時，高度錶讀出的就是監測站的海拔Elevation」。可是飛行中只有機外氣溫符合ISA Temp時，高度錶讀出的高度才是絕對準確(=ASL)，不然就會有一些誤差。
最後一種是QFE，參考機場測得的氣壓。撥入這個氣壓，當在機場跑道上時，不論氣溫高度錶就會讀得0。飛行中如果氣溫符合ISA Temp時，高度錶讀出的高度才是AAE，不然就會有誤差。
三種設定各有不同用處，先說QNH和QFE兩個跟地面有關的：
參考上圖例子，假如我們已經知道飛機在機場上1000′(AAE)，如果撥入的是左邊的QNH，高度錶就會顯示機場海拔+AAE=1998’。換言之跑道就是在998’的讀數，飛行員可以自行相減得出AAE來操控飛機降落。儘管要進行一些心算，卻可以直接在航圖上找出附近障礙物的高度(因為航圖統一使用ASL)，因此絕大多數場合都會使用QNH作起降。 [注意：嚴格上即使撥入了QNH，讀數也因為不符合ISA Temp而不等於ASL；可是實際差異很少，只要情況不極端亦可當作ASL使用]
如果撥入右邊的QFE，高度錶就會顯示AAE=1000’，換言為跑道在0’的讀數。這無疑是一個非常直觀的顯示，卻令飛行員無法從航圖中快速參考障礙物位置。實際上至少在北美，所有給予的高度錶設定都默認是QNH而不是QFE，薯仔不能舉出使用例子(如有請務必告知，那些機場在用QFE？)。
當起降和巡航(Cruise)時，飛行員應當撥入最近機場/監測站發佈的QNH。緊記當附近所有的飛機都使用同一個設定，就不會有因高度誤差造成的碰撞。
可是在長距離巡航(=在高空飛行)時，頻繁的轉換設定很麻煩。在這個情境下，便會統一改用QNE = 29.92 inHg / 1013.25 hPa。在不同地區有不同的規定：
北美：在18000′ ASL之上，撥入29.92 inHg澳洲：在10000′ ASL之上，撥入1013.25 hPa歐洲：視乎區域，最低於3000′ ASL要撥入1013.25 hPa
當進入了這個區域，無線電通話便會改用Flight Level (FL)來表示高度。如FL200就是PAlt = 20000’的意思。
到了這裡，你應該可以講出下面各種Altitude的定義和用途：
如果說不出，請從頭再讀一次(笑)。
適用於小型飛機的操作：1) 飛行前：計算PAlt和DAlt來得知起降距離和爬升性能2) 飛行時：高度錶撥入最近機場/監測站發佈的QNH，利用(偽)ASL飛行3) 降落時：高度錶撥入最近機場/監測站發佈的QNH，心算出AAE
~完~
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