節、馬赫與飛行高度層:航空業從未實現公制化的單位

最後審核:2026-07-29

一個業界依賴三種其他人不使用的單位

航空導航使用海里測量距離、節測量速度、英尺測量飛行高度層以下的高度,以及馬赫數測量接近或超過音速的速度 — 都不是國際單位制(SI),也都不太可能改變。每一個都因特定、可防禦的理由而存活,而不是單純因為慣性,這些理由值得彼此分開來看待。

1929年:海里在全球成為一個統一的數字

在1929年之前,「海里」在不同國家代表略為不同的距離 — 英國的海軍里程是6,080英尺(1,853.18公尺)、美國海里是1,853.248公尺,其他海洋國家各有各的數值,都大致接近緯度的一分鐘弧長,但未能完全一致。第一屆國際特別水文會議於1929年在摩納哥舉行,將單一國際海里定為恰好1,852公尺。採用並非同時進行,而是逐漸的:美國在1954年7月1日切換到國際標準值,英國則直到1970年才廢除海軍里程。今天海里在世界各地航空和航運運營地區都以相同方式定義,雖然它不是國際單位制單位,而且國際單位制小冊子本身僅接受它「與國際單位制一起使用」,而不是將它作為其中的一部分。

為什麼恰好1,852公尺 — 而不是隨意選擇的整數

海里並非如法定里程般隨意。它設定為地球表面沿著子午線的弧長的一分鐘 — 緯度一度的六十分之一。這給了它直接、實用的回報,是法定里程所沒有的:航海者沿著圖表的子午線刻度測量60海里的距離時,也恰好讀出了正確的緯度一度數,所以距離和位置共享同一刻度。六十海里等於一度,360度等於地球完整子午線周長,得出21,600海里 × 1,852公尺 ≈ 40,003公里的極周長 — 接近但不完全等於1790年代用來最初定義公尺的子午線長度,因為地球並非完美球體,原始公尺定義使用的子午線弧測量略有不同。海里的便利性是幾何性質,而非十進制性質:它直接與緯度相連,這正是航海者實際上想要找到的。

節:已內建幾何特性的速度

節就是每小時一海里:1節 = 1.852公里/小時(恰好) = 0.514444公尺/秒(循環小數) = 1.15078英里/小時(1,852 ÷ 1,609.344)。因為海里是緯度的一分鐘弧長,一艘船舶或飛機以1節的速度行進一小時,在那一小時內就涵蓋了一分鐘的緯度 — 這是速度讀數與圖表上位置變化之間的直接、無需轉換的連結,而圖表是以度和分標記的。這個連結就是該單位的全部正當理由:節使得航位推算導航(根據速度、方向和經過時間估計位置,不使用衛星定位)在算術上直接明了,用公里/小時對比米基圖表則不然。

馬赫:一個比率,而不是速度

馬赫數並非公里/小時或英里/小時的固定數值 — 它是物體速度與當地音速的比率,而空氣中的音速取決於溫度,不直接取決於高度或氣壓:

a = √(γRT)

其中T是絕對溫度,γ是空氣的比熱比(≈1.4),R是空氣的比氣體常數。高度之所以重要,只是因為溫度隨著在對流層的高度而下降。在國際標準大氣條件下的海平面(15°C、288.15K),音速大約是340.3公尺/秒(1,225公里/小時、761英里/小時)。在對流層頂附近,大約11公里處,國際標準大氣溫度已下降到−56.5°C(216.65K),它下降到大約295.1公尺/秒(1,062公里/小時、660英里/小時) — 粗略上慢13%,純粹來自溫度差異。實際後果:保持恆定指示馬赫數的飛機在爬升時並不能保持恆定真實空速,因為該馬赫數測量的基準速度本身正在下降。

兩個高度處的音速

高度國際標準大氣溫度音速馬赫1(公里/小時)
海平面15°C(288.15K)340.3公尺/秒1,225公里/小時
對流層頂(≈11,000公尺)−56.5°C(216.65K)295.1公尺/秒1,062公里/小時

這就是為什麼巡航客機的馬赫表和空速表隨著高度而分歧,以及為什麼「音速」對於指定的溫度只是一個單一數字 — 引述馬赫1為「1,225公里/小時」而不說明在何種高度是在引述一個在高空不成立的海平面數據。

英尺,仍然幾乎到處都是

在過渡高度以上,飛機以飛行高度層飛行 — 高度參考標準氣壓基準1013.25百帕(29.92英寸水銀柱),而非當地海平面 — 飛行高度層以百英尺表示:FL350表示一個設定為標準氣壓的高度錶讀數為35,000英尺。這是真實的堅持,而不是本網站所掩蓋的四捨五入便利性:本網站的先前一篇文章提及航空高度以英尺為單位,作為在其他度量制國家內持久存在的帝國單位之一,這保持準確。然而,這並非普遍。中國、俄羅斯、蒙古、北韓和塔吉克是公認的例外:中國特別是在其整個受控空域內以公尺方式運營其國內飛行高度層(一個等級可能被宣佈為「1200公尺」而不是飛行高度層編號),而俄羅斯在其自身過渡高度以下使用米基高度幾十年,然後在2010年代因應國際RVSM相容性而轉向英尺。其他每個國際民用航空組織成員國,以及所有國際空中交通管制通訊,都使用英尺。在航空高度單位中存在全球標準 — 它就是不是公尺。

三個單位,三項個別正當理由

這些單位都不純粹因慣性而存活。海里存活是因為它直接與緯度相連。節存活是因為它為航位推算承襲了那個特性。飛行高度層英尺存活主要是因為基礎建設 — 圖表、空中交通管制措辭、飛機儀器 — 在世界各地是極度以英尺為基礎的,改變需要在每個國家空域內同時進行精確協調,這樣的轉換成本沒有足夠大的安全收益來證明其正當。馬赫存活是因為它其實根本不是速度單位;它是描述飛機相對於當地音障位置的比率,這恰好是高速空氣動力學的物理相關量,而不是其他兩個的歷史人為產物。

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