Прогноз тропосферного прохождения
С. БУБЕННИКОВ, мастер спорта СССР
РАДИО № 2, 1980 г.
В последнее время заметно возрос интерес ультракоротковолновиков к дальним связям с использованием тропосферного распространения радиоволн. Дальнее тропосферное прохождение обычно наблюдается в течение всего нескольких часов (реже суток). Поэтому радиолюбителям далеко не всегда удается добиться успеха. Многие из них, по- видимому, не знают, что подобное прохождение можно прогнозировать и часто упускают возможность проведения DX QSO.
В этой статье будут рассмотрены некоторые вопросы распространения УКВ и дан ряд практических советов для прогнозирования и определения дальнего тропосферного прохождения.
Напомним, что возможность приема электромагнитной энергии за горизонтом в УКВ диапазонах обусловливается большинстве случаев рефракцией (искривлением) траектории радиолуча в сторону Земли (положительная рефракция). При определенных метеоусловиях происходит очень сильное искривление траектории, которое приводит к образованию сверхрефракции — волноводному распространению радиолуча на расстояние, во много раз превышающее расстояние прямой видимости. О дальнем распространении УКВ именно такого типа уже рассказывалось в журнале «Радио», 1976. № 1, с. 12.
Гораздо чаще, т. е. при обычных метеоусловиях, имеет место лишь небольшая положительная рефракция, которая может увеличить дальность связи по сравнению с прямой видимостью всего лишь примерно на 15%. Однако ультракоротковолновики хорошо знают, что связи в пределах 150...200 км (это в несколько раз больше расстояния прямой видимости) возможны в любое время, даже при неблагоприятной метеообстановке, когда искривление радиолуча происходит в противоположную от Земли сторону (отрицательная рефракция). В случае «стандартной» тропосферы удается проводить связи в радиусе 200...300 км. Объясняется это рассеиванием УКВ на неоднородностях тропосферы, представляющих собой некоторые объемы воздушной среды, где давление, влажность и температуры отличаются от всей массы воздуха. Радиолокационными методами установлено, что наиболее интенсивно рассеивание происходит на высотах от 0, 8 до 1, 5 км.
Коэффициент рассеивания, т. е. отношение падающей на неоднородность энергии к рассеянной, обратно пропорционален углу рассеивания O5 (см. рис. в тексте). Следовательно, даже небольшое его уменьшение ведет к значительному росту коэффициента рассеивания. Отсюда видно, что в случае увеличения положительной рефракции (что само по себе приводит к увеличению» дальности связи) рассеивание происходит при малых углах О, и рассеянное поле в точке приема будет уже существенно большим. Этот вид распространения УКВ в тропосфере при благоприятных условиях позволяет проводить связи на расстояние до 1000 км, т. е. приближается к возможностям распространения за счет сверхрефракции.
Различать один вид прохождения от другого обычно трудно. Однако при волноводном распространении дальность может быть заметно больше (в диапазонах 144 и 430 МГц устанавливались связи на расстояния до 4000 км), поскольку в этом случае за пределы атмосферного волновода уходит лишь небольшое количество энергии и уровень сигналов дальних станций остается достаточно высоким даже при малой мощности передатчика. Вероятность возникновения волновода на более высоких частотах больше, чем на низких. Например, в одно и тоже время в диапазоне 430 МГц может быть дальнее распространение, а на 144 МГц нет.
Все эти особенности, вероятно, не раз отмечали ультракоротковолновики. Но так или иначе, при любом типе тропосферного распространения для проведения дальней связи необходимы условия, приводящие к увеличению тропосферной рефракции, т. е. к увеличению вертикального градиента индекса преломления (dN/dh), а он, как известно, пропорционален изменению давления, влажности и обратно пропорционален изменению температуры. Так, увеличению рефракции способствует антициклональная погода, когда у поверхности Земли наблюдается повышенное давление (>760 мм == 1013, 25 мбар). Причем при одинаковом давлении эффект выше при более низкой температуре воздуха. Максимум суточного хода температуры обычно наблюдается в 15 часов местного времени, а минимум — перед восходом Солнца. Следовательно, если не возникнет каких-либо особых условий, ночные и предутренние часы будут наиболее благоприятны для проведения дальних связей.
Аналогичный эффект вызывают перепады влажности и температуры (когда у Земли они значительно ниже, чем на высоте). В тропосфере — по мере удаления от земной поверхности — обычно происходит понижение температуры на 0, 65° через каждые 100 метров подъема. Рефракция усиливается, если температура падает с высотой медленнее и уменьшаться, если ее изменения происходят быстрее.
Наиболее резкое изменение параметров тропосферы происходит при перемещении так называемых атмосферных фронтов, разделяющих воздушные массы, обладающие общими свойствами. Если теплые воздушные массы перемещаются в сторону холодных и соответственно начинается потепление, то такой фронт называют теплым. При холодном фронте перемещение происходит в обратном порядке. В силу циркуляционных особенностей в циклоне холодные фронты перемещаются, как правило, быстрее теплых, что приводит к окклюзии (смыканию) фронтов. Забегая вперед, отметим, что значительное большинство дальних тропосферных прохождений, зафиксированных ультракоротковолновиками за последние два года можно объяснить именно перемещением атмосферных фронтов.
Как мы уже говорили, обнаружить дальнее тропосферное прохождение иногда бывает нелегко, особенно в районах с малым числом УКВ станций. Ультракоротковолновики обычно используют два метода обнаружения прохождения — активный и пассивный. Первый заключается в передаче длительных CQ с периодическим прослушиванием эфира и постепенным изменением направления антенны при втором радиолюбители держат включенным свои приемники, настроенные на какие-нибудь популярные частоты, например на частоту 144.15 МГц. Пассивный метод менее эффективен, но более удобен, поскольку при этом можно заниматься каким-либо другими делами.
Но вероятно, наиболее правильно сочетать активный метод с пассивным. В какой пропорции и когда? Нетрудно догадаться, что активный метод обнаружения следует применять более интенсивно, причем по конкретным направлениям в те дни, когда есть предпосылки для возникновения дальнего «тропо». Можно ли заранее определить та кие дни, назовем их критическими? Проведенная автором работа показала, что да.
За период с ноября 1977 года по ноябрь 1978 года были собраны и систематизированы данные о наиболее интенсивных тропосферных прохождениях, отмеченных радиолюбителями в следующих условных зонах: Восточная и Центральная Европа (Скандинавия -Прибалтика — Северо-Запад европейской части РСФСР); Юго-Восточная Европа (Украина—Кавказ—Нижнее Поволжье; Закавказье_ Западный Казахстан); Восток европейской части РСФСР.
Целью исследования было «привязать» наблюдавшиеся факты тропосферного прохождения к прогнозам метеообстановки. При этом использовались данные, наиболее доступные радиолюбителям. В качестве исходного материала брались карты прогноза погоды, публикуемые в газете «Известия». Правда, они позволяют познакомиться с метеообстановкой лишь текущего дня. но иногда по этим картам удается понять тенденцию в изменении погоды и на этой основе прогнозировать тропосферное прохождение на территории СССР на последующие один-двое суток. Для тех, кто интересуется этими вопросами, можно порекомендовать и более подробный обзор карты погоды, который приводится ежедневно в радиопередачах радио станции REM-4.
В качестве примера на рисунке приведены фрагменты карт прогноза погоды для некоторых дней, когда были зафиксированы интенсивные прохождения УКВ упомянутых выше четырех условных зонах.
По имевшимся у автора данным в этих зонах за указанный период дальнее «тропо» наблюдалось 80 дней. 55 дней из этого числа имелись карты прогноза погоды из газеты «Известия». 39 дней из 55 были определены как критические.
Критическими днями той или иной зоны считались те дни, когда холодный фронт приближался к этой зоне (15 случаев из 39) — см. на вкладке дни 13 августа и 18 июля, а так же, когда он настигал теплый — процесс окклюзии (24 случая из 39) — 28 сентября.
Приведенный анализ показывает, что карты прогнозов погоды могут стать для ультракоротковолновика источником информации о предполагаемом дальнем тропосферном прохождении.
Анализ случаев дальнего прохождения позволил выявить и еще одну закономерность — их повторяемость через каждые 26—28 дней. Иногда периодичность прохождения наблюдалась через цикл, то есть примерно через 54 дня (может быть первое повторение «тропо» было пропущено?). Следует отметить, что периодичность появления дальнего прохождения сравнительно неустойчива, т.е. ожидать больше одного- двух повторений прохождения общем не приходится.
Не смотря на то, что гидрометеорологи еще не пришли к единому выводу о том, как на состояние тропосферы влияет солнечная активность, все же можно, на наш взгляд связывать обнаруженную периодичность дальнего тропосферного распространения с деятельностью Солнца, оборот которого для земного наблюдения равен 27,3 дня. Еще одним подтверждением тому может служить и тот факт, что из 80 зафиксированных дат прохождения значительное большинство (более 70) приходится на дни геомагнитных возмущений.
Несомненно, многие ультракоротковолновики замечали что во время «авроры», либо же сразу после нее, часто наблюдается хорошее «тропо». Таким образом, для oпределения тропосферного прохождения можно пользоваться месячным прогнозом аврорального распространения, публикуемым в разделе «На любительских диапазоах» газеты «Советский патриот».
В заключение хотелось отметить, что частота появления дальнего «тропо» имеет и сезонные измерения. Поэтом следует учитывать сезонные условия при подборе корреспондентов для проведения дальних УКВ связей.
Приведенные рекомендации и советы, конечно, не могут рассматриваться как полностью исчерпывающие проблему прогнозирования тропосферного прохождения для радиолюбительских связей. Нужны новые факты наблюдения и на их базе глубокий анализ и смелые обобщения. Такая работа, несомненно, по плечу многим энтузиастам ультракоротких волн.
Литература
- Долуханов М.П. «Распространение радиоволн». М., «Связь», 1965.
- Иоффе М. М., Приходько М.П, «Справочник авиационного метеоролога», под ред. Костюченко А. В. М., Воениздат 1977.
- Калинин Л. И., Черенкова Е. Л. «Распространие радиоволн н работа радиолиний». М., «Связь», 1971.
- Bean B.R. and oth. «A world atlas of atmospheric radion fractivity», ESSA. Mon. I, 1966.